Exercice Énergie

[Lachimiecphysique]

Bonjour j’ai besoin de votre aide pour l’exercice suivant:
À l’aide de ces trois documents répondez aux questions suivantes:
Les documents sont en images :
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Questions:
a) D’après les documents, pourquoi est-il nécessaire de stocker de l’énergie électrique ? Par la suite, expliquez l’exemple de l’ile de Kauai
b) Raisonnez sur la conservation d’énergie réalisée par un accumulateur en charge, puis faire la même réflexion sur un accumulateur lors de la décharge.
c) Expliquez le principe de fonctionnement d’un accumulateur lors de la décharge.
d)Veuillez déduire la conversion d’énergie réalisée par une STEP en phase de pompage, par la suite représentez sa chaîne de transformation énergétique.
e) Quelle est la conversion d’énergie réalisée par un supercondensateur en charge ?
f) Déduire le dispositif dont la capacité énergétique de stockage est la plus grande en justifiant.
g) Quel dispositif permet de stocker le maximum d’énergie quand on a une masse identique. Justifier.
h) Le système de démarrage d’un train a besoin d’une puissance importante. Justifier le choix du supercondensateur
i) Trouvez la durée maximale d’utilisation de la ferme de batteries de l’ile de Kauai lorsqu’elle délivre une puissance de 5MW
j) Comparer la durée de stockage d’une batterie et la durée de stockage d’un supercondensateur en justifiant.
k)Prouvez que le rendement d’une STEP lors du cycle pompage-turbinage est bien de 80%.
l) Dans une situation particulière, la densité énergétique d’une batterie au lithium est de 160 Wh.kg^-1. On estime à 20 kWh l’énergie nécessaire au trajet d’un véhicule hybride roulant à 110 km pendant 1h. Calculer la masse des batteries au lithium qui permettrait d’assurer ce trajet.

Mes réponses :

a) Il est nécessaire de stocker de l’énergie électrique car certaines méthodes de production de l’électricité sont dépendantes des conditions météorologiques. Avec l’exemple de l’ile d’Hawaii , on témoigne un point faible du stockage de l’énergie électrique : le vieillissement des batteries dû à des transformations chimiques entre les électrons et l’électrolyte ayant pour conséquence des pertes de densité énergétique.

b) La conversion d’énergie réalisée par un accumulateur en charge est la conversion d’énergie électrique en énergie chimique. La conversion d’énergie réalisée par un accumulateur en décharge est l’inverse. On a une conversion de l’énergie chimique en énergie électrique.

c) Le principe de fonctionnement d’un accumulateur lors de la décharge est la suivante : on a apparition d’une réaction électrochimique qui a pour conséquence le déplacement des électrons au travers d’un récepteur ayant pour but d’appliquer l’équilibre des potentiels chimiques : le courant est alors créé. (J’ai vu ceci sur internet car je ne vois pas l’image qui aide)

d) La conversion d’énergie réalisée par une STEP est la conversion d’énergie électrique en énergie potentielle de position.
Voici en image sa chaine de transformation énergétique : 277E8C26-3605-4043-A7E1-DBCC44B6CAD4.jpg

e) La conversion d’énergie réalisée par un supercondensateur en charge est la conversion d’énergie électrique en énergie potentielle électrostatique.

f) Le dispositif dont la capacité énergétique de stockage est la plus grande est la STEP car : Capacité énergétique de stockage STEP > Capacité énergétique de stockage batteries industrielles > Capacité énergétique de stockage où 1 GWh > 100 MWh > 1 kWh

g) Ici j’ai essayé mais je pense que c’est du grand n’importe quoi...
Je note masse de matière = x
On va utilisé densité énergétique d’un système en stockage = Quantité d’énergie/Masse de matière
-STEP : Ep = Quantité d’énergie = 272 Wh = 272*3600 J = 979.200 J
donc ici on a densité énergétique du STEP = 979.200/x J.kg^-1
-Batteries: plus petite valeur de la densité énergétique —> 90 Wh.kg^-1
Mais 90 Wh = 90*3600= 324.000 J
donc ici densité énergétique de la batterie = 324.000/x J.kg^-1
-Supercondensateur: plus petite valeur de la densité énergétique —> 0,5 Wh.kg^-1
Mais 0,5 Wh = 90*0,5 = 45 J
donc ici densité énergétique supercondensateur = 45/x J.kg^-1

Alors on a 979.200/x > 324.000/x > 45/x .... Donc c’est STEP....

h) ?
i) t=E/P?
j)?
k) r = E produite / E reçue
l) ?

Merci beaucoup si vous avez le courage de m’aidez !
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[phys4]

g) Ici j’ai essayé mais je pense que c’est du grand n’importe quoi...
Je note masse de matière = x
On va utilisé densité énergétique d’un système en stockage = Quantité d’énergie/Masse de matière
-STEP : Ep = Quantité d’énergie = 272 Wh = 272*3600 J = 979.200 J
donc ici on a densité énergétique du STEP = 979.200/x J.kg^-1
-Batteries: plus petite valeur de la densité énergétique —> 90 Wh.kg^-1
Mais 90 Wh = 90*3600= 324.000 J
donc ici densité énergétique de la batterie = 324.000/x J.kg^-1
-Supercondensateur: plus petite valeur de la densité énergétique —> 0,5 Wh.kg^-1
Mais 0,5 Wh = 90*0,5 = 45 J
donc ici densité énergétique supercondensateur = 45/x J.kg^-1

Alors on a 979.200/x > 324.000/x > 45/x .... Donc c’est STEP....

Chaque question est assez simple, il suffit d'y aller lentement.
Pour la partie densité d'énergie que vous avez développé, les densités d'énergie sont directement données pour plusieurs éléments et sont faciles à déduire.
Pour le STEP vous avez oublié de diviser par la masse utile, c'est pour une tonne d'eau, et cette masse ne comprend pas les infrastructures, donc ne pouvez en tirer qu'un maximum.
Pour le supercondensateur, il y a une erreur dans la conversion d'unités, 0,5 Wh c'est 1800 J

[Lachimiecphysique]

Bonjour, merci pour votre réponse et désolé de ne répondre que maintenant. J’ai repris à partir de g) :

g) densité énergétique d’un système en stockage = Quantité d’énergie/Masse de matière.
-Pour la STEP on sait que *Quantité d’énergie = 272 Wh
*Masse de matière = 1.000 kg d’eau (1m³)
Alors densité énergétique STEP = 272Wh/1000 kg = 0,272 Wh.kg^-1
-D’après les documents, la batterie a une densité énergétique la plus haute égale à 180 Wh.kg^-1 et le supercondensateur a une densité énergétique la plus haute égale à 10 Wh.kg^-1

Donc à masse égale on a 180 Wh.kg^-1> 10 Wh.kg^-1>0,272 Wh.kg^-1. Où batterie stockage maximum d’énergie > Supercondensateur stockage maximum d’énergie > STEP stockage maximum d’énergie. (Ici j’avoue hésiter pour choisir la densité énergétique de la batterie qui se situe entre 90 et 180 Wh.kg^-1 et la densité énergétique du supercondensateur qui se situe entre 0,5 et 10 Wh.kg^-1 )
On peut alors conclure à masse égale que la batterie est le dispositif qui permet de stocker le maximum d’énergie.

h) La durée de décharge d’un supercondensateur est de quelques secondes, caractérisé par un déplacement rapide des électrons. Ces derniers délivrent un courant rapidement en obtenant la puissance nécessaire à une durée de temps très courte.

i)t= E/P = 52MWh/5,0 MW ~10h

j) D’après les documents, la batterie a des pertes par auto-décharge (baisse de 5% de densité énergétique/mois) moins importantes que celles du supercondensateur (baisse de 50% de densité énergétique/mois). En conséquence, la batterie a une durée de stockage plus importante que celle du condensateur.

k) rendement d’une STEP = 1Wh/1,15 Wh = 0,8 = 80 %. On retrouve bien le même rendement.

l) densité énergétique d’un système de stockage = Quantité d’énergie/Masse de matière
-ici quantité d’énergie = 20*10³ Wh
-ici densité énergétique = 160 Wh.kg^-1
Masse des batteries = 20*10³Wh/100 Wh.kg^-1 = 125 kg.


Merci si vous justifiez mes erreurs, bonne journée.