Stockage d'énergie - une introduction

Par JJB 

 

L’idée de stocker l’énergie peut sembler paradoxale au premier regard : comment est-ce qu’un phénomène aussi éphémère que l’énergie pourrait être séquestré sur une longue durée ? Pourtant, il existe déjà de nombreuses manières pour y parvenir, et plusieurs pistes sont en train d’être étudiées pour compléter et améliorer ces technologies de stockage. En effet, celles-ci sont amenées à jouer un rôle de plus en plus important dans le cadre de la transition énergétique. 

 

Stockage d’énergie : quels vecteurs ?

Parmi les solutions traditionnelles de stockage d’énergie, on pourrait citer d'abord les produits solides d’origine fossile, tels que le charbon ou le fioul, qui peuvent facilement être achetés, vendus, transportés, stockés puis utilisés à n’importe quel moment – dégageant ainsi de l’énergie, par exemple pour cuisiner ou pour alimenter le moteur d’une voiture.  

Les systèmes gaziers, avec leurs réserves et réseaux, permettent également de stocker et distribuer de l’énergie, sous forme de gaz naturel. Là encore, il s'agit d'une source d'énergie qui reste avant tout d’origine fossile, même si des alternatives moins carbonées se développent également.

De manière similaire, les réseaux de chaleur, qui fournissent de la chaleur à leurs clients, permettent de conserver l’énergie sous forme de chaleur pendant une certaine durée (à condition d’une bonne isolation thermique).

Cet effet d’inertie n’étant pas possible dans le cas de l’électricité, celle-ci est la forme d’énergie qui est la plus difficile à stocker. En effet, sur un réseau électrique, l’offre doit correspondre à la demande à tout moment. Les technologies de stockage d’électricité méritent donc une attention toute particulière.

 

 

Stockage d’électricité : entre les batteries lithium-ion et options plus larges

Le prix de batteries lithium-ion a chuté de manière considérable ces dernières années, d’environ 1200 USD/kwh en 2010 pour les batteries de véhicules à 156 USD/kWh en 2019, selon l’Agence International de l’Energie (IEA, qui précise d’ailleurs également la chute des prix pour d’autres gammes de batteries).

Selon les analyses de Bloomberg New Energy Finance, ces prix continuent de chuter et commencent en 2020 à se situer en dessous de 100 USD/kWh.

Mais les batteries lithium-ion ne sont pas forcément la solution la plus efficace pour le stockage de grands volumes d’électricité sur de longues durées. Pour cela, la solution la plus répandue aujourd’hui reste l'énergie hydraulique, et notamment les STEP : ces Stations de Transfert d'Energie par Pompage utilisent de l’électricité (lorsqu’elle est abondante sur le marché) pour pomper de l’eau dans des bassins de retenue d’eau à hauteur élevée. Ensuite, lorsque l’offre d’électricité sur le marché est trop faible, cette eau peut être relâchée pour faire tourner des turbines de production d’électricité.

Cela représente un atout considérable pour un avenir où les énergies renouvelables joueraient un rôle plus important dans la fourniture d’électricité, créant ainsi un besoin pour compenser les fluctuations que peuvent connaître la production électrique photovoltaïque ou éolienne.

Néanmoins, étant donné que les STEP nécessitent une géographie spécifique, et peuvent avoir un impact négatif sur la biodiversité locale, d’autres solutions sont développées à travers le monde. 

D’un point de vue non seulement technique mais aussi financier, les technologies suivantes sont parmi les options les plus efficaces (après les STEP), selon la ressource en ligne GreenTechMedia :

• des tours de béton (répliquant le principe des STEP mais en soulevant et relâchant du béton au lieu d’eau), qui ont par exemple déjà suscité l’intérêt de Bill Gates et Tata Power,
• de l’air liquéfié et stocké dans des réservoirs en surface,
• de l’air pressurisé et stocké dans des cavités souterraines (dans les deux cas, la décompression de l’air permet ensuite de faire tourner des turbines produisant de l’électricité)
• des batteries à flux redox, qui stockent l’électricité via un réservoir d’électrolytes liquides

Toutefois, il convient de noter que ces technologies ne sont pas encore déployées à grande échelle aujourd’hui. Ainsi, la question du stockage à longue durée (par exemple, pour lisser la saisonnalité de la production et consommation d’électricité), essentielle pour le défi de la décarbonation de l’économie, est encore loin d’être tranchée.  

 

Règles du jeu : comment harmoniser tous ces instruments ?

La question du stockage n’est pas seulement technologique, elle est également économique. Par exemple, les professionnels des marchés de l’électricité discutent depuis longtemps sur la question de savoir s'il faut rémunérer (en plus de la production réelle d'électricité) la disponibilité des producteurs d’électricité, afin s’assurer que l’offre d’électricité soit toujours suffisante. Une telle rémunération pourrait avoir un impact important sur la rentabilité du stockage d'énergie. Néanmoins, ces débats ne sont pas encore complètement tranchés dans les différents pays. 

De plus, les opérateurs de stockage d’énergie ayant un rôle intermédiaire, entre producteurs et consommateurs, ils pourraient faire l'objet d'une double-taxation, à la fois quand ils importent et quand ils exportent de l'énergie. 

Tant que les revenus (ainsi que les surcharges et taxes) associés à ce rôle restent flous, il n'est pas facile d’investir dans de nouvelles installations de stockage d’énergie, notamment s’il s’agit de nouvelles technologies encore peu matures.

C’est un challenge non négligeable pour les régulateurs qui définissent les règles des marchés de l’énergie : si l’on veut compenser financièrement le stockage d’électricité et la sécurité d’approvisionnement qu’il peut procurer, il faut le faire d’une manière qui évite des effets indésirables sur les marchés ou sur les réseaux électriques.

 

Par exemple, le stockage d’électricité pourrait aider à absorber la surproduction momentanée des énergies renouvelables, notamment lorsque le réseau électrique local n’est plus capable d’évacuer toute cette production électricité (dans ce cas, on écrête aujourd’hui souvent la surproduction renouvelable). Mais, pour ce faire, il faut que le cadre régulatoire incite l'opérateur du stockage à absorber l’électricité au moment où le réseau local est dépassé. Autrement, il n’est pas exclu que le marché national incite l'opérateur du stockage à exporter de l’électricité (au lieu d’en absorber), détériorant ainsi la situation du réseau local au lieu de l’améliorer.

 

Des solutions de « Sector Coupling », qui renforcent les synergies entre les secteurs (électricité, chaleur, transport), peuvent également aider à absorber la (sur)production d’électricité renouvelable, permettant ainsi souvent de conserver cette énergie sur une durée plus longue. Par exemple, le « Power-to-heat » qui, aujourd’hui déjà, utilise les excédents de la production renouvelable pour en faire de la chaleur pour les réseaux de chaleur municipaux, par exemple au Danemark et en Allemagne.

Un autre exemple est la transformation d'électricité en hydrogène, qui peut ensuite être utilisé en tant que gaz décarboné pour des processus industriels, de la chaleur, ou pour la mobilité (voire pour en refaire de l’électricité, même s’il y a des pertes d’efficacité durant l’étape de transformation).

 

Conclusion

Ainsi, de nombreux enjeux technologiques, économiques et régulatoires restent encore à relever autour du stockage de l’énergie. Pour le système de l’électricité de l’avenir, qui sera conçu pour accueillir de plus en plus d’énergies décentralisées et décarbonées, il y aura donc plusieurs outils de stockage dont le déploiement reste à surveiller de près.