Compliqué, coûteux, pas toujours efficace, le stockage de l’électricité est longtemps resté une solution marginale. Pour répondre à l’accroissement des besoins en énergie, même pour des pics de consommation de quelques dizaines de jours par an, il semblait plus facile de construire de nouvelles centrales. Tous les pays du monde ont appliqué cette recette.

Mais la donne va changer d’ici à 2050 : la population mondiale comptera 9 milliards d’habitants et la consommation d’électricité devrait doubler, à environ 40.000 TWh/an contre 20.000 TWh/an, selon le scénario de l’Agence internationale de l’Energie (AIE).

Ce scénario est loin d’être excessif : il suffira à peine à améliorer le taux d’électrification des pays en développement, en particulier en Afrique sub-saharienne où il est inférieur à 30%, bien qu’un Africain consomme à peine plus de 10% de l’électricité utilisée par un Américain.

Le calcul moyen de la consommation électrique est largement théorique : la hausse de la consommation moyenne masque des différences de un à trois entre heures creuses et heures de pointes, selon les moments de la journée. Pire encore : la multiplication des appareils électriques par habitant, type écrans plasmas ou climatiseurs, agrandit l’écart entre heures et creuses et pointes. En France, la demande peut varier de 30 GW à 110 GW !

Les prix font donc du yo-yo : en Europe, la différence de tarif entre heures creuses, lorsque les producteurs paient pour se débarrasser d’une électricité excédentaire qui déstabiliserait leur réseau, et heures de pointes où ils importent à prix d’or l’électricité de pays voisins, oscille de – 500 €/MWh à 1 500 €/MWh !

Si on ne stocke pas l’électricité, le monde devra s’armer pour une production correspondant non pas à la croissance moyenne de la consommation mondiale, mais à sa consommation de pointe, qui augmente bien plus vite. Il faudra donc plus que doubler la puissance installée actuelle. Avec des milliers de centrales à charbon, à gaz ou nucléaire, que la Chine, premier pays consommateur d’électricité, a déjà commencé à construire.

Bien sûr, il pourrait aussi s’agir de parcs éoliens ou solaires, mais leur production intermittente nécessitera, toujours à cause de l’absence de stockage de l’électricité produite, la construction de centrales à énergie fossile pour pallier leur arrêt. Car en heures de pointe, généralement quand il fait très chaud ou très froid et que les besoins de chauffage ou de refroidissement explosent, il y a souvent trop peu de vent pour produire beaucoup d’énergie éolienne.

Ces constructions de centrales en masse risquent d’épuiser les ressources et de faire bondir les émissions de CO2. Stocker se révèle donc indispensable, et même urgent.

Un quadruple avantage

Stocker évitera de construire des centrales thermiques, d’où des gains économiques (économies dans l’utilisation de ressources fossiles dont les prix vont nécessairement augmenter) et aussi environnementaux (éviter des émissions de CO2). Le stockage optimisera aussi l’utilisation des énergies renouvelables intermittentes : il est même une nécessité technique pour le développement de ces énergies.

C’est enfin une solution qui permet davantage d’indépendance énergétique ainsi que des solutions décentralisées, car les systèmes de stockage peuvent être placés au plus près des utilisateurs, y compris par exemple au sein des sites industriels.

Il y a donc aujourd’hui une convergence de besoins à la fois économiques et techniques en faveur du stockage. Certains pays ou régions adoptent mêmes des législations incitatives, comme la Californie où les cahiers des charges des nouveaux projets d’énergies intermittentes comportent une obligation de stockage. En France, un récent appel d’offre éolien pour la Corse et les DOM-TOM mentionne une contrainte relative au stockage d’énergie, une première (cf. l’étude du cabinet ENEA Consulting, « Le stockage d’énergie, Facts & Figures », consultable sur ce lien.

C’est donc la naissance d’une nouvelle contrainte pour les producteurs d’énergies intermittentes mais une nouvelle opportunité pour de nombreux industriels, car les techniques de stockage d’énergie sont très variées, sans oublier la capacité d’effacement ouverte à toutes sortes de sites industriels qui peuvent intégrer des moyens de stockage à leurs processus.

Des techniques variées mais souvent compliquées et coûteuses

Il est difficile de stocker directement l’électricité. Il faut la déporter sur une autre forme d’énergie, qui, elle, sera stockable. Parmi les principales techniques :

• Mécanique : notamment les grandes stations de transfert d’énergie par pompage (STEP) (STEP), la technique de stockage à grande échelle la plus utilisée, en particulier en France où les lacs de montagne permettent à volonté de retenir ou de relâcher environ 7 GW. Cette catégorie inclut aussi les volants d’inertie, les ressorts, ou encore les systèmes à air comprimé. L’air est comprimé en heure creuse et turbiné (transformé en électricité) en heure de pointe. Les STEP sont une excellente solution, la plus puissante et la moins chère, mais les sites possibles sont limités et déjà largement utilisés. 100 GW sons installés dans le monde et 60 GW en construction.

• Electrochimique : les batteries et piles. La technique la plus connue, incluant les batteries des véhicules classiques ou électriques ou encore les appareils portables. Divers types de batteries existent, comme les flow batteries, où les solutions actives sont placées dans des réservoirs séparés. Selon IDC Energy Insight, la capacité de stockage des grandes batteries Lithium-ion pour réguler les réseaux électriques va décupler d’ici à fin 2013, en passant de 1 343 à 12525 MWh installés, soit un investissement de plus de 11 milliards d’euros sur 3 ans, porté principalement par 22 grands fabricants de batteries mondiaux.

• Thermique : De nombreuses solutions de stockage de froid (glace, liquides cryogéniques) ou de chaud (sels fondus…) stockent l’énergie sous forme thermique avant de la restituer soit sous forme de chaleur ou de froid, soit sous forme électrique.

• Electrostatique/magnétique : les condensateurs et supercondensateurs stockent directement l’électricité sous forme magnétique.

• Chimique : l’électricité excédentaire permet de constituer un composant chimique qui en brûlant peut restituer l’énergie. C’est le principe des piles à hydrogène.

• Utilité : il s’agit de stockage d’énergie au sein d’un processus industriel : en conservant temporairement l’un des produits intermédiaires, avant de l’utiliser ultérieurement. La consommation d’électricité est ainsi décalée dans le temps, autrement dit stockée. Autre exemple, utiliser l’énergie nécessaire au captage du CO2 en heures creuses.

Des comparaisons difficiles

Ces divers systèmes ont des coûts très variables : de 60 à 400 €/kWh pour les STEP, de 300 à 3000 €/kWh pour les batteries, jusqu’à 6000 €/kWh pour les supercondensateurs (source : Electric Power Research Insitute – EPRI). Leur temps de réaction en cas de besoin est également très variable, tout comme leur capacité de stockage et leur possibilité d’implantation technique au plus près des besoins. Derniers critères clés, la vitesse de charge et le nombre de réutilisations possibles (charge/décharge).

Chaque système doit donc être choisi en fonction des situations : sur le plan économique, il faudra comparer le coût du stockage à celui de la production en heure de pointe. Plusieurs de ces techniques sont encore d’une efficacité limitée et d’un coût excessif. Le secteur permet sans doute d’importantes innovations.

L’adoption de politiques d’incitations au stockage, soit par des normes contraignantes, soit en rémunérant ceux qui stockent, pourrait jouer un rôle majeur.

Le V2G, ou vehicule-to-grid

La gestion intelligente des stockages existants ouvre d’autres voies : c’est le cas des batteries nécessaires aux voitures électriques. L’utilisation moyenne d’un véhicule électrique nécessitera beaucoup moins que 80% de la capacité de la batterie pour les trajets quotidiens. Il sera donc possible pendant les périodes où le véhicule sera branché et chargé, de laisser le réseau charger ou décharger selon les besoins 20% de la capacité de la batterie.

Pour un parc d’un million de voitures électriques branchées, l’espace de stockage pourrait atteindre 10 GWh. Un appoint qui pourrait s’avérer précieux en période de pointe, mais qui suppose que les voitures électriques soient déjà entrées dans les moeurs, ce qui ne sera pas immédiat.

Pour évaluer la faisabilité de ce concept, IBM réalise dans une île danoise un test grandeur nature, pour mesurer en pratique la capacité de stockage qu’offre un parc de voitures électriques pour compléter une production éolienne intermittente. Mais les utilisateurs doivent respecter des horaires bien précis pour que le système soit fonctionnel.

Stocker dans les pays émergents : un impératif encore plus fort

Le monde souffre aussi de fortes disparités énergétiques, avec des taux d’électrification allant de 100% dans les pays riches à 20,7% en Afrique australe, 20% en Afrique de l’Ouest et 9% en Afrique centrale. Certains pays d’Amérique du sud ou d’Asie du sud, Inde comprise, sont aussi en-dessous de la barre des 50%.

Dans les pays en développement, l’absence de stockage freine depuis longtemps l’accès à l’énergie dans les zones éloignées des réseaux, notamment en Afrique sub-saharienne où le taux d’électrification n’est que de 3% en zone rurale.

Dans ces régions, l’énergie solaire semble particulièrement adaptée, mais il faut lui associer des systèmes de stockage. Pour l’instant, des batteries traditionnelles sont les seuls systèmes de stockage associés abordables, mais leur coût de remplacement, tous les 3 ans en moyenne, complique leur utilisation pour les populations à faible revenu. Il faut promouvoir des systèmes plus pérennes et moins polluants que les batteries.

 

Par GreenUnivers.com pour INNOV’ECO