Les stations de transfert d'énergie par pompage (STEP)

Également appelée pompage turbinage, la station de transfert d'énergie par pompage (STEP) est une installation hydroélectrique constituée de deux bassins. Située dans une zone montagneuse, cette station est très utile afin de combler les manques temporaires des énergies solaire et éolienne. SirEnergies vous en dit davantage sur cette installation hydroélectrique.

Station de transfert d'énergie par pompage : A quoi sert une STEP ?

Développée dans les années soixante-dix, une STEP est constituée de deux bassins situés à des altitudes différentes dans des zones montagneuses. Cette station hydroélectrique permet de réaliser un stockage d'énergie pour la redistribuer en période de demande importante. Elle nécessite un dénivelé important ainsi qu'un gros volume d'eau en raison d'une faible densité énergétique. D'importants investissements sont également nécessaires.

En France, il existe 6 principales stations de transfert d'énergie par pompage. La plus grande STEP se situe sur le site de Grand'Maison en Isère. Il dispose d'un volume de 14,3 millions de m³.

Afin de remonter l'eau dans l'un des bassins, la STEP la puise aux heures creuses dans un bassin inférieur pour que la retenue, appelée également lac d'altitude, soit remplie en amont. L'eau est ensuite turbinée lors des heures pleines.

L'électricité alors récoltée sera desservie au moment de période de pointe, c'est-à-dire au moment où la demande en énergie est très forte. Cette STEP permet de réguler la production électrique et la consommation sur le réseau électrique. Lors des pics de consommation, les coûts de production s'en retrouvent également diminués.

En termes de technique utilisée pour le stockage stationnaire, c'est le transfert d'énergie par pompage hydraulique qui est le plus prisé. Du fait de son côté énergivore, une station de pompage-turbinage n'est pas reconnue comme étant productrice d'énergie de source renouvelable.

Comment fonctionne une STEP ?

Une station de transfert d'énergie par pompage se situe entre deux bassins servant de retenues d'eau. Lorsque la consommation est faible, une partie de l'électricité est prélevée sur le réseau électrique afin d'effectuer le pompage de l'eau du bassin inférieur au lac d'altitude.

Cette retenue permettra de stocker de l'énergie qui pourra ainsi être utilisable en période de forte demande. Lors d'heures à très forte consommation, l'eau retenue dans le bassin supérieur permet de faire tourner un alternateur et une turbine afin de distribuer l'électricité sur le réseau.

Il faut savoir que ce système est très énergivore puisqu'il consomme entre 15 et 30% d'énergie, ce qui est colossal. Les STEP peuvent être classées en deux sous-catégories :

• les STEP « pures » : elles se basent sur un fonctionnement en cycle fermé où l'apport extérieur d'eau est quasi nul,
• les STEP « mixtes » : elles reçoivent un apport extérieur d'eau et peuvent la pomper et la turbiner entre 4 et 5 fois avant de la restituer à sa source de provenance.

Qu'elles aient un apport journalier ou quotidien, les STEP ne sont utilisées qu'en dernier recours afin de sécuriser le réseau électrique. Il s'agit donc en quelque sorte de capacités électriques d'appoint afin de compléter le réseau et de combler les manques des énergies éolienne et solaire.

Source : Encyclopédie de l'énergie

Station de transfert d'énergie par pompage : quels enjeux ?

Une STEP engendre beaucoup de discussions, que ce soit en termes économique ou écologique.

Où trouve-t-on des STEP ?

Alors qu'une STEP devait auparavant être située dans des zones montagneuses du fait d'un dénivelé important et de volumes d'eau colossaux, de nouvelles installations hydroélectriques commencent à voir le jour, comme en Haute-Normandie.

Ces projets sont appelés STEP marines. Il faut que ces installations soient situées en bord de littoral avec un dénivelé côtier d'une centaine de mètres de hauteur pour la retenue supérieure. La mer servira alors de bassin inférieur. Le site ne doit pas non plus être protégé par la loi littoral, qui protège les différentes zones côtières des abus liés à la spéculation immobilière.

La maintenance des STEP

Ces installations hydroélectriques ont une bonne durée de vie. On peut compter sur ces installations pour une quarantaine d'années. Du fait d'une sollicitation accrue de ces stations, il faut toutefois prêter une attention particulière à la fiabilité des matériaux et à la maintenance de ces dispositifs. La turbine doit notamment être la première pièce dont il faut prendre un soin particulier.

La rentabilité des stations de pompage-turbinage

Situé entre 70 et 85%, on estime que les STEP possèdent un très bon rendement électrique. La France produit par exemple entre 6 et 7 TWh par an. Il est donc important d'avoir une attention particulière entre le moment où l'eau est pompée lors des périodes de faible consommation et le moment où l'eau est turbinée.

Pour que l'installation électrique soit rentable, il faut que l'achat d'électricité se fasse à bas coût et que la vente soit réalisée à des tarifs élevés afin de couvrir les frais d'exploitation et d'amortissement.

Le fonctionnement des STEP selon les prix

Les stations de pompage turbinage sont très utiles pour lisser les prix au moment des pics de consommation. Elles utilisent également l'énergie excédentaire du réseau si elle est produite en trop grande quantité.

La technique la moins coûteuse est le stockage d'énergie par STEP. Il faut toutefois savoir que les stations de transfert d'énergie par pompage sont obligées de payer le TURPE (Tarif d'Utilisation des Réseaux Publics d'Électricité) lorsqu'elles sont des consommatrices finales d'électricité.

Quels objectifs dans le futur pour les STEP ?

D'ici à 2025 ou 2030, la Programmation pluriannuelle de l'Énergie (PPE) souhaite voir une augmentation de 1 à 2 GW des capacités de production des STEP françaises.

Cela montre combien le stockage d'énergie est important avec ces installations hydroélectriques, que ce soit en France, mais également dans le monde entier. Ces installations représentent en effet pas moins de 97% des capacités de stockage d'énergie. Afin d'améliorer les performances de ces stations de pompage turbinage, l'AIE (Agence internationale de l'énergie) a suggéré deux innovations à mettre en place à l'horizon 2050 :

• le développement des STEP marines reliées à des unités de production offshore,
• l'utilisation de dispositifs hydroélectriques à vitesse variable, qui auront une maîtrise parfaite des volumes d'eau turbinés ou pompés.

Il faudra également prêter une attention particulière sur le coût d'une installation qui peut être un frein au développement des stations de transfert d'énergie par pompage.

Quoi qu’il en soit, une STEP est un dispositif très utile pour le stockage d'énergie. De nombreuses solutions sont à mettre en œuvre afin de développer ces installations.

N’hésitez pas à consulter notre article pour connaître le fonctionnement d’un barrage hydroélectrique.