L'importance du stockage d'électricité dans la rénovation énergétique
Actuellement, la neutralité carbone est l’objectif final pour lutter contre le réchauffement climatique afin de sauver l’environnement et la biodiversité. Pour la France, ce but doit être atteint en 2050, en effectuant la transition énergétique vers les énergies renouvelables, en abandonnant progressivement les énergies fossiles. Cette transition implique de transformer complètement le système économique actuel, car il faudrait créer un véritable écosystème fonctionnant à l’électrique. Des plans sont nouvellement déployés pour accélérer son développement, mais des complications surviennent, ce qui rend la tâche particulièrement difficile. En effet, le problème de l’énergie renouvelable réside dans la variation de sa production qui est indépendante des besoins des consommateurs et de différentes filières. La solution est alors de stocker l’électricité pour éviter les intermittences, cependant, le coût de cette opération est très exorbitant sur tous les domaines. Alors, quelle est l’importance du stockage d’énergie sur le plan technique et économique ? Et quelles sont les solutions pour relever ce défi ?
La transition énergétique : un nouveau défi
Le changement climatique s’aggrave de plus en plus, pour cause, l’émission de gaz carbonique détruit l’ozone provoquant l’effet de serre et de nombreuses catastrophes. La solution est alors d’être indépendant des énergies fossiles qui représentent 65% de la consommation énergétique finale de la France et 70% de l’Europe. Pour cela, la transition énergétique doit être mise en place pour un système énergétique plus écologique afin de réduire son impact environnemental. Pour atteindre cet objectif, il faudra :
- Inciter chaque individu à la sobriété énergétique ;
- Développer rapidement la production d’électricité à partir des énergies renouvelables ;
- Réaliser un mix énergétique avec zéro émission de carbone ;
- Diminuer l’émission de gaz à effet de serre.
Le problème des énergies renouvelables
Même si la neutralité carbone est parfaitement réalisable, cela n’empêche pas les obstacles de se produire. L’électricité ne représente que 24,5% de la consommation d’énergie en France dont 64% provient du nucléaire, 24% de l’EnR et 12% des combustions fossiles. Ces 12% d’énergies fossiles pourraient être comblés rapidement par le développement de l’EnR. Mais pour les autres secteurs, la transition écologique et énergétique va être compliquée, notamment pour le transport et pour la production de la chaleur.
En outre, les principales énergies renouvelables, solaires et éoliennes, présentent des intermittences, puisqu’ils dépendent des conditions météorologiques. Pour le photovoltaïque, la production électrique dépend du soleil et de l’éolienne, la force du vent. Par conséquent, ils ne peuvent pas s’adapter systématiquement aux besoins des consommateurs contrairement aux centrales à gaz. Alors, pour produire de l’électricité efficacement, capable de suivre la consommation à tout instant sur le long terme, les scientifiques ont pensé à stocker l’énergie.
La flexibilité du réseau électrique
Pour contrebalancer la variation de la production électrique des EnR, il faut augmenter la capacité de la flexibilité du réseau. En effet, il faut adapter, soit la consommation pour la faire correspondre aux productions, soit la production, en fonction de la consommation. Dans un premier cas, les consommateurs sont incités à s’adapter aux fluctuations de l’électricité du réseau. Par exemple, l’énergie solaire atteint un pic durant le midi et s’affaiblit pendant le soir, de ce fait, la consommation doit s’adapter à cette cadence. L’énergie éolienne est plus productive en hiver qu’en été, il faut donc consommer plus en hiver qu’en été. Ce système de flexibilité est le plus économique, mais aussi difficile à réaliser à cause des consommations d’énergies qui varient en fonction du besoin et non du temps. Dans un deuxième cas, la production doit s’adapter à la variation de la consommation. Pour cela, l’installation de l’EnR sur le réseau doit être accouplée à un stockage stationnaire d’énergie massive afin que ce dernier stabilise l’instabilité de la production électrique. Or, cela affectera l’économie puisqu’il est coûteux à produire bien que cette technique soit la plus efficace. Le R&D (recherche et développement, innovation) intensifie ses recherches pour des stockages économiques et favorables à l’environnement, d’autant plus que c’est le moyen le plus sûr d’atteindre la neutralité carbone.
Le rôle du stockage d'énergie
Le stockage d’énergie permet d’alimenter des voitures électriques avec zéro émission de carbone et de restituer de l’énergie pour stabiliser un réseau électrique avec des fluctuations. Pourtant, il s’agit du grand défi de la transition écologique, car le stockage d’énergie est très onéreux sur le plan matériel. Or, il présente la solution la plus pratique et la plus adaptable pour une efficacité énergétique optimale.
L’électricité pure est plutôt impossible à stocker sous sa forme originelle. C’est pourquoi elle doit être transformée en une autre forme (énergie thermique, mécanique, chimique) afin que celle-ci soit possible à stocker.
Le stockage d'énergie électrochimique
Le type de stockage le plus courant est le stockage d’énergie électrochimie. Il convient bien à la mobilité électrique, mais aussi à l’éolienne et au photovoltaïque.
Cependant, le système de stockage pour la mobilité et pour le réseau n’est pas identique pour autant, même s’ils utilisent le même type de stockage. Pour les véhicules électriques, ils privilégient l’énergie à la puissance. Pour le réseau électrique, c’est l’opposé, il favorise la puissance à l’énergie. La batterie des véhicules optimalise l’autonomie sur une longue durée, tandis que celle du réseau cherche à délivrer énormément de puissance sur un moment donné pour compenser sa variation d’énergie.
De plus, la batterie du réseau aura une durée de vie plus courte, car ses cycles seront plus rapidement réalisés que celle d’une voiture à cause de la fréquence élevée des intermittences.
Quoi que ce type de stockage soit le plus réaliste et le plus efficace, il comporte tout de même des risques pour l’environnement, à cause de ces produits chimiques (lithium-ion, plomb, sodium-souffre…). Ces derniers peuvent causer des explosions et des incendies en raison de la dégradation de ces composants en cas d’erreurs de manipulation ou de fabrication.
Les technologies de stockage mécanique
Outre la batterie électrochimique, d’autres types de stockage comme les technologies de stockage mécanique s’avèrent aussi efficaces pour stabiliser la production électrique du réseau. Sauf que leurs déploiements à grande échelle sont encore limités pour cause de manque d’adaptabilité, de maniabilité, de rentabilité et d’extensibilité. De nombreux tests et de déploiement doivent être encore effectués afin de l’optimiser. Or, ces technologies sont très prometteuses pour la transition écologique grâce à son faible impact sur l’environnement. Cela peut s’expliquer par le fait que ses matières premières sont très basiques contrairement à celle de l’électrochimie. De plus, elles ne présentent aucun risque pour l’environnement et la biodiversité. Il existe quelques types de stockage d’énergie sous forme mécanique :
- stockage gravitaire d’eau par STEP (Station de Transfert d’Energie par pompage) ;
- stockage d’énergie cinétique ;
- stockage par air comprimé (CAES).
Les technologies de stockages thermiques
Le stockage d’énergie sous forme thermique suit aussi les traces de celui de la mécanique. Par faute de manque de maturité au niveau de son efficacité à grande échelle, ce type de stockage est encore dans sa phase expérimentale pour l’EnR. Mais il est aussi très intéressant puisque la chaleur est facile à stocker.
De plus, il utilise aussi des matériaux ordinaires et basiques qui limitent considérablement son impact environnemental. Ce type de stockage pourrait parfaitement être couplé avec d’autres pour donner un stockage d’énergie de masse, idéal pour un système électrique alimenté par les EnR. Il existe aussi quelques types de stockage d’énergie thermique :
- stockage de chaleur par eau chaude ;
- stockage de chaleur par sels fondus ;
- stockage de chaleur par glace ;
- stockage de chaleur au moyen des matériaux qui peuvent changer de phase ;
- Stockage de froid.
