Stockage de l'énergie : des solutions existantes mais perfectibles
Des projets toujours plus nombreux sur le stockage de l'électricité
Il est désormais acquis que les énergies renouvelables seront un pilier de la production d’électricité mondiale. En revanche, un frein majeur persiste: l'intermittence de ces énergies, notamment pour le solaire et l'éolien. La problématique de la capacité de stockage puis de la redistribution devient alors fondamentale pour son développement.
En effet, une éolienne ne tournant pas sans vent et un panneau solaire ne produisant pas la nuit, les courbes de production ne sont bien évidemment pas en phase avec celles de la consommation. Il existe aujourd’hui différentes manières de stocker l'énergie sous différentes formes : mécanique, thermique ou bien chimique. Les coûts de mise en œuvre restent prohibitifs. Cependant, beaucoup de projets sont à l’étude pour amener un stockage de l’électricité à grande échelle. Voici un tour d'horizon des différentes projets de batteries.
Le stockage de l'énergie grâce à des batteries, comment ça marche ?
Le développement des énergies renouvelables est devenu un sujet crucial sur les dernières années, et la problématique est connue depuis un certain temps déjà. Le stockage quant à lui améliore l'efficacité énergétique. Par ailleurs, il apporte flexibilité et sécurité au réseau. En effet, le stockage de l'énergie concerne tant l'électricité en elle-même que la chaleur. Le but est donc d'accumuler l'énergie en un lieu pour en avoir une utilisation ultérieure. Le moyen le plus courant à ce jour reste la batterie. En charge, elles emprisonnent l'énergie et la restituent lors de leur décharge. Pour se faire, elles n'ont pas la nécessité d'être reliées à une source de production.
Un système de stockage de batteries usagées, comme celles de véhicules électriques par exemple, permet de conserver une charge électrique. Nous retrouvons donc la mise en place de fermes de batteries.
Avec la croissance des énergies renouvelables, conserver l'énergie efficacement sera indispensable dans un futur proche.
Les différents types de batteries à l'étude pour le stockage de l'électricité
Au vu de l'urgence, plusieurs technologies voient le jour et se disputent le marché. Chacune d'entre elles tient force et faiblesse. Un tour d'horizon sur les technologies proposées.
Un projet de batterie au CO2
C'est un dispositif qui comprend un grand dôme qui abrite des "vessies". Ces dernières sont flexibles et remplies de CO2. Le but ? Profiter de la dilatation du CO2 lorsqu'il passe de l'état liquide à l'état gazeux. En effet, la batterie est chargée pour lancer les compresseurs. Ces derniers compriment le gaz dans des volumes de plus en plus petits. Tant que le CO2 est comprimé, il conserve son état liquide. Ce processus crée une chaleur résiduelle qui est captée et libérée lorsque cela est nécessaire. En relâchant la pression, le CO2 s'évapore et des turbines récupèrent l'énergie résultant de cette évaporation.
Une approche qui se veut viable
L'entreprise italienne Energy Dome est la première à réussir à lancer une centrale de stockage énergétique de longue durée sur ce concept. Une usine pilote, installée en Sardaigne, s'avère petite mais viable, avec un stockage de 4 MWh. L'enseigne précise que les matériaux utilisés sont très largement disponibles, puisque courant, et permettent d'envisager un déploiement mondial. Certes, l'efficacité d'une telle installation paraît inférieure à celle de grandes batteries au lithium, mais le coût promet d'être plus intéressant. Energy Dome a pour but de construire une première usine fonctionnelle à taille réelle en 2023. Celle-ci pourrait stocker 200 MWh.
Une batterie au sable
Ce sont les Finlandais qui ont trouvé ce système original de stockage de l'énergie grâce à la chaleur dans une batterie à sable. Il s'agit d'un réservoir de plusieurs mètres de haut contenant une centaine de tonnes de sable. A l'intérieur de ce cylindre, on trouve aussi un système de transfert de chaleur automatisé. Breveté par la société Polar Night Energy, il convertit l'électricité en chaleur et la stocke dans du sable, un matériau pouvant atteindre une température jusqu'à 1000°C sans altération. Grâce à l'isolation du cylindre, cette chaleur peut être conservée pendant plusieurs mois.
La société Polar Night Energy estime un coût avoisinant les 10 € par mégawattheure, ce qui est peu. Cette batterie à sable a une capacité énergétique de 8 MWh.
Cette batterie à sable a plusieurs avantages : en plus d'un coût de revient relativement faible, elle est compatible avec la majorité des systèmes de transfert de chaleur. En effet, elle peut produire de l'eau chaude, de l'air chaud et de la vapeur d'eau.
Comme l'indique le directeur technique de Polar Night Energy, "cette innovation s'inscrit dans la transition énergétique intelligente et verte. Les systèmes de stockage de chaleur peuvent contribuer de manière significative à augmenter les énergies renouvelables intermittentes dans le réseau électrique. En même temps, nous pouvons amorcer la chaleur résiduelle à un niveau utilisable pour chauffer une ville".
La batterie à l'eau salée
Là encore, il s'agit d'un système de stockage de manière prolongée. Nous avons ici un nouveau type de batteries appelé le "flux acide-base", dans lequel il n'y a pas besoin de métaux précieux.
Le principe ? L'ajout d'électricité crée un acide et une base à partir d'une solution saline. Le système de stockage utilise une électrodialyse qui permet, via le courant continu, de déplacer les ions à travers une membrane facilitant la génération des solutions en fractionnant les molécules d'eau. Autrement dit, il s'agit d'un procédé électro-chimique de séparation des molécules. La recombinaison de ces solutions libère de l'électricité.
Si à ce jour ce type de batteries est relativement au point pour un usage résidentiel, quelques problèmes techniques persistent pour une utilisation à grande échelle. Cependant, ces problèmes sont en cours de résolution et l'équipe s'attend à ce qu'une usine à taille réelle voit le jour d'ici 2025.
Vers une batterie sous-marine sur le principe des STEP
Les stations de transfert d'énergie par pompage (STEP) sont des installations hydrauliques composées de deux bassins. Ces derniers se trouvent à des niveaux d'altitude différents. Ils permettent de stocker de l'électricité. On pompe l'eau du bassin inférieur vers le bassin supérieur dans un premier temps et, quand la demande est plus forte, on turbine l'eau du bassin supérieur.
Une batterie sous-marine fonctionne suivant ce même principe. En effet, des poches souples sont déposées au fond de l'océan, représentant les bassins supérieurs, et des réservoirs sont enfouis plus en profondeur pour faire office de bassin inférieur. Ce système permet de pallier le manque de production d'une éolienne offshore, par exemple, en rééquilibrant la tension du réseau par un système de pompage. L'eau réacheminée transite alors par des turbines hydrauliques.
Ocean Grazer, producteur de cette batterie, explique que cette dernière utilise la pression hydrostatique. De fait, à l'inverse de STEP, elle n'a pas besoin de grande chute entre les deux bassins, ce qui fait que "nous n'avons pas besoin de construire un barrage hydroélectrique entier", souligne l'entreprise néerlandaise. Elle assure aussi que cette batterie pourrait être déployée sur des parcs éoliens offshores et peut se combiner à d'autres centrales d'énergie renouvelable, comme du solaire flottant, par exemple. Par ailleurs, l'entreprise prévoit une installation dans un lac des Pays-Bas en 2023, et une en pleine mer d'ici à 2025.
Le stockage de l'énergie via l'hydrogène
Il faut dire qu'il est possible de transformer de l'électricité renouvelable en hydrogène et inversement dans le but de la consommer plus tard.
En effet, si nous revenons à nos cours de chimie, l'eau est composée d'hydrogène et d'oxygène. On applique ici une électrolyse de l'eau. En faisant passer un courant électrique dans l'eau, on sépare les deux atomes d'hydrogène de la molécule d'oxygène. On parle dès lors d'un hydrogène vert. Comme pour la batterie à CO2, nous retrouvons ici un système d'électrodialyse pour fragmenter le liquide. Cette fragmentation génère un dégagement d'électrons créant un courant électrique.
En revanche, une question subsiste : le stockage d'énergie entre le moment où l'hydrogène est produit et le moment où il est transformé en électricité. Le stockage de l'hydrogène n'est pas simple. Il doit être transformé pour augmenter sa densité. Il peut alors être stocké sous forme gazeuse, à haute pression, sous forme liquide, mais à très basse température (-250°C), ou bien sous forme solide.
Storengy, une filiale d'Engie, a pour projet de stocker l'hydrogène dans des cavités salines souterraines.
Il y a de plus un gros frein à cette utilisation qui est coûteuse. De plus, en France, transporter et stocker du gaz est un problème de longue date. L'hexagone connaît un grand manque d'infrastructures et le processus de transformation de l'hydrogène est très énergivore.
La consommation annuelle en France
Selon les chiffres de l'énergéticien EDF, la consommation d'électricité en France a triplé entre 1973 et 2010. En 2019, le pays atteignait les 473 TWh. Pour 2050, elle est estimée à 530 TWh. Même si la France exporte de l'électricité, sa capacité de stockage l'oblige à en importer de même.
La question du stockage deviendra une priorité dans les années à venir
Les chercheurs, comme nous l'avons vu, sont sur plusieurs pistes pour rendre un système de stockage de l'énergie plus efficace et plus performant. Que ce soit par l'amélioration des batteries au lithium au développement de nouvelles technologies de stockage, il y a une prise de conscience sur la nécessité d'accélérer l'équilibre des systèmes d'énergie renouvelables. Par ailleurs, l'Agence internationale pour les énergies renouvelables (IRENA) doit réaliser un rapport dans lequel sera énoncé ce qu'il se passe à travers le monde pour atteindre la neutralité carbone en 2050. "Lorsque nous parlons de projets, notre initiative s'accompagne d'une plateforme d'investissements climatiques et d'un financement pour l'accélérateur de la transition vers les énergies renouvelables qui aura un rôle important dans la COP 27". Le stockage représente alors un défi majeur pour le marché de l'énergie.
Avec une électrification générale dans un futur proche, les gouvernements misent de plus en plus sur les énergies vertes. Pour ce faire, il faut rendre la production plus permanente.
