Stockage de l’électricité

Le recours, volontairement croissant,  à des sources d’énergie renouvelables et, le plus souvent, intermittentes accentue le déphasage temporel entre la production d’électricité et sa consommation.  Cette fragilisation de l’équilibre entre l’offre et la demande d’électricité induit une augmentation du besoin de stockage temporaire de cette électricité, ceci à plusieurs échelles de temps.

Il est à noter que contribuer à une bonne intégration des énergies renouvelables intermittentes dans le portefeuille des sources d’énergie n’est pas l’unique fonction du stockage, lequel peut également contribuer au lissage de la charge, à la fonction secours et au maintien de la qualité d’alimentation.

À ces aspects techniques s’ajoute une dimension économique puisque la volatilité du marché de l’électricité crée des opportunités pour ceux qui ont la possibilité de la stocker (industriels, collectivités, particuliers), ceci dès lors qu’existe un environnement réglementaire suffisamment clair pour apporter la confiance nécessaire aux acteurs désireux d’investir.

Les paragraphes qui suivent font un point rapide sur les technologies de stockage, matures ou en développement, et renvoient vers des sites de qualité permettant d’approfondir les sujets.

Nous nous concentrons sur les moyens de stockage permettant de restituer de l’électricité, aussi les techniques dites « power to gas » (production d’hydrogène par électrolyse, production de méthane par méthanation) ne sont-elles pas abordées.

Les techniques de stockage relèvent de plusieurs grandes familles : celui-ci peut être mécanique (STEP : Stations de Transfert d’Énergie par Pompage, volants d’inertie), thermodynamique (Air comprimé : CAES pour Compressed Air Electricity Storage), chimique (H₂ obtenu par électrolyse, pour combustion ultérieure dans une pile à combustible), électrochimique (batteries), électrostatique (super condensateurs), magnétique (boucles de courant dans des matériaux supraconducteurs : SMES pour Superconduction magnetic energy storage).

Aujourd’hui, avec une capacité installée à l’échelle mondiale de l’ordre de 140 GW, les STEP représentent l’énorme majorité (≈ 99%) des capacités de stockage. À noter l'offre récente, et appelée à un grand avenir, de micro-STEP urbaines intégrées, portée par la société Nature & People First.

Viennent ensuite les CAES conventionnels (≈ 440 MW) et les batteries Sodium-Soufre (≈ 300 MW). Source : feuille de route de l’Agence Internationale de l’Énergie sur le stockage, 2014.

Ces divers procédés de stockage de l’électricité sont à des stades de maturité technologique variés. De la même façon, leur intensité capitalistique et les risques technologiques associés à leur développement varient-ils d’un cas à l’autre.

On trouve en page 16 de la publication de l’AIE précitée un intéressant graphique qui, le long de ces deux axes, positionnent les procédés de stockage (d’électricité et thermiques). Ce graphique est reproduit ci-dessous :

   

Il est enfin intéressant de comparer les caractéristiques techniques et économiques des procédés de stockage de l’électricité même si, dans bien des cas, les valeurs ne sont qu’indicatives.

Technologie	Positionnement	Durée du stockage*	Capacité	Puissance	Efficacité %	Investissement initial (US $/kW)	Durée de vie
STEP	Production	Long	1 à 100 GWh	100 MW à 1 GW	50 à 85	500 à 4500	>40 ans
Air comprimé	Production	Long	10 MWh – 10 GWh	10 à 300 MW	30 à 70	500 à 1500	>30 ans
Batteries	Production & consommation	Distribué, hors grille, court	< 100 MWh	< 10 MW	75 à 95	300 à 3500	2000 à 10000 cycles
Chimique H2	Production & consommation	Long	10 kWh à 10 GWh	1 kW à 10 MW	20 à 50	Grande variabilité selon les sources	5 à 10 ans
Volant d’inertie	Transport & distribution	Court	5 à 10 kWh	1 à 20 MW	90 à 95	150 à 500	100000 cycles
Super condensateurs	Transport & distribution	Court	1 à 5 kWh	10 kW à 5 MW	90 à 95	150 à 500	500000 cycles
Magnétique (SMES)	Transport & distribution	Court	1 à 10 kWh	10 kW à 5 MW	90 à 95	150 à 500	<30 ans

*Les éléments sont pour l’essentiel issus de la feuille de route de l’AIE, précitée (voir en particulier le tableau 6, page 18).

La question du stockage à l’échelle de la ville, du quartier, voire du bâtiment se pose légitimement.

La raison en est simple : le secteur du bâtiment est le premier poste de consommation énergétique (plus de 40% en France) et, en même temps, il peut être le support de capteurs d’énergies renouvelables. C’est là toute a logique sous-jacente à la future réglementation bâtiment responsable 2020 (RBR2020). C’est ainsi que consommation et production se rejoignent géographiquement et, du fait qu’elles sont temporellement décalées,  impliquent le recours au stockage. Le réaliser localement permet des économies de transport d’électricité substantielle.

L’annonce faite récemment, sur le sujet, par la société Tesla a été abondamment relayée par les médias. Il est fort probable qu’elle sera suivie d’autres, tout aussi innovantes, compte tenu des enjeux.

Pour aller plus loin, quelques sites pédagogiques ou exemples de réalisation :

Stockage gravitaire	Stockage thermodynamique	Stockage chimique H2	Stockage électrochimique	Stockage électrostatique	Stockage inertiel
STEP conventionnelle terrestre STEP marine STEP souterraine Système de transfert d’énergie par lest maritime	CAES -    isotherme de surface -    isochore adiabatique souterrain -    isobare adiabatique de surface Stockage -    hydro/oléo-pneumatique -    par pompage thermique	Électrolyse alcaline Électrolyse PEM (Polymer electrolyte membrane)	Batteries : -   Plomb-Acide -   Nickel-Zinc -   Lithium-Ion -   Métal-Air Zinc -   Sodium-Souffre -   Sodium-Nickel Chloride à circulation -    Zinc-Bromine -    Vanadium	Super condensateur	Volant d’inertie Basse Vitesse Volant d’inertie Haute Vitesse

Par ailleurs, sur le site Internet d’Enea consulting, on trouve une étude de grande qualité sur le stockage d’énergie. De même, sur le site de l’ADEME, une étude sur le potentiel du stockage d’énergies.