Quels sont les enjeux du stockage de l'électricité ?

Le stockage de l’électricité est l’un des enjeux majeurs de la transition énergétique. Dans le contexte actuel de développement des énergies renouvelables, le stockage de l’énergie améliore l’efficacité énergétique et favorise l’insertion des énergies renouvelables intermittentes. Il apporte également sécurité et flexibilité au réseau électrique.

SirEnergies se penche aujourd’hui sur les enjeux de stockage de l’électricité.

Peut-on stocker l’électricité ?

L’électricité ne se stocke pas en grande quantité. Bien sûr, il existe les batteries, selon différentes technologies, mais les industriels sont confrontés à une difficulté de taille : la densité énergétique, c’est-à-dire la quantité d’énergie stockable par volume d’une batterie, est très faible comparativement à l’énergie considérable que représente un litre de pétrole.

On peut donc stocker l’électricité dans des batteries pour des durées assez courtes (quelques heures à plusieurs jours) et pour des puissances et quantités infinitésimales comparativement à l’électricité produite à chaque instant par les centrales de production du réseau électrique interconnecté.

L’inconvénient principal des batteries est lié à leur durée de vie, qui dépend directement des technologies employées. À titre d’illustration, les batteries électrochimiques se dégradent rapidement du fait des réactions chimiques.

Pour plus d’informations, n’hésitez pas à consulter notre article « L’électricité peut-elle être stockée ? »

Comment stocker de l’énergie électrique ?

Aujourd’hui, on distingue 2 types de stockage sous forme de batterie électrique :

• Les batteries fixes pour du stockage stationnaire principalement associé à des sources de production d’énergie renouvelable ;
• Les batteries embarquées dans les véhicules électriques et les appareils électriques portables tels que les téléphones et ordinateurs portables.
  

Dans le premier cas, l’enjeu principal est de lisser la consommation électrique d’un bâtiment sur 24 h afin d’éviter de soutirer de l’énergie sur le réseau durant les pics de consommation ou en l’absence de production ENR.

Dans le second cas, l’enjeu est de disposer de batteries légères et disposant de suffisamment de capacité. Une voiture électrique permet aujourd’hui de parcourir environ 500 km en moyenne et un téléphone portable de fonctionner 24 h en utilisation normale.

Les batteries de stockage de l’électricité

Il existe différentes solutions de stockage d’énergie électrique, dont les batteries.

Principalement, ces solutions sont de 4 types différents : mécanique, électrochimique, électromagnétique et thermique.

Source : CRE

Aujourd’hui, le principal vecteur qui accompagne l’industrie du stockage, ce sont les solutions électrochimiques grâce aux batteries et aux promesses de l’hydrogène.

Les batteries au lithium permettent aujourd’hui le développement du véhicule électrique et des usages numériques nomades, ainsi que le stockage fixe des productions d’électricité non pilotables telles que celles des ENR.

L’hydrogène permet de résoudre le problème de la densité énergétique évoqué précédemment et également celui du « plein » pour les véhicules.

Les technologies de stockage sont caractérisées par différentes caractéristiques physiques et notamment par la puissance (MW) et par le temps de décharge (h) ; la combinaison des 2 données permet d’évaluer l’énergie fournie (MWh) comme l’illustre le graphique ci-après :

Source : E-CUBE

Tesla et le stockage solaire

La société Tesla propose une batterie au lithium pour un usage domestique : Powerwall. Cette batterie a la capacité de délivrer 13,5 kWh durant une demi-journée.

Elle dispose d’un système de gestion de l’énergie qui va gérer automatiquement son fonctionnement en fonction du besoin de puissance du consommateur, de la détection de pannes du réseau électrique, ou encore de la production locale d’électricité par panneaux solaires.

Source : Tesla

Associé à une production locale d’électricité, ce type de batterie permet à un foyer d’être autonome en énergie.

Le développement de l’hydrogène

De nouvelles batteries à hydrogène ont été mises au point, notamment par Lavo, une société australienne.

Sa batterie, Lavo Green Energy Solar System, s’adresse au particulier et vient directement concurrencer la Powerwall de Tesla, avec une capacité de stockage trois fois supérieure.

Le système mis au point permet d’emmagasiner l’énergie solaire sous forme d’hydrogène. Le système utilise l’électrolyse de l’eau pour produire l’hydrogène à partir de l’énergie solaire, et une pile à combustible pour restituer l’énergie sous forme d’électricité. Le système repose sur un dispositif de stockage d’hydrogène sous forme solide, d’hydrure métallique, à 30 bar.

Source : Lavo

Les systèmes de gestion de l’énergie

Il est également important de souligner que le développement des solutions de stockage et des énergies renouvelables va aujourd’hui de pair avec les progrès phénoménaux des nouvelles technologies de l’information tels que le Big Data, le Cloud Computing, l’Intelligence Artificielle, l’Internet des Objets (IoT) et son corollaire, la 5G.

En effet, la gestion automatique du stockage en fonction des usages est indispensable à la bonne gestion de la charge et de la décharge des batteries, que ce soit pour les batteries stationnaires de Tesla ou de Lavo, ou que ce soit pour les batteries des véhicules électriques, dès lors que l’on veut utiliser leur capacité pour aider le réseau électrique à passer les pics de consommation.

Les technologies aujourd’hui développées dans ce domaine sont connues sous différents acronymes tels que :

• VPP : Virtual Power Plants, qui permet notamment d’agréger des capacités distribuées, de production locale ou d’effacement, pour ne former qu’une seule entité équivalente à une centrale électrique physique ;
• EMS : qui signifie Energy Management System, est un ensemble d’outils informatiques utilisés par les gestionnaires de réseaux électriques de transport afin de surveiller, de contrôler et d’optimiser les performances de la production d’électricité, du réseau électrique et de la sûreté de fonctionnement ;
• Grid Analytics : des outils d’aide à l’organisation, à la surveillance et à l’analyse des compteurs intelligents afin de monitorer les flux sur les réseaux électriques ;
• DMS ou DERMS : Distribution Management System et Distributed Energy Resource Management Systems (DERMS), des systèmes visant à aider les gestionnaires de réseau distribué d’électricité, tel qu’Enedis, à piloter la charge de leurs réseaux dès lors qu’ils accueillent un grand nombre d’ENR.
  

Dans le contexte de la crise énergétique actuelle, le gouvernement français questionne le mécanisme du merit order qui, du fait de la flambée des prix du gaz, conduit à une très forte hausse des prix de marché de l’électricité, comme nous l’avons illustré précédemment.

Pour autant, ce mécanisme a ses vertus et a montré son efficacité par le passé. Le modèle du coût marginal est plébiscité partout dans le monde où existent des marchés de l’électricité.

Source : IEA

L’indisponibilité actuelle du parc électronucléaire français conduit à un mix énergétique qui fait appel de façon plus importante aux énergies fossiles que par le passé. Situation qui, dans le contexte actuel, tend effectivement à créer des prix de marché tirés à la hausse par le coût marginal variable des centrales de production thermique.

Avec le développement des énergies renouvelables, l’intermittence des productions d’électricité a tendance à croître. Ce qui conduit à l’utilisation de centrales rapides, thermiques pour la majorité, et accroît un peu plus la dépendance aux énergies fossiles, dont les prix sont actuellement très élevés.

C’est pourquoi, de plus en plus, les développeurs de parcs d’énergie renouvelable tentent d’associer à ces ENR des solutions de stockage fixe, à l’instar du Powerwall de Tesla ou du Lavo Green Energy Solar System de Lavo, pour moduler la charge localement et gérer au plus près des consommateurs l’adéquation entre l’offre et la demande grâce aux technologies numériques évoquées précédemment.

Pour aller plus loin sur ce thème, nous vous proposons de poursuivre votre lecture par notre article sur l’ajustement de l’offre et de la demande d’électricité.