Energies renouvelables et stockage : de nouvelles solutions
Les perspectives de fort développement des énergies renouvelables (ER) dans les prochaines années entraînent plusieurs défis, dont un principal : la variabilité de l’Offre et celle de la Demande. Les sources d’ER sont en effet peu constantes pour certaines (absence de soleil la nuit, journées sans vent..) et celles qui sont le sont plus (production d’hydrogène, barrages..) se heurtent aux variations de la demande en fonction des périodes de l’année et des heures de la journée.
Le système électrique ayant besoin de flexibilité pour gérer ces écarts, le stockage mondial d’énergie est assuré à 98% par les STEPS (Stations de Transfert d’Energie par Pompage) qui permettent un rendement de 75%. Or, il existe des contraintes sociales et environnementales pour ces sites et ils se raréfient. Les CAES (Compressed Air Energy Storage) sont également viables, mais nécessitent l’utilisation de gaz naturel, sont très rares dans le monde et sont difficiles à implanter dans des endroits qui en nécessiteraient la technologie. L’utilisation de batteries (notamment lithium-ion) semble prometteuse car elles ont un rendement de 70 à 90% et sont de moins en moins chères du fait du développement du marché. Mais, leur construction est complexe notamment à cause des réserves limitées de cobalt concentrées majoritairement en Afrique, et dans une moindre mesure de celles de lithium en Amérique Latine.
Les solutions à ces stockages classiques résident aujourd’hui en partie dans les batteries Redox Flow qui se basent sur le stockage de liquides (électrolytes) dans des réservoirs. La taille de ceux-ci peut être augmentée pour produire plus d’énergie, il est possible de dissocier puissance et énergie et les rendements sont en augmentation.
L’hydrogène est aussi intéressant pour le stockage, puisqu’on l’obtient à partir d’électricité via une électrolyse et qu’on peut le reconvertir en électricité grâce à une pile à combustible ou à une réinjection dans le réseau de gaz. L’énergie est stockable sur le long terme et les seuls inconvénients sont liés aux rendements faibles (25%) et aux risques importants de fuites.
Pour choisir les systèmes de stockage les plus rentables, on profite des écarts des prix du marché, on stocke lorsqu’ils sont bas et on déstocke lorsqu’ils sont plus hauts. Il faut aussi tenir compte que les écarts de prix se réduisent avec l’arrivée des énergies renouvelables.
Le système de stockage permet de reporter des investissements (sur des réseaux insuffisants) et de traiter les congestions (en installant du stockage au lieu de créer une nouvelle ligne électrique lorsqu’il y a des pics de demande ou d’offre). Le stockage est aussi intéressant pour lisser la demande des entreprises qui varie normalement en fonction de leur activité et d’ainsi optimiser la distribution.
Le stockage des énergies renouvelables est donc nécessaire pour prendre en compte les contraintes des énergies renouvelables à plusieurs échelles. Si au sein des systèmes de batteries, le lithium-ion domine le marché, d’autres systèmes comme les Redox Flow doivent être mis en place du fait de leurs limitations. L’hybridation des réseaux électriques est également une piste prometteuse pour optimiser le coût des énergies renouvelables.
