Les systèmes de stockage d’énergie Feuille de Route Stratégique 2 Feuille de ro

Les systèmes de stockage d’énergie Feuille de Route Stratégique 2 Feuille de route Les systèmes de stockage d’énergie Liste des membres du groupe d’experts Groupe Nom Organisme Fabricants Anne De Guibert SAFT Nathalie Fauqueur Enersys Didier Marginedes Batscap Olivier Teller Alstom Christian Lenotre SAED Institutionnels Bernard Multon ENS (Ecole normale supérieure)-Cachan Pierre Odru IFP (Institut français du pétrole) François Beguin ANR (Agence nationale de la recherche) Hervé Charrue CSTB (Centre scientifique et technique du bâtiment) Eric Lemaitre CEA (Commissariat à l’énergie atomique) Xavier Py Promes (Laboratoire procédés, matériaux et énergie solaire) (CNRS) Patrick Canal ATEE (Association technique énergie, environnement) Utilisateurs Bruno Prestat EDF R&D Joseph Beretta PSA Jérôme Perrin Renault Marc Vergnet Vergnet Marc Aubree France Télécom Jean Paul Reich GDF SUEZ Les membres du groupe d’experts ont été appuyés par un secrétariat technique composé de Stéphane Biscaglia, Michel Gioria et Nicolas Tonnet de l’ADEME. Sommaire > 1. Contexte et enjeux  4 > 2. Les champs thématique et géographique  6 > 3. Comparaisons internationales 8 > 4. Les paramètres clés 16 > 5. Les visions prospectives  17 > 6. Les verrous  23 > 7. Les priorités de recherche 28 > 8. Les besoins de plates-formes expérimentales et de démonstrateurs de recherche 30 > 9. Préindustrialisation et première mise sur le marché 31 3 Préambule Depuis 2010, l’ADEME gère quatre programmes dans le cadre des Investissements d’avenir1. Des groupes d’experts issus de la recherche dans les secteurs de l’industrie, des organismes de recherche et des agences de financement et de programmation de la recherche, sont chargés, dans le cadre d’un travail collectif, de la réalisation de feuilles de route stratégiques. Celles-ci sont utilisées pour lancer les Appels à manifestations d’intérêt (AMI). Les feuilles de route ont pour objectif : • d’éclairer les enjeux industriels, technologiques, environnementaux et sociétaux ; • d’élaborer des visions cohérentes et partagées des technologies ou du système sociotechnique en question ; • de mettre en avant les verrous technologiques, organisationnels et socio-économiques à dépasser ; • d’associer aux thématiques de recherche prioritaires, des objectifs temporels en termes de disponibilité technologique et de déploiement ; • de rendre prioritaires les besoins de recherche industrielle, de démonstrateurs de recherche, d’expérimentation préindustrielle et de plates-formes technologiques d’essai qui servent ensuite de base pour : > > la rédaction des AMI ; > > la programmation de la recherche au sein de l’ADEME et d’autres institutions, comme l’Agence nationale de la recherche (ANR), le Comité stratégique national sur la recherche énergie ou l’Alliance nationale de coordination de la recherche pour l’énergie (ANCRE). Ces priorités de recherche et d’expérimentation proviennent du croisement entre les visions et les verrous, mais prennent également en compte les capacités françaises dans les domaines de la recherche et de l’industrie. Les feuilles de route peuvent également faire référence à des expérimentations exemplaires à l’étranger et faire des recommandations en matière de politique industrielle. 1 - Les Investissements d’avenir s’inscrivent dans la continuité des orientations du Fonds démonstrateurs de recherche géré par l’ADEME. Les quatre programmes concernés sont : Energie renouvelable, décarbonée et chimie verte (1,35 milliard d’euros), Véhicules du futur (1 milliard d’euros), Réseaux électriques intelligents (250 millions d’euros) et Economie circulaire (250 millions d’euros). 4 Feuille de route Les systèmes de stockage d’énergie > 1. Contexte et enjeux Le contexte Une hypothèse de base des feuilles de route animées par l’ADEME est de chercher à atteindre les objectifs du Grenelle de l’environnement et du « facteur 4 ». Ce dernier, issu de la loi POPE (Programme d’orientation de la politique énergétique française) de 2005, vise à diviser par quatre les émissions françaises de gaz à effet de serre (GES) à l’horizon 2050 par rapport à leur niveau de 1990. Au-delà de ces objectifs politiques et sociétaux, cette feuille de route s’inscrit dans une dynamique propice au déploiement des systèmes de stockage thermique et électrique, dynamique qui contribue à structurer ce secteur d’activité industrielle à l’échelle mondiale. Cela se manifeste par la montée en puissance d’acteurs industriels de rang mondial, ainsi que par des accords industriels entre les industries productrices de systèmes de stockage, les industries potentiellement grandes consommatrices de ces mêmes systèmes (ex : industrie automobile, fournisseurs d’électricité) et les organismes de recherche. Cette dynamique s’explique par cinq éléments principaux : • des objectifs ambitieux aux niveaux français, européen et mondial en matière de pénétration des énergies renouvelables électriques et thermiques2 ; • des avancées technologiques significatives dans le domaine des matériaux et des technologies électrochimiques pour les batteries, de l’électronique de puissance et des technologies de l’information et de la communication ; • de secteurs industriels clés engagés (notamment le secteur des transports terrestres et des bâtiments) vers de nouvelles voies technologiques – véhicules électriques et hybrides rechargeables (encadré ci-dessous), bâtiments résidentiels et tertiaires à énergie positive (qui produisent, en moyenne sur l’année, plus d’énergie qu’ils n’en consomment) – pouvant, si elles aboutissent, se traduire par des besoins significatifs en matière de systèmes de stockage3 ; • des règles institutionnelles qui régissent le fonctionnement des marchés énergétiques (gaz et électricité), poussant notamment à rechercher une valorisation maximale de l’énergie produite à un moment donné, y compris à travers le recours à des systèmes de stockage ; • l’intégration croissante dans le mix énergétique européen de systèmes de production d’électricité à partir d’énergies renouvelables, imposant de renforcer la maîtrise des flux énergétiques, afin de garantir à tout moment l’équilibre offre/ demande. Des véhicules rechargeables Nos véhicules conventionnels, équipés de moteurs thermiques, fonctionnent au gasoil ou à l’essence. Parmi les véhicules en cours de développement et d’industrialisation, on trouve des véhicules électriques, dont les moteurs sont alimentés par des batteries, et des véhicules hybrides, qui associent moteurs thermique et électrique, leurs batteries étant rechargées lors de certaines phases de la conduite. Lorsque ces mêmes batteries peuvent aussi être rechargées sur le secteur électrique, on parle de véhicule hybride rechargeable. 2 - Au niveau européen, la France s’est engagée à produire 23 % de son énergie à partir de ressources renouvelables à l’horizon 2020 (contre environ 12 % aujourd’hui). La part des énergies renouvelables concerne la production d’électricité, de chaleur et de carburants pour les transports. 3 - Cette remarque ne prend pas en compte les systèmes de stockage nomades comme les batteries pour téléphone portable, qui à ce jour représentent un marché mondial d’environ 2 milliards d’unités. 5 Les enjeux Quatre enjeux prioritaires ont été identifiés : 1. Prendre en compte les enjeux environnementaux lors des phases de conception, de production, d’utilisation et de gestion de la fin de vie des systèmes de stockage. Il s’agira notamment de concevoir, produire et déployer des systèmes de stockage d’énergie, contribuant à l’amélioration du bilan global en termes de consommation d’énergie et de matières premières non renouvelables des systèmes dans lesquels ils s’insèrent. Les analyses de cycles de vie pourront permettre de hiérarchiser des dispositifs de stockage, au regard de leurs impacts environnementaux. 2. Intégrer dans la phase de conception la problématique de la valorisation économique du dispositif de stockage. Cela revient à concevoir, produire et déployer des systèmes de stockage d’énergie ayant des caractéristiques techniques (ex : durée de stockage, nombre de cycles, densité de puissance et d’énergie) leur permettant de s’adapter à plusieurs pistes de valorisation énergétique et économique. Dans le cas des réseaux électriques, il s’agirait par exemple de concevoir des systèmes de stockage permettant simultanément de contribuer : au lissage de la pointe de consommation électrique, à l’optimisation du programme de production, à la qualité du courant, à la fourniture de réserves primaires et secondaires (réglage de la fréquence et/ou de la tension du réseau) et au traitement de l’intermittence de certaines énergies renouvelables comme l’énergie éolienne et l’énergie photovoltaïque. Les systèmes de stockage pourraient également assurer un rôle décisif dans la sécurisation de l’alimentation des réseaux, via des dispositifs locaux ou globaux capables de pallier toute coupure temporaire. Dans le cas du stockage de la chaleur, il s’agirait de déployer des dispositifs permettant par exemple de stocker de la chaleur ou du froid à différents niveaux de température et pour des périodes plus ou moins longues. Le stockage peut être infrajournalier (à court terme, pour une utilisation quotidienne, quelques heures séparant la consommation de chaleur de sa production), intersaisonnier (stockage estival pour une restitution hivernale par exemple), double fonction (stockage chaud/froid), basse ou haute température selon les procédés. 3. Accompagner le développement de procédés d’industrialisation de la production des systèmes de stockage d’énergie et permettre l’élaboration de standards pour les dispositifs de stockage. L’objectif est de favoriser le déploiement des dispositifs de stockage sur le marché en s’appuyant sur les effets d’échelle et les effets de série pour réduire leur coût de production et accroître ainsi leur compétitivité par rapport aux options alternatives telles que la gestion de la demande ou l’utilisation de carburants. La mise en œuvre de phases de test (en conditions réelles d’utilisation) est indispensable. 4. Faire émerger un cadre institutionnel et régulateur4 propice. Cet enjeu, complémentaire du précédent, vise à évaluer les évolutions régulatrices qui seraient favorables uploads/Industriel/ les-systemes-de-stockage-d-x27-energie.pdf

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