Stockage de l'énergie : des réseaux électriques plus stables

Le fonctionnement des réseaux électriques dans les agglomérations n'est pas toujours évident. Les opérateurs s'efforcent d'aligner la quantité d'électricité produite sur la quantité consommée, mais ces deux grandeurs fluctuent dans une fourchette assez large et sont en décalage.

Équilibrer les réseaux est encore plus malaisé lorsqu'interviennent des énergies renouvelables comme l'énergie éolienne ou solaire. Par leur nature même, ces énergies, que les spécialistes appellent "ressources variables", sont tributaires de la météo : elles produiront un excès d'électricité par une journée ensoleillée ou venteuse, et vice versa.

Pour tenir compte de ces inadéquations et intégrer davantage les énergies renouvelables, les opérateurs de réseaux stockent l'énergie. Plutôt que d'augmenter la part des énergies conventionnelles non renouvelables lorsque l'approvisionnement baisse, l'électricité stockée maintient les réseaux électriques à l'équilibre sans alourdir l'impact environnemental.

Le stockage de l'énergie est un élément clé des politiques visant à utiliser davantage les énergies renouvelables. Le plan d'action 2020 de la Commission Européenne, qui prévoit de couvrir 20% de la demande en électricité dans l'UE via des ressources durables, pose également un défi à la stabilité des réseaux électriques.

Technologies

En pratique, les technologies de stockage de l'électricité qui se prêtent à l'équilibrage à grande échelle des réseaux ne sont pas nombreuses. D'autres technologies, quoique prometteuses, sont encore au stade du développement. Voici un aperçu.

Barrages hydrauliques et stockage hydroélectrique par pompage

Pumped hydro storage (JPG)Le stockage hydroélectrique est actuellement la technologie la plus au point. Elle consiste à emmagasiner de l'eau dans des réservoirs à différentes altitudes. Quand le réseau a besoin d'électricité, on libère de l'eau contenue dans le réservoir le plus élevé, laquelle actionne une turbine en restituant son énergie potentielle. Le rendement est excellent avec les barrages qui retiennent des plans d'eau naturels. Dans les installations de stockage par pompage, l'eau est transportée activement dans le réservoir le plus élevé.

Stockage sous forme d'air comprimé. Il s'agit d'une technique très utilisée dans les applications commerciales. L'air comprimé est stocké dans des formations géologiques, par exemple des mines de charbon désaffectées. Quand le réseau a besoin d'électricité, l'air est décomprimé dans une turbine à gaz.

Systèmes basés sur l'hydrogène

À l'instar de l'air comprimé, l'hydrogène peut être stocké sous terre. Il est ensuite converti en électricité au moyen d'un turbodétendeur, avec une déperdition de 2,1% seulement de l'énergie stockée.

Stockage thermique

Maintes applications produisent de la chaleur qui peut être stockée en vue d'une génération d'énergie ultérieure. Les supports de stockage peuvent être des réservoirs d'eau chaude ou de sels fondus pour capter la chaleur résiduelle en provenance de panneaux solaires. La chaleur ainsi emmagasinée sert à produire de l'électricité, mais elle peut être canalisée pour le chauffage urbain.

Stockage électrochimique

Les solutions fondées sur les piles et accumulateurs servent surtout à stabiliser à court terme les réseaux de distribution, et non pas à fournir du courant de façon prolongée. À Puerto Rico, un système d'accumulateurs d'une capacité de 20 MW peut stabiliser le réseau local pendant 15 minutes. Les accumulateurs "à flux" contenant du zinc et du brome sont parmi les technologies d'avenir, ainsi que les accumulateurs polymériques aux ions de lithium et les accumulateurs aux ions de sodium.

Stockage magnétique supraconducteur

Dans cette technologie qui promet d'avoir de nombreuses applications futures, l'énergie est conservée dans un champ magnétique créé par une bobine cryogénique refroidie à sa température de supraconduction. Comme la bobine est refroidie au-dessous de sa température critique de transition, l'électricité ne passe que lorsqu'on appuie sur un bouton.

Pleins feux sur l'hydroélectricité.

D'après la Commission de l'UE, le stockage hydroélectrique par pompage représente actuellement 99% de la capacité mondiale de stockage de l'électricité. Les gouvernements investissent massivement pour ajouter l'hydroélectricité à leur portefeuille énergétique. En mai 2013, la Chine a donné le feu vert à la construction d'un nouveau barrage de 313 mètres de haut sur le fleuve Dadu, au Sichuan.

L'Europe est actuellement à la pointe du stockage hydroélectrique par pompage. Les trois majors mondiaux, qui contrôlent 50% du marché mondial, sont basés dans l'UE.

Les pays ayant la plus grande concentration d'équipements en Europe sont la France, l'Allemagne, l'Italie et l'Espagne.

Certaines centrales hydroélectriques parmi les plus imposantes se trouvent en Europe, dont celles de Dinowig au Pays de Galles et d'Isère en France, toutes deux d'une capacité de 1 800 MW. La Commission reconnaît, en Europe, un potentiel énorme pour ce qui est de doter les installations existantes des nouvelles technologies de stockage.

Forte croissance en perspective

La part grandissante des énergies renouvelables nécessitera l'expansion des capacités de stockage de l'électricité. Les énergies renouvelables constituent déjà le segment le plus dynamique du marché mondial de l'énergie, et l'Agence Internationale de l'Énergie (AIE) compte sur une croissance de 40% au cours des cinq prochaines années, malgré le contexte économique difficile.

D'après l'AIE, d'ici 2018, les énergies renouvelables représenteront 25% de l'énergie produite dans le monde (jusqu'à 20% en 2011).

Les variations naturelles de ces sources d'énergie exigeront un plus grand stockage pour équilibrer les réseaux électriques. Toujours selon l'AIE, des capacités de stockage allant de 189 à 305 GW seront pour ce faire nécessaires d'ici 2050.

En dernière analyse, c'est aux inventeurs, aux opérateurs de réseaux et aux politiciens qu'il incombera de coopérer pour assurer cette croissance à travers l'Europe.

Le saviez-vous ?

Korba (JPG)L'une des solutions les plus efficaces pour stabiliser les réseaux de distribution électriques commerciaux a été nominée pour le Prix de l'inventeur européen 2011 : le système de détection des variations de courant breveté par Petr Korba et Mats Larsson de ABB Research Ltd. aide à prévenir les surcharges et les pannes de courant dans nos agglomérations.

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