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. 

Rénovation énergétique des bâtiments

Le parc bâti français étant responsable de plus de 40% de la consommation énergétique du pays, en améliorer la performance énergétique est clairement un levier majeur pour réduire notre consommation, les émissions de gaz à effet de serre associées, notre dépendance énergétique, notre déficit commercial et inscrire le pays dans la transition énergétique.

Quelles sont les motivations qui peuvent inciter un maître d’ouvrage à procéder à des travaux de rénovation énergétique de son bien ? Sans prétention à l’exhaustivité et sans notion d’ordre, on peut citer :

• L’obligation d’y procéder, laquelle n’existe pas (encore). Il en a été parlé pour le parc tertiaire.
• Une sensibilité à la problématique du réchauffement climatique induisant un désir d’agir individuellement.
• Le souhait de réduire sa facture énergétique et d’améliorer son confort.
• La valorisation de son bien. En améliorer la performance énergétique va dans le sens d’en accroître la valeur, sous réserve qu’il existe une demande locale (activité économique, lieu d’agrément, desserte par les transports en commun …)
• Un rôle d’exemplarité (État, collectivités locales, établissements publics).
• Des incitations financières et fiscales réduisant sensiblement le coût des travaux.
• La réalisation d’autres travaux, par exemple d’extension, qui fournissent l’occasion d’ajouter un volet de rénovation énergétique. On parle alors de travaux embarqués.

Si de tels travaux sont envisagés, le passage à l’acte ne se fera que si des réponses satisfaisantes sont apportées à un ensemble de questions que se pose légitimement le maître d’ouvrage, comme :

• Financement : existe-t-il des aides ? Pour le logement ? Pour le tertiaire ? Qu’est-ce qu’un Contrat de Performance Énergétique (CPE) ?, Qu’est-ce qu’un tiers investisseur ?
• Qui fera les travaux ?, Comment trouver des entreprises qualifiées ?, Comment sont-elles formées ?, Je souhaiterais n’avoir qu’un interlocuteur, quelles sont les solutions ?
• Les temps de retour sur investissement sont très longs et encore allongés si la qualité de la mise en œuvre n’est pas au rendez-vous. Vers quels systèmes de garantie de la performance énergétique s’oriente-t-on (contributions du Plan Bâtiment Durable et de la Fondation Bâtiment Énergie) ?
• Quels sont les avantages et inconvénients de faire l’ensemble des travaux d’un coup ou de les étaler dans le temps ? Si cette dernière solution est retenue, comment procéder (un exemple : le passeport énergétique du Shift Project) ?

Si la mesure de l’enjeu de la rénovation énergétique des bâtiments est présente, le passage à l’acte est plus modeste, quels que soient les types de bâtiments. C’est ainsi que 150 000 à 200 000 logements sont rénovés par an en France, alors que l’objectif affiché par l’État est de 500 000 à l’horizon 2017.

Aussi, nombreux sont les groupes de travail, commissions, organismes qui ont réfléchi, et réfléchissent encore, aux ressorts à activer afin de faire décoller ce marché (aujourd’hui estimé à 15 G€ en France), très conséquent sur les plans de l’emploi, de l’économie et de l’environnement. Nous en citons quelques-uns ci-dessous et encourageons l’internaute curieux à suivre les liens.

• La Société de Financement de la Transition Énergétique (SFTE) s’est penchée sur le financement de la rénovation du parc tertiaire public et a bâti un programme pour « massifier » ces travaux, tant en France qu’en Europe. Ce programme est intégré dans la contribution française au Plan Juncker.
• L’un des trente-quatre plans de la Nouvelle France Industrielle porte sur la « Rénovation énergétique des bâtiments ».
• Les travaux du Plan Bâtiment Durable, dont ceux relatifs à la Maquette numérique et lagestion du patrimoine. Le BIM en quelques mots.
• Au sein de la démarche « Objectifs 500 000 », les publications du groupe de travail « Développer des matériaux innovants et inventer de nouvelles façons de construire et rénover ».