Le stockage d’électricité
En septembre 2019, la CRE (Commission de Régulation de l’Energie) publie une feuille de route sur le stockage de l’électricité en France. Elle associe directement le développement de ce secteur d’activité à la réussite de la transition énergétique. En effet, le régulateur précise que « les Energies renouvelables (EnR) à fort potentiel de développement sont toutes intermittentes ». Il faut donc palier la limite majeure de cette production d’énergie non linéaire par le stockage d’électricité.
Pourquoi stocker l’électricité ?
Plus la part de la production des centrales thermiques et nucléaires est réduite, plus il est indispensable d’organiser la flexibilité de l’approvisionnement. La politique de transition énergétique prévoit une utilisation massive des énergies renouvelables. On estime qu’en 2050, 80% des unités de production d’électricité non carbonées seront compétitives. Mais à la différence des centrales, elles ne sont pas pilotables avec précision. C’est le problème de l’intermittence relevé par la CRE. Alors pour s’assurer de la continuité d’alimentation en électricité du réseau, pour éviter le « black out » tant redouté par les gestionnaires de réseaux, il est nécessaire de multiplier les réserves, c’est le rôle du stockage d’électricité. Cela se traduit par un passage obligatoire pour mieux intégrer les EnR dans la stratégie de production d’énergie. Le stockage et sa souplesse de mise à disposition d’un courant alternatif à une fréquence choisie est aussi un gage de qualité de courant mis à disposition du consommateur. Le stockage d’électricité peut enfin être utilisé pour remplacer une source défaillante ce qui laisse entrevoir le remplacement à terme de tous les groupes électrogènes alimentés par un combustible fossile.
Comment stocker de l’électricité ?
L’électricité comme la médecine ou tant de disciplines n’échappe pas à une contradiction près surtout lorsqu’il nous aura été enseigné pendant très longtemps qu’elle ne pouvait être stockée. Jusque-là, la bonne gestion de cette énergie consistait à maîtriser la production au plus juste et à défaut, d’exporter le surplus ou d’importer en cas de forte demande. Mais, en tant qu’utilisateur au quotidien d’objets électroniques, on se rend bien compte des progrès technologiques du stockage d’électricité en quelques années. Le développement du marché de la voiture électrique démontre ces progrès avec des capacités de stockage toujours plus importantes.
La France a décidé courant 2020 de porter un vaste projet européen nommé « l’Airbus de la batterie ». La volonté est d’arriver à limiter la dépendance de l’Europe en matière de stockage d’électricité. En effet, les principaux fabriquant de batteries (grand public notamment) sont en Chine, en Corée du Sud…et aux Etats-Unis avec Tesla. Selon Bloomberg, la Chine dispose en 2019 d’une capacité de production de 217,2 GWh, devant les États-Unis (49,5 GWh) et la Corée (23,1 GWh).
La France se situe en 8èmeposition (1.1 GWh) grâce aux usine SAFT et FORSEE POWER.
Les différents types de batteries
Les systèmes les plus aboutis sont :
- Les batteries plomb/acide, que le grand public connait bien puisqu’il s’agit en général du format de la batterie de leur voiture thermique.
- Les accumulateurs nickel-hydrure métalliques ou NiMH ou plus vulgairement, les piles rechargeables accessibles dans le commerce pour les systèmes embarqués.
- La batterie lithium-ion est la technologie la plus souvent utilisée pour les grandes capacités de stockage (les voitures électriques par exemple). Son principal atout est de ne pas entretenir d’effet mémoire lequel était reproché aux NiMH par exemple.
Le stockage d’électricité stationnaire
Le système de batteries électrochimiques
Les différents disques ou modules sont empilés puis reliés à un système électronique arbitrant charge et décharge selon le besoin. Pour injecter du courant dans le réseau (ou lorsque la batterie est en phase de décharge) il est nécessaire de convertir le courant continu stocké dans les modules en courant alternatif. L’intérêt de ces technologies est de pouvoir associé une identifier celles qui répond le mieux à l’usage. Ainsi, puissance et fréquence seront adaptées selon les besoins : énergie de réserve ou de secours, stabilisation du réseau, etc.
Enfin les batteries électrochimiques présentent l’avantage d’une capacité d’injection de l’électricité dans le réseau en temps réel, c’est-à-dire sans inertie par rapport à l’instant de la demande.
Les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP)
Le principe utilisé est celui de la gravitation. Organisé au moyen de deux réserves d’eau, une au-dessus de la turbine chargée de produire l’électricité, l’autre au-dessous. Quand le besoin en énergie apparait, l’eau de la réserve supérieure est libérée pour alimenter un générateur d’électricité. Une fois la réserve d’eau supérieure épuisée, l’eau de la réserve inférieure doit être pompée ce qui implique une gestion rigoureuse des volumes d’eau et une dépense d’électricité pour animer les pompes de relevage.
Le « Power to Gas »
Il s’agit d’utiliser la surproduction d’électricité solaire ou éolienne pour produire de l’hydrogène par électrolyse moyennant séparation de l’oxygène et de l’hydrogène de l’eau (H2O). L’hydrogène est récupéré dans une pile à combustible ou liquéfié afin d’alimenter une centrale à hydrogène. Au demeurant, cette solution reste à l’état expérimental, sa commercialisation à grande échelle ne pouvant être envisagée avant plusieurs années.
Les autres techniques de stockage d’électricité
D’autres investigations sont toujours menées en quête d’une amélioration des rendements. Leurs applications ne sont pas légions sans pour autant être exotiques.
Il s’agit :
- Du stockage à air comprimé
- Du stockage inertiel ou encore
- Du stockage électromagnétique
La complexité à leur mise en œuvre est certainement le premier frein à leur développement qui n’a pas reçu à ce jour d’écho mesurable sur le marché français ou européen.
Le cas particulier des zones non interconnectées
Dans les zones non interconnectées (ZNI), le stockage d’électricité représente, selon la Commission de Régulation de l’Energie (CRE), une opportunité pour gérer à moindre coût l’intermittence des énergies renouvelables et insérer celles-ci dans le système électrique dont on comprend qu’il ne peut être interconnecté compte tenu des distances qui séparent les régions insulaires aux continents. La pointe de consommation peut alors être couverte avec de l’énergie stockée à moindre coût.
Gageons que cette solution permettra à ces zones réputées fragiles sur le plan environnemental, de décarboner leur mix énergétique.
En savoir plus sur le stockage d’électricité
- Le modèle économique du stockage,
- Les énergies renouvelables et le stockage,
- COMAX France : devenir leader du stockage d’électricité.