Stockage d'énergie pour l'autosuffisance : les musées deviennent plus indépendants du réseau électrique

Le monde a plus que jamais besoin de stockage d'énergie, avec la transition vers l'électricité renouvelable issue du solaire et de l'éolien. Le soleil fournit à la Terre plus d'énergie en une heure que l'humanité n'en consomme en une année entière. Cela représente également une opportunité considérable pour les institutions et organisations culturelles, notamment celles liées à la culture, qui s'efforcent de devenir durables. Les musées ont commencé à reconnaître et à exploiter ce potentiel.

Le stockage d'énergie solaire a considérablement augmenté ces dernières années. En 2017, seulement 2,8 % des installations solaires étaient équipées de systèmes de stockage. Ce chiffre est passé à 11,2 % en 2021, et les experts prévoient qu'il atteindra 29,3 % d'ici 2025. Il est désormais reconnu que combiner différentes options de stockage permet de répondre aux besoins énergétiques locaux avec des installations de plus petite taille, tout en réduisant la dépendance au réseau.

Les musées souhaitant devenir autonomes disposent de plusieurs options : du stockage sur batterie au stockage thermique, en passant par des solutions à long terme. Ces technologies contribuent à la réalisation des objectifs de développement durable et offrent des avantages pratiques, tels que des coûts d'exploitation réduits et un approvisionnement énergétique fiable.

Comment le stockage d'énergie s'est développé dans les espaces publics

Grâce à une construction légère, l'énergie absorbée est bien inférieure à celle d'un bâtiment massif en briques cuites ou en béton. L'apport énergétique total sur la durée de vie du bâtiment est négligeable par rapport aux réserves et archives classiques d'un musée.

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explique Tim Padfield , consultant indépendant en conservation préventive, anciennement au Musée national du Danemark .

L’expérience en matière de stockage d’énergie remonte à des siècles, avec des méthodes traditionnelles telles que les centrales hydroélectriques à accumulation par pompage, utilisées aux États-Unis depuis les années 1920. Le stockage mécanique dominait autrefois le domaine, mais les technologies avancées ont radicalement changé le paysage.

Les solutions de stockage d'énergie sont devenues plus accessibles à un plus grand nombre grâce aux installations publiques. Le stockage hydroélectrique par pompage (SSP) reste la principale source de stockage d'énergie, représentant 95 % du stockage d'énergie à grande échelle. Les systèmes de stockage par batterie ont pris une importance considérable, et la technologie lithium-ion contrôle désormais plus de 90 % du marché mondial des batteries à l'échelle du réseau.

Les musées et centres culturels du monde entier sont à l'avant-garde de ce développement grâce à des initiatives innovantes. Le California Indian Museum & Cultural Center exploite désormais un système solaire de 76,5 kilowatts couplé à un système de stockage par batterie lithium-ion de 220 kilowattheures. Cette configuration permet au centre de fonctionner comme un abri de refroidissement, fournissant de l'électricité à 125 personnes en cas de panne de courant.

par le Musée national nordique concrétise sa vision de devenir un campus 100 % solaire . Ces systèmes réduisent les coûts d'exploitation et créent des pôles de résilience communautaire.

Les États-Unis ont produit 4 milliards de mégawattheures d'électricité en 2017, mais leur capacité de stockage était bien insuffisante, avec seulement 431 MWh. Cependant, cet écart se réduit rapidement : BloombergNEF prévoit une croissance annuelle du déploiement du stockage d'énergie de 27 % jusqu'en 2030.

Conception d'un système énergétique autonome pour les musées

Pour devenir véritablement autonomes, les musées doivent trouver un équilibre entre la conservation des œuvres d'art et les technologies énergétiques modernes. Le principal défi consiste à maintenir un contrôle strict de la température et de l'humidité des œuvres tout en offrant aux visiteurs un environnement confortable.

Les systèmes de stockage d'énergie thermique offrent des solutions économiques pour la climatisation. Le musée Brusk, en Belgique, démontre son efficacité : il a installé un système de batterie froide ICEBAT de 1 300 kWh qui préserve les œuvres d'art même en cas de panne des systèmes de refroidissement. Le Fort Collins Museum of Discovery a adopté une approche similaire avec son système de stockage de glace sur le toit. Ce système produit de la glace la nuit, lorsque les coûts énergétiques sont bas, et l'utilise pour refroidir le bâtiment pendant la journée.

Les onduleurs intelligents jouent un rôle crucial en convertissant le courant continu des panneaux solaires en courant alternatif. Ces appareils soutiennent également le réseau grâce à des fonctions telles que la régulation de tension. De plus, les systèmes de stockage d'énergie longue durée (SED) alimenter les installations jusqu'à 10 heures, soit bien plus longtemps que les batteries lithium-ion classiques, dont l'autonomie n'est que de quatre heures.

Le Children's Discovery Museum démontre l'importance de la surveillance dans ce domaine. Grâce à des enregistreurs de données, ils ont pu suivre les variations de température et réduire leurs coûts énergétiques de 48 %. Il a suffi de quelques ajustements au système domotique de leur bâtiment.

Les musées qui aspirent à l'indépendance énergétique devraient combiner différentes approches. Les experts suggèrent d'utiliser le stockage thermique pour le refroidissement, des batteries pour alimenter l'éclairage et les appareils électroniques, et des énergies renouvelables adaptées aux besoins de chaque établissement. Cette stratégie globale contribue à la préservation des œuvres d'art tout en réalisant des économies et en protégeant l'environnement.

90 % d'autosuffisance énergétique atteinte : le Brisbane Motor Museum

Depuis le 16 juin 2023, les passionnés d'automobile de Brisbane ont accès à une nouvelle destination passionnante. Le Brisbane Motor Museum , situé à Banyo, est un centre luxueux spécialement conçu pour les passionnés d'automobile et de moto. S'étendant sur plus de 900 mètres carrés, le musée propose un espace d'exposition présentant 40 à 60 véhicules. Semblables à une galerie d'art, les expositions thématiques changent tous les trois mois.

Afin d'assurer des conditions optimales pour les véhicules préservés et d'offrir une expérience confortable aux visiteurs au cœur de Brisbane, une quantité importante d'énergie est consommée quotidiennement pour faire fonctionner les systèmes de climatisation continue et de contrôle de l'humidité.

Pour atténuer les coûts élevés d'électricité liés à ces exigences, le musée a fait appel à Springers Solar pour l'installation d'un système solaire de 100 kW . Afin d'optimiser l'espace disponible, le système comprend 270 panneaux intelligents SolarEdge de 370 W, placés stratégiquement sur les toits en pente et plats du bâtiment. Le musée a sélectionné trois onduleurs triphasés SolarEdge de 30 kW, reconnus pour leurs performances exceptionnelles dans les applications commerciales.

Grâce à l'intégration d'une capacité de stockage de 54 kWh, assurée par quatre Tesla Powerwalls discrètement placés à l'intérieur, le musée atteint un remarquable degré d'autonomie solaire. Ces batteries assurent non seulement la sécurité du musée, particulièrement importante pour la préservation des matériaux des « Ancien Monde » exposés, mais servent également de source d'alimentation de secours immédiate en cas de panne de courant. Les équipements essentiels continueraient de fonctionner sans interruption, et les batteries compenseraient la consommation d'énergie nécessaire à la régulation de la température la nuit.

Grâce à ce système solaire et à batteries, le musée réduit considérablement son empreinte carbone et sa facture d'électricité. Il devrait permettre d'économiser 192 tonnes d'émissions de CO₂ par an, évitant ainsi leur rejet dans l'atmosphère.

Avantages de l'indépendance du réseau électrique

La chaleur estivale est stockée dans le sol et libérée dans le bâtiment en hiver. L'humidité relative est réduite en été par la déshumidification solaire et en hiver par l'augmentation de la température.

a déclaré Tim Padfield dans son étude.

Les musées qui atteignent l'indépendance énergétique grâce à des solutions de stockage bénéficient d'avantages qui vont bien au-delà de leur impact environnemental. Les coûts énergétiques représentent une part importante du budget des musées et constituent généralement leur premier ou deuxième poste de dépenses. Le Musée des Sciences du Minnesota a obtenu des résultats remarquables, économisant plus de 300 000 dollars par an grâce à la mise en œuvre de systèmes avancés de récupération de chaleur.

Ces musées indépendants sur le plan énergétique jouent également un rôle essentiel en cas d'urgence. Le California Indian Museum & Cultural Center permet à l'établissement de fonctionner comme un abri de refroidissement, protégeant jusqu'à 125 personnes en cas de panne de courant. Cela démontre comment les institutions culturelles peuvent devenir des pôles centraux pour renforcer la résilience des communautés.

Les bâtiments consomment 35 % de l'énergie mondiale, ce qui offre aux musées une occasion unique de montrer l'exemple. Sources d'information fiables, les musées peuvent sensibiliser efficacement les visiteurs aux solutions climatiques. Ils proposent des visites guidées des coulisses du développement durable, présentant des solutions allant des panneaux solaires aux systèmes d'économie d'eau.

Aux États-Unis, plusieurs programmes de subventions soutiennent ces changements en accordant des subventions allant de 10 000 $ pour la planification initiale à 100 000 $ pour les projets de mise en œuvre. Ces investissements judicieux permettent aux musées de concentrer leurs ressources sur leurs principaux objectifs éducatifs et de préservation, plutôt que de payer des factures d'électricité. Il en résulte des institutions qui protègent à la fois le patrimoine culturel et les ressources environnementales.

L'Allemagne a également des programmes de financement pour les rénovations écoénergétiques et les investissements dans le développement durable. Du point de vue des musées, une recherche approfondie ou une consultation est utile.

Dans un article d'expert détaillé rédigé par l' EcoFlow , composée principalement d'ingénieurs en batteries, les personnes intéressées bénéficient d'un aperçu des points clés du stockage d'énergie pour une vie autonome . Il se concentre notamment sur les technologies disponibles, les critères à prendre en compte lors du choix d'une batterie et les moyens de garantir son indépendance énergétique à long terme.

L'importance du stockage d'énergie pour une vie autonome

Grâce à un système de stockage, vous pouvez utiliser l'électricité quand vous en avez besoin. Vous pouvez utiliser l'énergie solaire produite pendant la journée pour éclairer votre maison, alimenter vos appareils électroménagers ou recharger votre voiture électrique la nuit. Cette flexibilité réduit la dépendance des foyers au réseau électrique et garantit une utilisation optimale de l'électricité autoproduite.

Un autre avantage est la protection contre les pannes de courant. Les systèmes de batteries peuvent fournir de l'énergie en cas de panne, garantissant ainsi une disponibilité permanente pour l'éclairage, les appareils de cuisine ou le chauffage, même dans les zones non raccordées au réseau électrique.

Ce stockage permet de disposer d'une quantité d'énergie nettement plus importante pour l'autoconsommation. Les personnes qui produisent davantage d'énergie doivent en acheter moins. Cela minimise leur empreinte carbone et, à long terme, leur permet de réduire leur facture d'électricité.

Des méthodes de stockage thermique sont également utilisées, ainsi que des batteries. Celles-ci stockent l'énergie thermique afin de chauffer rapidement l'eau ou les bâtiments. Qu'elles soient utilisées avec des panneaux photovoltaïques ou de petites éoliennes, ces méthodes offrent une solution à long terme dans les régions soumises à des conditions climatiques défavorables.

Différents types de systèmes de stockage d'électricité

Les systèmes hors réseau nécessitent des systèmes de stockage d'énergie efficaces pour stocker l'énergie et la restituer en cas de besoin. Chaque technologie offre des avantages et des applications variés.

Batteries : plomb-acide ou lithium-ion

Les batteries au plomb sont des options robustes et économiques. Cependant, leur durée de vie et leur capacité sont plus courtes que celles des alternatives plus modernes. Pour les applications à décharges fréquentes, leur stabilité de cyclage est limitée et elles nécessitent davantage d'entretien.

Les batteries lithium-ion stockent beaucoup d'énergie sans être lourdes et nécessitent peu d'entretien. Bien que plus coûteuses à l'achat, elles durent plus longtemps et sont économiques à long terme. Elles permettent également d'utiliser efficacement l'énergie solaire excédentaire, réduisant ainsi les pertes d'énergie.

Le stockage de l'hydrogène comme alternative

Les systèmes de stockage d'hydrogène utilisent l'électricité excédentaire pour l'électrolyse et la stockent à long terme. Cette technologie permet des capacités plus importantes et est particulièrement adaptée aux systèmes hors réseau à grande échelle. L'un de ses avantages est sa capacité de stockage à long terme, qui compense les fluctuations saisonnières.

Son installation nécessite une technologie complexe et des investissements importants. Son utilisation dans le secteur privé reste limitée. L'hydrogène offre un potentiel pour les systèmes énergétiques durables, notamment en combinaison avec des batteries.

Stockage d'énergie thermique

Un ballon de stockage de chaleur fonctionne essentiellement comme une grande bouteille thermos : il stocke l'énergie sous forme de chaleur, par exemple dans de l'eau chaude. Cela permet d'alimenter la maison en eau chaude ou en énergie de chauffage, ce qui est particulièrement utile dans les climats froids.

Les systèmes de stockage thermique sont moins adaptés aux besoins en énergie électrique. Cependant, ils complètent souvent les systèmes de stockage électrique pour accroître l'efficacité globale. Ces systèmes permettent un approvisionnement en chaleur durable, indépendant du réseau électrique.

Choisir le bon système de stockage

Durée de vie et performances

Avec une durée de vie allant jusqu'à 10 ans et une grande stabilité de cycle, les batteries lithium-ion constituent un choix fiable. Les intervalles de remplacement sont réduits au minimum. Parallèlement, la faible perte de charge et la tension stable garantissent une efficacité optimale.

Cela réduit la dépendance aux sources d’énergie externes et augmente la stabilité de l’approvisionnement hors réseau.

Besoins en capacité et en espace

La capacité de stockage doit être adaptée à la consommation énergétique moyenne et aux fluctuations saisonnières. Les batteries modulaires offrent une solution flexible. Leurs capacités individuelles varient de 3 à 5 kWh. Des options d'extension sont disponibles si nécessaire.

La densité énergétique élevée est une caractéristique clé des batteries conçues pour une installation peu encombrante. Les systèmes au lithium sont plus compacts que les alternatives au plomb, ce qui les rend particulièrement adaptés aux petits espaces d'installation.

Coûts et rentabilité

Les unités de stockage au lithium nécessitent beaucoup moins d’espace que les batteries plomb-acide conventionnelles, ce qui les rend parfaites pour les sous-sols, les garages ou autres espaces confinés.

Les coûts résultent de cycles de remplacement fréquents ou de pannes techniques.

Installation et maintenance de systèmes de stockage d'énergie

Aspects de sécurité

Un lieu de stockage sûr doit être sec, bien ventilé et exempt de matières inflammables. Une prudence particulière est requise avec les batteries lithium-ion, les plus couramment utilisées. Des systèmes avancés de gestion de batterie (BMS) protègent contre les surcharges et les décharges profondes. Les appareils ne surchauffent pas et le risque d'incendie est minime grâce à la surveillance automatique de la température et aux arrêts d'urgence.

Une température ambiante de 10 à 30 °C est optimale. Le réservoir de stockage doit être situé dans un endroit facilement accessible afin que tous les dispositifs de sécurité puissent être vérifiés régulièrement. La proximité du tableau électrique secondaire permet de réduire les longueurs de câbles et de faciliter la maintenance.

Instructions d'entretien

Les experts recommandent inspecter les batteries par un électricien qualifié tous les quatre ans . Cette inspection comprend le nettoyage des ventilateurs, la vérification des connexions et l'inspection du boîtier pour détecter tout dommage. Pour maintenir le bon fonctionnement des batteries au plomb, il est nécessaire de les remplir d'eau distillée.

La surveillance de la température et la ventilation doivent être vérifiées régulièrement. Des mises à jour logicielles et micrologicielles sont également nécessaires pour les systèmes lithium-ion.

À quoi pourrait ressembler l’avenir des systèmes de stockage d’énergie ?

D’ici 2035, nous assisterons probablement à une baisse significative des coûts de ces systèmes, en partie grâce à l’optimisation des processus de production et à la demande croissante.

Cependant, les experts du secteur affirment que des solutions de stockage plus flexibles sont nécessaires pour soutenir l'utilisation croissante des énergies renouvelables. Pour garantir un accès constant et moins volatile à l'énergie, le rôle des systèmes décentralisés est important.

Des entreprises comme EcoFlow Home Battery  utilisent des solutions de stockage intégrées avec des commandes intelligentes et des processus automatisés pour améliorer la gestion de l'énergie et optimiser la consommation.

Les systèmes de stockage multifonctionnels constituent un autre domaine d'intérêt . Ils peuvent fournir de l'énergie pour diverses applications, telles que le fonctionnement de pompes à chaleur ou la recharge de véhicules électriques. Pour répondre à la demande énergétique croissante des institutions culturelles et des lieux d'art modernes, les capacités de ces systèmes augmentent également.

Les scientifiques développent de nouvelles technologies, telles que les batteries solides au sodium . Celles-ci offrent le potentiel d'améliorer encore la densité énergétique et la stabilité du cycle tout en minimisant les risques pour la sécurité. Au cours des prochaines décennies, ces innovations influenceront considérablement le développement des types de stockage.

Les progrès en matière d’efficacité, de réduction des coûts et de polyvalence sont essentiels aux décisions.