Énergies renouvelables : comment faire face aux besoins de stockage

VRAI – Les énergies renouvelables posent de nouveaux défis : l’intermittence et la décentralisation.

Didier Dal­maz­zone. Les opé­ra­teurs de réseaux, et en par­ti­cu­lier le trans­port haute ten­sion, font face à de nou­veaux défis avec le déploie­ment des moyens de pro­duc­tion d’électricité renou­ve­lable. Le pre­mier est la décen­tra­li­sa­tion : la pro­duc­tion élec­trique va pas­ser de quelques moyens cen­tra­li­sés – les cen­trales nucléaires – à une mul­ti­tude de moyens de pro­duc­tion de petite capa­ci­té. Le deuxième défi est l’intermittence des éner­gies renou­ve­lables [N.D.L.R : des éner­gies dont la dis­po­ni­bi­li­té varie en fonc­tion des condi­tions météo et des cycles natu­rels] : plus leur déploie­ment est impor­tant, plus le risque de dés­équi­libre entre l’offre et la demande aug­mente. Ce risque est impor­tant car il peut entrai­ner des varia­tions de fré­quence dan­ge­reuses pour le réseau, qui peuvent mener jusqu’au black-out.

Ces deux défis imposent d’augmenter les moyens de réserve d’énergie, et il existe deux façons de le faire : favo­ri­ser d’une part la flexi­bi­li­té et d’autre part le sto­ckage d’énergie. Le sto­ckage sta­tion­naire est donc indis­pen­sable, il per­met d’avoir une réponse qua­si-ins­tan­ta­née en cas de dés­équi­libre entre l’offre et la demande. Il est voué à se déployer massivement.

FAUX – La multiplication des énergies renouvelables stabilise la production.

Le foi­son­ne­ment des sources de pro­duc­tion d’électricité sta­bi­lise la pro­duc­tion en cas de fluc­tua­tions météo­ro­lo­giques par exemple. Cela vaut pour les éner­gies renou­ve­lables mais aus­si pour les autres modes de pro­duc­tion, notam­ment pour le nucléaire en France. 

Cet atout peut per­mettre de s’affranchir d’une par­tie, voire de la tota­li­té du pro­blème de l’intermittence. Mais comp­ter uni­que­ment sur le foi­son­ne­ment pour se pré­mu­nir d’un dés­équi­libre de l’offre et de la demande impose de sur­di­men­sion­ner le parc de pro­duc­tion : ce n’est pas une solu­tion éco­no­mi­que­ment viable.

INCERTAIN – La flexibilité est une autre solution aux défis posés par le renouvelable.

La flexi­bi­li­té [N.D.L.R. : capa­ci­té d’un sys­tème éner­gé­tique à s’adapter aux varia­tions de la pro­duc­tion et de la consom­ma­tion d’énergie] est une solu­tion com­plé­men­taire au sto­ckage. Elle repose sur le pilo­tage de la consom­ma­tion des usa­gers les plus impor­tants pour pré­ve­nir un dés­équi­libre offre/demande. Mais une incer­ti­tude per­siste : toutes les pro­jec­tions s’accordent sur une hausse de la consom­ma­tion élec­trique, indis­pen­sable pour répondre aux impé­ra­tifs de décar­bo­na­tion. Cette hausse néces­site d’augmenter les réserves de sécu­ri­té : à ce titre, le sto­ckage sta­tion­naire et la flexi­bi­li­té sont indispensables.

VRAI – Les capacités de stockage nécessaires ne pourront pas être atteintes à l’aide des stations de transfert d’énergie par pompage (STEP).

À ce jour, les deux tiers des moyens mon­diaux de sto­ckage sont four­nis par des STEP¹ [N.D.L.R. : ce sys­tème de sto­ckage repose sur le prin­cipe de l’énergie gra­vi­taire : l’eau conte­nue dans deux réserves d’eau à des alti­tudes dif­fé­rentes est relâ­chée en cas de besoin pour ali­men­ter des tur­bines géné­ra­trices d’électricité ; elle est pom­pée et ache­mi­née vers le bas­sin supé­rieur lors des sur­plus de pro­duc­tion électrique].

En France, ce chiffre s’élève même à 95 %, et il n’existe que peu de pos­si­bi­li­tés d’augmenter nos capa­ci­tés. RTE, le ges­tion­naire du réseau de trans­port d’électricité en France, estime que les besoins de réserves opé­ra­tion­nelles s’élèveront entre 4 et 9 GW en 2050 (selon les scé­na­rios de pro­duc­tion²), contre près de 3 GW aujourd’hui. Selon l’Agence inter­na­tio­nale de l’énergie (AIE), les capa­ci­tés mon­diales de sto­ckage doivent être mul­ti­pliées par 6 entre 2023 et 2030³.

FAUX – Il existe d’autres modes de stockage, notamment les batteries stationnaires, pour augmenter rapidement les capacités mondiales.

L’AIE estime que la crois­sance néces­saire – une mul­ti­pli­ca­tion par 6 d’ici 2030 – sera assu­rée à 90 % par les bat­te­ries sta­tion­naires. C’est une solu­tion mature et en pleine crois­sance grâce à la baisse de son coût depuis une dizaine d’années. Les bat­te­ries posent tout de même le défi de la rare­té de cer­tains maté­riaux cri­tiques (cobalt, cuivre, nickel, etc.).

INCERTAIN – D’autres technologies de stockage existent ou sont en cours de développement, certaines filières pourraient se développer.

D’autres moyens de sto­ckage existent en effet. Le sto­ckage par air com­pri­mé par exemple pour­rait se déve­lop­per : il repose sur le sto­ckage d’air com­pri­mé dans des cavi­tés sou­ter­raines. Cepen­dant, cette tech­no­lo­gie souffre de pro­blèmes d’efficacité – une par­tie de l’énergie est per­due par dis­si­pa­tion ther­mique de l’air com­pri­mé – et la filière indus­trielle n’est pas mature. L’électricité peut aus­si être conver­tie en hydro­gène, c’est le power-to-gas. Mais ce mode de sto­ckage est contro­ver­sé, notam­ment car l’efficacité de conver­sion est faible (30 à 40 % dans le meilleur des cas). Enfin, l’électricité peut aus­si être sto­ckée sous forme de cha­leur. On peut uti­li­ser des fluides calo­por­teurs, des maté­riaux à chan­ge­ment de phase ou encore des réac­tions chi­miques. L’intérêt de ces tech­no­lo­gies est qu’elles peuvent per­mettre de sto­cker l’énergie à long terme, sur plu­sieurs sai­sons, contrai­re­ment aux bat­te­ries qui se déchargent rapi­de­ment. Dans cette lignée, un pro­jet de sto­ckage sous forme de sel hydra­té va voir le jour sur le cam­pus de l’Institut Poly­tech­nique de Paris.

INCERTAIN – La production de moyens de stockage a un impact environnemental.

Bien sûr, la pro­duc­tion de tech­no­lo­gies de sto­ckage a des retom­bées envi­ron­ne­men­tales. Les STEP néces­sitent la construc­tion de bar­rages : des quan­ti­tés de béton consi­dé­rables sont pro­duites, des val­lées entières sont noyées, impac­tant la bio­di­ver­si­té et les popu­la­tions locales. Les bat­te­ries contiennent de nom­breux métaux dont l’on connait les retom­bées envi­ron­ne­men­tales de l’extraction et du raf­fi­nage, et il n’existe pas encore de filière de recy­clage des bat­te­ries. Mais pour éva­luer si ces retom­bées contre­ba­lancent les émis­sions de car­bone évi­tées grâce au rem­pla­ce­ment des éner­gies fos­siles par des éner­gies renou­ve­lables, il fau­drait réa­li­ser des ana­lyses de cycle de vie com­plètes. Les éner­gies éoliennes et pho­to­vol­taïques ont des empreintes car­bones net­te­ment infé­rieures au char­bon, au pétrole ou même au gaz. Il est très impro­bable que le sto­ckage inverse ce bilan.

FAUX – L’utilisation des batteries usagées des véhicules électriques pour le stockage stationnaire est une solution évoquée.

Lorsque la bat­te­rie d’un véhi­cule élec­trique des­cend sous 80 % de sa capa­ci­té nomi­nale, il est néces­saire de la rem­pla­cer. Il est pos­sible de leur don­ner une seconde vie en les uti­li­sant pour du sto­ckage sta­tion­naire d’électricité, un mode de fonc­tion­ne­ment qui sol­li­cite moins la bat­te­rie. Cela amé­lio­re­rait le bilan envi­ron­ne­men­tal du sto­ckage sta­tion­naire de l’électricité. Mais cette solu­tion reste contro­ver­sée en rai­son d’éventuels pro­blèmes de sécu­ri­té. Nous man­quons encore de retours d’expérience sur ces bat­te­ries en fin de vie. 

Anaïs Marechal