Stocker l’électricité pour faire le plein d’énergies renouvelables

Réaliser l’équilibre entre l’offre et la demande en électricité, c’est le défi posé par les énergies renouvelables. À l’heure où la part des énergies éoliennes et solaires progresse, la maîtrise du stockage apparaît comme essentielle. Des solutions collectives ou individuelles déjà en place aux recherches en cours, où en est-on ? Inventaire.

C’est l’un des arguments les plus éculés des opposants à l’énergie éolienne ou solaire : l’intermittence. Soumises aux conditions météorologiques ou à la présence de soleil, ces énergies renouvelables (EnR) ne sont pas toujours en phase avec la demande en électricité. Toutefois, les objectifs fixés par l’État ne laissent aucune ambiguïté. Avec 40 % de production électrique issue des énergies renouvelables d’ici 2030, la transition énergétique va singulièrement s’accélérer. Dans ce contexte, la progression des capacités de stockage tout comme les innovations sont nécessaires pour accompagner la montée en puissance des EnR.

Produire c’est stocker

Les centrales solaires thermodynamiques ont un avantage majeur. Elles permettent de continuer à produire de l’électricité une fois la nuit tombée. Plusieurs technologies existent, mais le principe reste le même. Concentrer les rayons du soleil à l’aide de miroir afin de pouvoir chauffer un liquide caloporteur (huile ou sels fondus). Ce fluide peut ensuite être stocké, transformé en vapeur pour faire tourner une turbine. Ainsi, la production d’électricité peut être prolongée de 16 heures. Les centrales peuvent donc fonctionner jour et nuit avec un ensoleillement maximal. C’est pourquoi elles sont aujourd’hui situées en Californie, au sud de l’Espagne, ou encore au Maroc. Reste que le coût au kWh est plus cher que le photovoltaïque.

Courants porteurs

Si l’électricité ne se stocke pas de façon durable et efficace, des solutions matures existent. C’est le cas des stations de transfert d’énergie par pompage (STEP). Le principe est simple et permet de stocker de grande quantité d’énergie électrique sous forme… d’eau. Située dans des bassins à des altitudes différentes, l’eau peut être pompée ou relâchée (turbinée). Le pompage utilise un surplus de la production électrique. À l’inverse, le turbinage injecte de l’électricité pour répondre aux pics de consommation. C’est la solution de stockage la plus utilisée dans le monde. La moitié des plus de 400 STEP en activité est en Europe. Sur le plan individuel, une autre solution bien connue est celle des ballons d’eau chaude. Associés à des panneaux photovoltaïques, ils peuvent ainsi restituer l’énergie, plus tard, et ce sous forme de chaleur.

En batterie

Stationnaires et décentralisées, les batteries sont un autre moyen de stockage quoique de plus petite intensité. Elles peuvent répondre aux besoins d’autoconsommation photovoltaïque des particuliers ou encore être déployées dans des microréseaux. Seule leur densité énergétique (nombre de kWh par kg ou litre) représente encore un frein. Si le XXe siècle s’est construit sur le pétrole, c’est en raison d’une densité énergétique 35 fois supérieure à celle d’une batterie au lithium. Et quand bien même ce métal rare et cher serait remplacé par le sodium-ion, les impacts environnementaux seraient loin d’être satisfaisants. De plus, aucune batterie n’offre une densité énergétique permettant un stockage massif à l’échelle des besoins de la transition énergétique.

L’heure H2

L’espoir viendrait-il alors de l’hydrogène ? Le « Power to Gaz » permet de transformer les surplus d’électricité d’origine renouvelable en hydrogène. Pour cela, le courant électrique passe dans de l’eau pour casser ses molécules et séparer l’oxygène de l’hydrogène. C’est ce dernier qui peut être stocké et transporté dans les réseaux de gaz naturel. Loin d’avoir l’efficience des STEP, le « Power to Gaz » à l’immense avantage de pouvoir se déployer partout à l’inverse du stockage hydraulique. Des projets ont été récemment lancés. Engie développe des solutions pour l’habitat et la mobilité à Dunkerque et GRTgaz construit un démonstrateur industriel Jupiter 1000 à Fos-sur-Mer.

L’énergie de l’air comprimé

Beaucoup moins connu est le stockage par air comprimé. Cette fois, l’excès de production d’électricité permet de comprimer de l’air. Injecté sous pression dans un réservoir, il est ensuite restitué par turbinage pour répondre aux besoins en énergie électrique. Toutefois, la compression induit un réchauffement de l’air, qu’il faut refroidir. Idem pour la décompression, l’air doit être réchauffé avant d’être turbiné. Pour s’affranchir des pertes d’énergies induites par ces étapes, une solution de compression adiabatique est en cours de développement. Si le stockage par air comprimé reste techniquement complexe à mettre en place, il offre l’avantage de grandes capacités de stockage, ce qui explique l’essor des projets à travers le monde.

En résumé

Si des solutions de stockage existent, si de nombreux facteurs plaident pour leur développement, la question du coût revient sans cesse. Certes, les batteries pourraient être le moyen le plus évident pour faire correspondre offre et demande sur le réseau électrique. Toutefois, beaucoup de contraintes techniques, réglementaires et économiques freinent leur développement. Ne faut-il pas encore diminuer les impacts environnementaux ? Arriver à limiter l’autodécharge ? Une chose est sûre, pour la plupart des technologies citées, un important effort de recherche et développement doit être poursuivi pour parvenir à des solutions économiquement viables. La récente hausse des prix du pétrole et les prévisions des cours du brut d’ici 2025[1] pourraient toutefois aider à débloquer les investissements nécessaires à la transition énergétique.

Cyrille Arnoux, responsable éditorial web

[1] Prévisions de Deloitte sur les prix du pétrole et du gaz, 30 juin 2018.