Le stockage de l'électricité et de la chaleur constitue l'un des enjeux majeurs pour les mix énergétiques du futur. Aujourd'hui, la course aux technologies est lancée et le marché est en fort développement. Près de 120 GW sont installés à travers le monde, dont 4,2 en France. Mais de nombreux verrous technologiques et économiques restent à lever.
Dans le cadre des investissements d'avenir, l'ADEME a publié le 27 avril un appel à manifestation d'intérêt (AMI) sur les composants ou systèmes de stockage d'énergie (1) (électricité et chaleur) afin d'accélérer le développement des technologies de stockage. L'objectif transversal est de diminuer les coûts de ces systèmes et de limiter l'impact environnemental, notamment au niveau du procédé de fabrication, du rendement de cycle et du recyclage. L'idée est de développer des systèmes variés, de quelques kilowatts à plusieurs dizaines voire centaines de mégawatts, pour des applications multiples.
Stockage de l'électricité : optimiser la production renouvelable
L'un des enjeux du stockage de l'électricité est d'optimiser la production d'électricité renouvelable, en la lissant, afin de dépasser la problématique de l'intermittence de la production. Ainsi, le stockage de l'électricité permet de restituer l'énergie à la demande, ce qui permettrait notamment de limiter le recours aux moyens de production de pointe actuels. Cet AMI s'intéresse notamment aux installations de stockage de masse, et particulièrement à trois technologies : les cavités souterraines (CAES), les systèmes thermodynamiques et les stations de transfert d'énergie par pompage (STEP).
La première solution (CAES) permet de stocker l'électricité produite sous forme d'air comprimé. Deux installations existent aujourd'hui en Allemagne (290MW) et aux Etats-Unis (110 MW). L'objectif est d'améliorer le rendement de ce type de stockage, en travaillant notamment sur une deuxième génération : le CAES adiabatique (dans un système clos, sans échange de chaleur avec l'extérieur).
Les STEP sont des installations hydroélectriques. Leur principe ? Puiser de l'eau dans un bassin inférieur aux heures creuses afin de remplir une retenue en amont. Pour produire de l'électricité, l'eau stockée est relâchée, entraînant des turbines. Si cette technologie est industriellement mature, il s'agit d'améliorer le rendement de cycle et de la dynamique de stockage/déstockage, note l'ADEME. ''On pourra également explorer des solutions en bordure de mer [ndlr : pour stocker l'électricité produite par des éoliennes offshore] et/ou l'agrégation de plusieurs sites de capacité réduite (micro-STEP)''. Plus de 100 GW sont installés aujourd'hui dans le monde, répartis sur environ 380 ouvrages qui couvrent plus de 99 % des capacités totales de stockage d'électricité (2) aujourd'hui, selon une note d'ENEA consulting publiée en janvier 2011. L'avantage ? ''Les STEP permettent de constituer des stockages à grande échelle, à des coûts relativement faibles'', note le cabinet d'étude. L'inconvénient, tout comme le CAES, est de trouver un site géographique adapté.
Enfin les systèmes thermodynamiques, encore au stade expérimental, visent à stocker l'électricité sous forme thermique dans des réfractaires (matériaux résistant à de hautes températures), afin d'alimenter en air chaud une centrale électrique à cycle combiné. C'est la technologie utilisée notamment dans les centrales solaires thermodynamiques.
Stocker la chaleur : limiter le déphasage production/consommation
Pour le stockage de chaleur, deux applications sont ciblées par l'AMI : le stockage de court terme et le stockage intersaisonnier. Il s'agit de lutter contre le déphasage entre les apports de chaleur et les besoins (jour/nuit, été/hiver).
Dans l'habitat résidentiel, le collectif ou le tertiaire, le stockage de court terme de chaleur vise l'écrêtage de la demanded'électricité liée au chauffage et à la climatisation. ''Des constantes de temps de quelques heures pour des capacités de quelques kWh sont jugées suffisantes. Pour ces systèmes on s'attachera à améliorer la compacité tout en conservant une bonne efficacité'', note l'ADEME. Les solutions intégrées au bâti (dalles de sol, carreaux muraux, tuyaux…) sont également concernées.
Pour l'industrie, le stockage de chaleur à court terme permet de valoriser les pertes thermiques des procédés, la chaleur fataleet/ou de limiter la puissance appelée.
Autre application visée par l'AMI : le stockage intersaisonnier de chaleur, qui vise à valoriser la chaleur produite en été qui n'est pas utilisée. Le stockage thermique souterrain est la solution la plus répandue.
