Stockage massif d’électricité : pas d’urgence en Europe

[El Fredo]

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Stockage massif d’électricité : pas d’urgence en Europe

Energies renouvelables intermittentes et décentralisées, interconnexions de piètre qualité avec le réseau national… L’équilibre entre l’offre et la demande en énergie est fragile. Pour le renforcer, trois solutions sont envisagées : augmenter les interconnexions, gérer la demande plus finement, et développer le stockage massif de l’électricité. Dans cette tribune, Cécile Pairin, Responsable de missions au sein de l’activité Energie chez Alcimed (*), dresse un état des lieux de cette troisième option, tant en termes technologiques que de potentiel de développement. Le stockage massif de l’électricité s’avère inégalement répartie dans le monde. Si les Etats-Unis encouragent cette approche, elle ne semble pas être pour l’heure une priorité en Europe.

Pour apporter de la flexibilité et gérer les problèmes de pointe et d’intégration des énergies renouvelables sur le réseau, le stockage massif d’électricité apparaît comme une solution intéressante. A ce jour, trois technologies de stockage sont utilisées : les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP), les cavités sous-terraines (CAES), et les batteries NaS.

Les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP) représentent 99% des capacités de stockage massif déployées dans le monde. Elles cumulent environ 120 GW (à comparer aux plus de 4000 GW de capacités de génération installées dans le monde) et couvrent entre autres les besoins en période de pointe. Ces stations sont des installations hydroélectriques qui puisent de l’eau dans un bassin inférieur aux heures creuses afin de remplir une retenue en amont ; l’eau est ensuite relâchée quand nécessaire, entraînant des turbines qui produisent de l’électricité.

Même si les STEP requièrent des conditions géographiques spécifiques et ne peuvent donc pas être implantées n’importe où, de nouvelles installations ou augmentations de capacités existantes sont prévues dans le monde. Cette technologie continuera à représenter l’essentiel des capacités de stockage installées à l’horizon 2020, qui pourraient tourner autour de 150 GW. Situation disposition

Batteries NaS : des atouts, mais des coûts encore trop élevés

Les cavités sous-terraines (CAES) stockent l’électricité produite sous forme d’air comprimé. Elles exigent elles aussi des dispositions géographiques spécifiques (dans des cavités, salines par exemple). Il existe actuellement deux installations : une en Allemagne, l’autre aux Etats-Unis, représentant au total 500 MW. Toutefois, le rendement de cette première génération d’installations n’est pas satisfaisant et les acteurs travaillent sur une deuxième génération : le CAES adiabatique. Un développement important de cette technique reste néanmoins attendu, surtout aux Etats-Unis, avec une capacité installée totale portée à 7 GW en 2020.

La troisième technologie, les batteries NaS (sodium soufre), est de plus en plus présente sur le marché depuis quelques années avec un fournisseur majeur : NGK. Ces batteries ont l’avantage de ne pas dépendre des conditions géographiques ; et elles sont aussi bien adaptées pour intégrer les énergies renouvelables car elles peuvent suivre des cycles « charge – décharge » rapides pour lisser les fluctuations des énergies intermittentes.

Des installations de batteries NaS de capacités assez importantes commencent à voir le jour, comme cette installation de 30 MW au Japon (le projet aura-t-il résisté au tremblement de terre et au tsunami ?). Cependant, le coût est encore trop élevé pour envisager un développement de masse.

Au-delà du besoin en nouvelles technologies, toutes les régions du monde n’ont pas encore fait le choix d’encourager le développement du marché du stockage massif de l’électricité.

Aux Etats-Unis, la situation devient de plus en plus favorable au stockage. Suite à l’adoption d’une loi en Californie, la « Energy Storage Bill AB 2514 », une commission fixe aux électriciens des objectifs d’installations de systèmes de stockage. Par ailleurs, le DOE finance de nombreux de ces projets, notamment des CAES.

En Europe, aucune mesure réglementaire n’incite à développer le stockage

En revanche, en Europe, même si un groupe de travail a été créé au niveau de la Commission européenne pour réfléchir au stockage massif de l’électricité, aucune orientation précise et concrète en sa faveur n’a encore été prise. Et aucune mesure réglementaire n’incite à développer le stockage : le prix de l’électricité stockée reste le même que celui de l’électricité non stockée. De plus, l’absence de business model définissant clairement qui sont les propriétaires et les utilisateurs des systèmes de stockage freine son développement dans un marché mêlant acteurs régulés et dérégulés. A l’exception de certaines zones, insulaires notamment, l’équilibre du réseau n’apparaît ainsi pas encore comme une question urgente en Europe, qui a un réseau de qualité et plutôt bien interconnecté.

Il semble d’ailleurs que l’Europe s’oriente plutôt vers l’augmentation des interconnexions. La gestion des pointes de consommation et l’objectif de 20% d’énergies renouvelables à horizon 2020 pourraient donc se faire sans système de stockage supplémentaire.

Enfin, certaines zones insulaires comme la Réunion s’orientent vers de la production « verte » d’électricité - à partir de biomasse – plutôt que vers une augmentation de la part de la production d’énergie intermittente couplée à du stockage, principalement par manque de technologies de stockage adaptées à leurs besoins.

Le stockage a sans doute plus de chance de se développer dans un contexte de développement de « microgrids » autonomes en énergie que dans un réseau interconnecté.

Crédit photo (batterie NaS) : NGK

(*) Alcimed est une société de conseil et d’aide à la décision spécialisée dans les sciences de la vie (santé, biotech, agroalimentaire), la chimie, les matériaux et l’énergie, ainsi que dans l’aéronautique, le spatial et la défense.

La première réflexion qui me vient à l'esprit à la lecture de cet article est que le principal frein à l'adoption et la généralisation des énergies renouvelables est d'ordre réglementaire et non technique, puisque de nombreuses solutions existent.

[Nombrilist]

Disons que les STEP doivent engendrer des dégâts écologiques non négligeables vu les dimensions qu'ils doivent avoir pour signifier quelque chose. Et puis est-ce que ça a vraiment un impact en termes d'économie d'énergie ? Toute cette énergie perdue à fabriquer le contenant, et toute cette énergie perdue à remplir le contenant ?
Les deux premiers points (interconnexion et gestion fine) me semblent plus simples à mettre en place et nettement moins invasifs.

[El Fredo]

Il me semble que le pompage est très utilisé en Norvège et dans les pays à fjords pour sa facilité de mise en place : il suffit d'installer un réservoir en hauteur qui va pomper puis relâcher l'eau de mer en fonction des besoins. Très efficace en complément d'une installation éolienne (onshore ou offshore). Ou alors on tire profit d'une installation hydroélectrique existante. Mais ça reste effectivement très limité d'application, car tributaire des ressources en eau et du relief (à moins d'utiliser des châteaux d'eau, mais leur capacité est tout de même très limitée).

Je suis assez sceptique sur le stockage CAES, les systèmes pneumatiques sont notoirement inefficaces (cf. les difficultés de la voiture à air comprimé du constructeur niçois MDI) et on ne connait pas bien les impacts potentiels de ce genre de système sur la stabilité du sous-sol.

A noter que le stockage par NaS est il me semble déjà utilisé à petite échelle pour les centrales solaires thermiques à concentration : non seulement on accumule ainsi de l'énergie thermique d'origine solaire pour la restituer la nuit et ainsi lisser la production, mais le rendement thermique est meilleur que le photovoltaïque. Leur utilisation à plus grande échelle sur le réseau est une piste intéressante.

Ajoutons également une piste mise en pratique en Allemagne qui consiste à utiliser les chambres froides comme batterie : en cas de surproduction on diminue leur température d'un degré en dessous de la consigne, et en cas de sous-production on coupe le refroidissement et on laisse la température remonter jusqu'à la consigne. D'après ce que j'ai lu ça donne des résultats très intéressants.

D'un point de vue plus général, l'idée est de pouvoir décliner au maximum les possibilités offertes selon les différentes configurations, le tout combiné à un "réseau intelligent", et à la fin on a un système de distribution d'électricité parfaitement adapté à une production d'énergie renouvelable de grande ampleur (ce qui rend caduc le FUD autour des soi-disant "nécessaires" centrales backup au charbon ou au gaz). Et on voit bien que les différentes solutions disponibles n'ont rien de particulièrement complexe d'un point de vue technique, c'est donc une question de volonté politique.

[johanono]

Et il se trouvera forcément des écolos pour protester contre la construction de STEP ou de CAES... 

[El Fredo]

C'est vrai, ce qu'il prouve que le terme "écolo" ne veut pas dire grand chose.

[johanono]

Nous sommes d'accord sur ce point. Tout le monde n'a pas les mêmes priorités en matière d'écologie. Par exemple, je persiste à penser que les vrais écolos sont ceux qui veulent remettre en cause l'agriculture productiviste bretonne ou la dépendance de la France au pétrole, pas ceux qui luttent contre le nucléaire. 

Sinon, pour en revenir à la question du stockage de l'électricité, il me semble que les systèmes expérimentés sont efficaces pour de petites quantités d'électricité, mais qu'ils ne sont pas transposables à l'échelle de tout un pays comme en France. Leur généralisation opérationnelle est donc plutôt utopique.

[El Fredo]

Pourquoi pas ? Il suffit d'associer systématiquement production et stockage.