The deployment of renewable energy sources will require new technologies for transporting ans storing energy. A high penetration of solar and wind energy sources will require "smart grids" able to manage the transmission of power, in presence of multiple and intermittent sources of energy. Even with smart grids, for a high penetration of solar and wind sources, energy storage systems will be needed. It is possible to consider either distributed or centralized energy storage systems. For a local storage, it is possible to use batteries, but this option is expensive and there is also a problem of life time. The life time of a lead battery often does not exceed two years. New options using liquid electrodes (sodium/sulfur) or redox-flow batteries are tested for increasing the life time, but are not yet fully proven and remain expensive. The most widespread storage option is using large capacity hydro or pumped hydro energy storage systems. The overall efficiency is good (from 70 to 80%) and such energy storage systems are reliable, but they require specific mountainous sites. Therefore the transport distance to and from the storage can become quite large and the system cannot be considered any more as truly decentralized.La mise en œuvre des énergies renouvelables (solaire, éolien) va nécessiter le recours à de nouvelles technologies de transmission et de stockage d’énergie, pour pouvoir gérer les caractéristiques d’intermittence et de production décentralisée associées aux énergies renouvelables. Le concept d’habitat à énergie positive conduit à envisager une génération d’énergie beaucoup plus répartie, chaque habitation pouvant potentiellement devenir un exportateur net d’électricité. Une forte pénétration des énergies renouvelables et des modes de production décentralisés va rendre nécessaire la mise en œuvre de réseaux d'interconnexion « intelligents » (smart grids), capables de gérer des échanges qui peuvent s’inverser (utilisateurs devenant des producteurs) et de compenser l’intermittence dans la fourniture de la part de certains producteurs d’énergie.
Pour augmenter le niveau de pénétration des énergies renouvelables, il
faudra dans l’avenir recourir à des systèmes de stockage d’énergie de grande capacité. Les Systèmes de Transfert d’Energie par Pompage
(STEP) constituent de très loin le moyen de stockage de grande capacité
le plus utilisé. Ils permettent d’obtenir des rendements globalement élevés (de
70 à 80%). Les investissements sont relativement importants, mais la durée de
vie des installations est très longue et les coûts opératoires faibles. Leur extension
se heurte à la disponibilité limitée en sites appropriés et à l’empreinte
physique importante des installations de stockage. D’autres dispositifs
pourront compléter les stockages hydrauliques. Les systèmes à air comprimé peuvent s’appliquer potentiellement à un
grand nombre d’installations. La principale difficulté consiste à disposer de
grandes capacités de stockage sous pression. Une des solutions consiste à
utiliser des capacités de stockage souterraines. Dans le cas de capacités de
stockage élevées, les batteries posent des problèmes de coût et de durée de
vie. Pour les installations stationnaires de grande puissance, on développe
actuellement des batteries spécifiquement adaptées, telles que les batteries à
électrodes liquides [2],
qui permettent de limiter les phénomènes de vieillissement et les systèmes
redox-flow, dans lesquels les matériaux actifs sont en solution dans une phase
aqueuse [3]:
Les systèmes de stockage de grande capacité qui sont envisagés
actuellement présentent l’inconvénient de nécessiter des
distances de transport de l’électricité relativement importantes entre le point
de production et le point de stockage, avec les coûts et les déperditions
d’énergie que cela représente. Une option alternative consiste à envisager des
systèmes de stockage de plus faible puissance répartis, soit au niveau d’une
habitation, soit d’un quartier.
L’hydrogène est un vecteur d’énergie alternatif qui peut être produit
par électrolyse, à partir d’énergie à bas niveau carbone. Par combustion,
l’hydrogène ne produit que de l’eau et n’est donc pas polluant au cours de son
utilisation [4].
Il permet de produire de l’électricité en utilisant une pile à combustible,
convertisseur très performant, permettant d’atteindre des rendements très
élevés. Son intérêt principal est de pouvoir stocker plus d’énergie que dans
une batterie, pour un volume ou un poids donné. A l’heure actuelle, les
principales applications concernent les véhicules automobiles. Les applications
des piles à combustible restent toutefois encore limitées par des questions de
coût et de durée de vie. L’enthousiasme
que cette option a suscité dans les media parait pour le moment largement prématuré.
Les transformations envisagées vont donc être progressives. La tendance
consistant à aller vers des systèmes énergétiques plus décentralisés et
répartis parait inéluctable, mais au cours de la période de transition le mix
énergétique sera diversifié et des échelles très différentes de puissance et de
centralisation vont coexister pendant encore une longue période.
[1]
Elle se situe pour une batterie comprise entre 30 et 200 Wh par kg, alors
qu’elle est de l’ordre de 12000 Wh par kg pour un hydrocarbure liquide.
[2]
Notamment batteries sodium-soufre
[3]
Voir notamment l’ouvrage rédigé sous la
coordination de Pierre Odru, Le stockage
de l’énergie, Dunod, 2010
[4]
Ce n’est pas nécessairement le cas au moment de sa production qui peut faire
appel à des combustibles fossiles
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