Stocker l’électricité : un impératif majeur.

Depuis très longtemps, je pense que le jour où on aura réussi à trouver un dispositif efficace et efficient de stockage de l’énergie, notamment électrique, de nombreux problèmes du monde seront sinon totalement résolus au moins très atténués, que ces problèmes soient environnementaux, géopolitiques, économiques, sociétaux, … Des progrès en la matière ont été faits ces dernières décennies, en particulier grâce au développement de la mobilité, ordinateurs puis téléphones puis véhicules puis ….

Saluons donc deux travaux récents, l’un sur le stockage de l’électricité, issu de l’Office parlementaire d’évaluation des choix scientifiques et technologiques (OPECST), et l’autre (présenté dans le prochain article de ce blog) portant une analyse critique des travaux de l’ADEME sur l’évolution du Mix électrique jusqu’en 2060, issu de l’Académie des technologies.

Sous cette nouvelle législature, l’OPECST a limité drastiquement l’ouverture au public de ses auditions, ce qui est regrettable, mais a proposé une nouvelle forme intéressante de « livrable » sous la forme de fiche de 4 pages sur des sujets de société.

La dernière fiche produite, dont quelques éléments sont repris ci-dessous, concerne le stockage de l’électricité.

L’électricité a ceci de particulier qu’elle doit être utilisée (ou stockée) lorsqu’elle est produite. Stocker l’électricité, c’est transformer l’énergie électrique en une autre forme d’énergie, puis transformer de nouveau cette dernière en électricité, avec des pertes inévitables lors de chaque conversion. Chaque mode de stockage possède des caractéristiques qui déterminent son champ d’applications pratiques. La fiche de l’OPECST en cite principalement trois : les STEP, les batteries et l’hydrogène. 

Les STEP (Stations de transfert d’énergie par pompage) sont formées de deux bassins situés à des altitudes différentes entre lesquels est placé un groupe hydroélectrique qui peut fonctionner comme un ensemble pompe-moteur ou turbine-alternateur. Le bassin supérieur est alimenté par pompage de l’eau du bassin inférieur quand le prix de l’électricité est bas. Lorsque la demande électrique et le prix de l’électricité augmentent, les STEP injectent de l’électricité sur le réseau en turbinant l’eau du bassin supérieur. Technique maîtrisée, qui permet un stockage massif d’énergie couplé à des puissances élevées tout en offrant un bon rendement, les STEP sont le mode de stockage de l’électricité le plus répandu en France et dans le monde. Elles permettent par ailleurs de produire une électricité décarbonée (lorsque la phase de stockage a été alimentée en énergie décarbonée comme c’est le cas en France). 

L’hydrogène est le troisième vecteur stratégique de stockage de l’électricité. Les technologies power-to-gas permettent de produire, par électrolyse de l’eau, un hydrogène qui pourra alimenter des piles à combustibles (PAC), remplacer dans certaines filières industrielles l’hydrogène issu du vapo reformage du méthane ou être injecté directement dans les réseaux de gaz. 

Moyen de stockage en fort développement, les batteries convertissent l’énergie électrique en énergie chimique et réciproquement. On en distingue plusieurs familles en fonction du couple oxydo- réducteur impliqué dans les réactions électrochimiques, des classiques accumulateurs au plomb aux batteries Sodium-Soufre (Na-S), Lithium- Soufre (Li-S) ou Nickel-Cadmium (Ni-Cd), en passant bien sûr par toute la gamme des batteries Lithium-ion. Ces dernières ont constitué à partir des années 1990 une rupture technologique permettant d’envisager des applications allant du stockage stationnaire à l’alimentation des appareils électroniques, en passant par la mobilité. Ces batteries offrent des performances croissantes en termes de densité énergétique, ainsi qu’un très bon rendement (90-95 %), des coûts de revient en baisse et un niveau de sécurité satisfaisant. 

Le stockage de l’électricité apparaît comme une nécessité pour accomplir la transition énergétique. La France est engagée dans la diversification de son mix électrique. Or, le remplacement de moyens de production nucléaires ou thermiques, dont le niveau peut être ajusté à la hausse comme à la baisse, par des moyens éoliens et solaires non « commandables » implique un accroissement sensible des besoins de flexibilité du système électrique. C’est dans ce contexte que s’inscrit la réflexion sur les liens entre stockage de l’électricité et gestion du système électrique. 

La fiche traite ensuite des scénarios pour quantifier les besoins de stockage futurs, notamment ceux de RTE qui a élaboré 4 scénarios à l’horizon 2025.

En résumé cette fiche insiste sur 3 points :

  • Au niveau mondial, le stockage de l’électricité est appelé à se développer dans un contexte de fort essor des énergies renouvelables (EnR) variables. 
  • Les simulations montrent toutefois que les besoins de stockage stationnaire resteront limités dans le cas de la France du fait de la flexibilité de notre système électrique et de son interconnexion au système européen. C’est seulement après 2035, si devait se mettre en place un mix électrique composé quasi exclusivement de moyens de production renouvelables, que des besoins de stockage significatifs, notamment inter-saisonniers, pourraient apparaître. 
  • Le stockage de l’électricité se trouve par ailleurs au cœur de l’essor de formes de mobilité durable, dès maintenant pour la mobilité électrique, à plus long terme pour ce qui concerne une mobilité de masse à l’hydrogène. 

Conseil de l’innovation et stockage de l’énergie haute densité

Pour compléter, signalons aussi que le Conseil de l’innovation du 13 décembre 2018 a retenu un grand défi sur la thématique de la transition écologique et du développement durable « Comment développer le stockage de l’énergie haute densité pour une mobilité « zéro fossile » ? » doté de 30 M€

Ce défi a pour objectif de favoriser le développement et l’utilisation de technologies de stockage d’énergies nouvelles pour une mobilité durable. Il s’agit, pour chacune des disciplines scientifiques de développer de nouveaux paradigmes en utilisant comme vecteur commun la transition énergétique et de fédérer les forces de filières pour développer un stockage haute densité intégré et adapté à chaque type de véhicules. Les énergies et puissances nécessaires varient fortement en fonction des applications (terrestre, ferroviaire, maritime, aérien) et de leur profil d’utilisation (rayon d’action, vitesse, charge utile). L’objectif final est d’être en mesure de proposer pour industrialisation des sous-systèmes à forte valeur ajoutée pour le développement de véhicules routiers, ferroviaires, marins ou aéronautiques à propulsion « zéro-fossile ». 

Le but de ce défi est d’ouvrir les marchés de nouvelles solutions de mobilité durable en s’appuyant sur une sélection de technologies de stockage d’énergie en rupture et très performantes (chimie des batteries, pile à combustible, stockage dense de l’hydrogène, super capacités, …) mais aussi sur l’intégration concrète des travaux réalisés par d’autres filières, notamment la filière automobile, pour les véhicules à très fort besoin énergétique. 

http://www.senat.fr/fileadmin/Fichiers/Images/opecst/quatre_pages/OPECST_2019_0009_note_stockage_electricite.pdf

https://www.entreprises.gouv.fr/node/177683?language=es

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