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1 Table des matières Introduction générale :...................................

1 Table des matières Introduction générale :............................................................................................................... 3 I.Introduction : ............................................................................................................................ 4 II.Les technologies actuelles de stockage et leur état de maturité : ......................................... 4 1.Mode de stockage mécanique : .......................................................................................... 5 i.Station de transfert d’énergie par pompage (STEP) : ....................................................... 5 ii.Stockage par air comprimé classique (CAES, Compressed Air Energy Storage) : ............ 8 2.Mode de stockage électrochimique : ................................................................................ 10 i.Les batteries : .................................................................................................................. 10 ii.Les supercondensateurs :............................................................................................... 12 3.Mode de stockage thermique : ......................................................................................... 12 4.Mode de stockage chimique : l’hydrogène ....................................................................... 14 III.Les verrous technologiques ou les besoins en R&D : ........................................................... 15  STEP .................................................................................................................................... 15  CAES .................................................................................................................................... 15  Procédés électrochimiques ................................................................................................ 16  Stockage de chaleur ............................................................................................................ 16  Stockage d’hydrogène ........................................................................................................ 16 IV.Un marché de moyen-long terme : ...................................................................................... 17 V.Conclusion : ........................................................................................................................... 18 2 Table des figures Figure 1:les différentes technologies de stockage en fonction de leur puissance et du temps de décharge (autonomie) ........................................................................................................... 5 Figure 2:Schéma de fonctionnement d’une STEP ...................................................................... 6 Figure 3: REVIN A LES ARDENNES-FRANCE ................................................................................ 7 Figure 4:EL-HIERRO A CANARIES-ESPAGNE ................................................................................ 7 Figure 5:Grand 'Maison A ISÉRE-FRANCE ................................................................................... 7 Figure 6:Huntorf,Allemagne et McIntosh,Albama ..................................................................... 9 Figure 7:les power Wall de TESLA ............................................................................................ 11 Figure 8:les power pack de TESLA ............................................................................................ 11 Figure 9:Neubrandenburger Stadtwerke, Allemagne .............................................................. 13 Figure 10:exemple des BTES .................................................................................................... 13 Figure 11:La plateforme MYRTE ,Corse .................................................................................... 15 Figure 12:Synthèse des principales caractéristiques des technologies de stockage massif d’énergie ................................................................................................................................... 16 3 Introduction générale : La transition écologique et énergétique apparaît pour tous comme nécessaire pour satisfaire les besoins d’une population mondiale croissante en respectant les contraintes environnementales. Cette évolution sera fondée sur un mix énergétique durable et dans ce cadre, l’utilisation des énergies renouvelables devrait s’intensifier dans les prochaines décennies pour répondre à l’augmentation de la demande d’énergie électrique mondiale. Ainsi, l’AIE (Agence internationale de l’énergie) prévoit que 40 % de l’électricité proviendra des énergies renouvelables avant 2050. Parmi ces énergies renouvelables, certaines ont une production irrégulière et intermittente, et le stockage d’énergie est une des solutions pour accroître leur déploiement au sein d’un réseau électrique efficace et intelligent. 4 I. Introduction : Le stockage de l’énergie concerne principalement le stockage de l’électricité et celui de la chaleur. Le stockage de l’électricité vise à répondre à quatre problématiques principales : La récupération de la production d’énergie excédentaire par rapport à la demande du moment, la fourniture d’énergie pour compenser l’insuffisance due au caractère intermittent de l’offre, la fourniture d’énergie pour alimenter un pic de demande occasionnel et la fourniture d’énergie en cas de défaillance du système électrique ou de mauvaise qualité du réseau local. Le stockage de la chaleur est avant tout destiné au chauffage et à la climatisation des bâtiments, de la maison individuelle au quartier ou au village. À ce jour, le stockage direct de l’énergie électrique n’étant pas possible, l’électricité est convertie en énergie potentielle qui est stockée puis récupérée et retransformée pour être utilisable. En revanche, la chaleur peut être stockée directement via un matériau spécifique ou transformé, en énergie chimique par exemple. La nature du stockage est multiple et fonction du temps de décharge, de la puissance et de la durée requises. Le stockage peut être à usage fixe ou centralisé, on parle alors de stockage stationnaire, mais il peut être aussi mobile, il est alors qualifié d’embarquer (moyens de transport, appareils électroniques, etc.). On différencie aussi le stockage en fonction de sa capacité (quantité de charge électrique disponible) : le stockage est dit de faible capacité lorsque celle-ci est de l’ordre du kWh et de forte capacité si elle est supérieure à 10 MWh. Dans ce cas, on parle de stockage massif de l’énergie. II. Les technologies actuelles de stockage et leur état de maturité : Les technologies de stockage massif de l’énergie se déclinent selon quatre catégories : Energie mécanique : Cette catégorie regroupe les voies les plus connues de stockage à grande échelle, les STEP et les CAES. Elle inclut aussi les volants d’inertie, les accumulateurs hydrauliques, et plus généralement tout type de stockage d’énergie potentielle ou cinétique. Energie électrochimique : Les batteries. C’est la voie la plus connue du grand public, les batteries ayant de nombreuses applications quotidiennes (véhicules, téléphones portables…). Cette catégorie comprend aussi les batteries à circulation (dont batteries redox), basées sur le même principe mais dont les solutions actives sont contenues dans des réservoirs séparés, permettant ainsi de gérer la capacité énergétique indépendamment de la puissance de la batterie. Les technologies de batteries sont multiples et possèdent des caractéristiques très variables. 5 Energie électrostatique/magnétique : Certains systèmes permettent de stocker l’énergie directement sous forme électrique : les condensateurs, qui permettent d’accumuler des électrons. Les SMES, eux, la convertissent en énergie magnétique. Energie thermique : De nombreuses solutions de stockage de froid (glace, liquides cryogéniques) et de chaud (sels fondus, accumulateurs de vapeur, graviers ou billes à changement de phase…) existent et permettent de stocker l’énergie sous forme thermique (chaleur latente, chaleur sensible) avant de la restituer, le plus souvent directement sous forme de chaleur ou de froid, mais aussi parfois sous forme électrique. Energie chimique : Il s’agit d’utiliser l’électricité pour constituer un composant chimique, une molécule, qui a ensuite la capacité, en brûlant ou via une pile à combustible par exemple, de restituer de l’énergie. L’hydrogène et le méthanol en sont deux exemples. La figure 1 montre que les technologies permettant la gestion de fortes puissances sur des périodes longues concernent principalement les STEP, les CAES et la chaleur. Le stockage massif de l’énergie est majoritairement du stockage stationnaire mais quelques batteries mobiles peuvent aussi stocker des quantités d’énergie de l’ordre de quelques dizaines de MWh. Ces batteries sont utilisées comme réserve d’énergie à la différence des batteries UPS (Uninterrutible Power Systems) qui livrent une brève impulsion en régime continu (pour mettre en route un générateur de secours par exemple). 1. Mode de stockage mécanique : i. Station de transfert d’énergie par pompage (STEP) : Ce système de stockage repose sur le principe de l’énergie gravitaire. Il représente près de 99 % des capacités de stockage massif d’énergie installées dans le monde avec près de 400 STEP pour une capacité totale d’environ 125 GW. Ce système, lié à l’énergie hydraulique, fonctionne sur le principe de deux retenues d’eau à des hauteurs différentes et est souvent couplé avec un barrage. Lorsque l’électricité est produite en excès, l’eau du bassin inférieur est pompée via une conduite forcée vers le bassin supérieur, qui devient un réceptacle d’énergie potentielle. Lorsque le besoin se fait ressentir, une partie du réservoir supérieur, est vidée et par gravité, l’eau passe dans une turbine qui produit l’électricité. Figure 1:les différentes technologies de stockage en fonction de leur puissance et du temps de décharge (autonomie) 6 C’est un système réversible qui associe pompe et turbine (fig. 2). Dans le monde, il existe plus d’une soixantaine de STEP en activité ou en construction d’une capacité supérieure à 1 000 MW. Celles-ci sont principalement situées en Chine, au Japon et aux États-Unis. Citons notamment la STEP de Bath County en Virginie (États-Unis) qui dispose d’une capacité supérieure à 3 000 MW, soit l’équivalent de la puissance moyenne de trois réacteurs nucléaires. En France, il existe actuellement 7 principales STEP en activité offrant une capacité d’appoint significative au réseau électrique national (par ordre de puissance de turbine) : Barrage de Grand ‘Maison, Isère, 1 800 MW, Centrale de Montézic, Aveyron, 910 MW, Centrale de Revin, Ardennes, 800 MW, Barrage de Bissorte, Savoie 748 MW, Le Cheylas, Isère, 480 MW, Centrale de La Coche, Savoie, 310 MW, Lac Noir, Haut-Rhin, 50 MW Figure 2:Schéma de fonctionnement d’une STEP 7 Toutes ces installations ont été mises en service au cours des années 1970/1980 et sont exploitées par EDF. ➢ Passé et présent L’usage du stockage hydraulique par pompage apparait à la fin des années 1890 en Italie et en Suisse. La première centrale de pompage en France est construite sur le lac Noir dans les Vosges en 1933. Les premières turbines hydroélectriques réversibles sont également commercialisées au cours des années 1930. Le développement à grande échelle des STEP en France a toutefois lieu dans les années 1970 dans le contexte du premier choc pétrolier et du développement du parc nucléaire, alors que le différentiel de coûts entre heures creuses et heures de pointe s’accroît. ➢ Futur Dans son rapport sur l’hydroélectricité à l’horizon 2050, l’AIE suggère deux innovations pour faire progresser les technologies des STEP : • L’utilisation de machines hydroélectriques à vitesse variable permettant un meilleur contrôle des volumes d’eau pompés ou turbinés. Une telle usine de 1000 MW a démarré en 2012 en Chine avec des ensembles à vitesse variable d’Alstom ; Figure 3:EL-HIERRO A CANARIES-ESPAGNE Figure 4: REVIN A LES ARDENNES-FRANCE Figure 5:Grand 'Maison A ISÉRE-FRANCE 8 • Le développement de STEP marines, connectées à des unités de production offshore comme les éoliennes offshore ou énergies marines (entre 2020 et 2050). L’AIE identifie la Normandie et la Bretagne comme des sites propices à ce type de développement. Il existe uploads/Science et Technologie/ les-installations-de-stockage-de-l-pdf.pdf