« Stocker l’énergie permet de stabiliser les prix, de gérer la variabilité des énergies renouvelables et d’encourager les investissements. »
Un ballon géant plane au-dessus de l’île italienne de Sardaigne. Il est rempli de dioxyde de carbone, l’un des principaux gaz à effet de serre responsables de dangereux changements climatiques. Baptisé le « dôme », il forme l’élément clé de la « super-batterie » mise au point par la start-up milanaise Energy Dome. La jeune pousse estime que le même gaz responsable du réchauffement climatique pourrait jouer un rôle central dans la lutte contre ce phénomène.
« Aujourd’hui, les énergies renouvelables gagnent du terrain dans la production d’électricité, mais elles présentent un bémol : le soleil ne brille pas tout le temps et le vent ne souffle pas constamment », explique Paolo Cavallini, chef du personnel chez Energy Dome. « Or, nous avons besoin d’électricité renouvelable jour et nuit. C’est pourquoi nous devons pouvoir stocker l’énergie sur de longues durées. »
La batterie sous forme de ballon d’Energy Dome exploite le fait que, contrairement à l’air, le dioxyde de carbone peut être liquéfié sous haute pression sans avoir besoin d’un refroidissement énergivore. Elle récupère l’énergie excédentaire du réseau local produite pendant la journée, généralement grâce à l’énergie solaire, pour comprimer et liquéfier le gaz, avant de le stocker dans des réservoirs en acier. La chaleur générée comme sous-produit au cours du processus est stockée dans des unités spéciales de stockage de l’énergie thermique.
Lorsqu’un besoin d’électricité se fait sentir, le processus est inversé. Le dioxyde de carbone liquide est chauffé par les unités de stockage pour être de nouveau transformé en gaz. Le gaz passe à travers une turbine, générant de l’électricité, avant de retourner dans le « dôme ».
« L’ensemble du processus se déroule en circuit fermé, qui restitue au réseau 75 % de l’énergie initialement utilisée lors de la recharge, ce qui lui confère une grande efficacité », explique Paolo Cavallini. « Il peut fonctionner 30 ans sans aucune dégradation, contrairement à d’autres technologies électrochimiques qui se détériorent rapidement. »
La technique permet de stocker de l’énergie pendant une durée pouvant aller jusqu’à dix heures, pour environ la moitié du coût des batteries lithium-ion.
La centrale de démonstration d’Energy Dome, la première du genre, est en service depuis deux ans. La jeune pousse construit une usine à grande échelle à Ottana, en Sardaigne, qui sera capable de produire 200 MWh d’électricité en une seule décharge. Cela équivaut à 2 439 batteries de la Tesla Model 3 grande autonomie.
La transition à un moment charnière
La transition est déjà bien engagée. Selon Ember, laboratoire d’idées sur l’énergie, plus de 30 % de l’énergie mondiale provient désormais de sources renouvelables et nous sommes arrivés à un moment clé où l’électricité produite à partir de combustibles fossiles devrait commencer à diminuer. L’énergie solaire et l’énergie éolienne se développent beaucoup plus rapidement dans l’Union européenne que dans le reste du monde. En 2023, les nouvelles capacités solaires et éoliennes en Europe représentaient 17 % du total mondial et l’Union européenne produisait 44 % de son énergie à partir de sources renouvelables, selon le laboratoire d’idées.
Cependant, pour répondre à la demande croissante d’électricité et remédier au décalage entre la structure de la demande et les conditions météorologiques, l’Europe doit investir massivement non seulement dans de nouvelles capacités de production, mais aussi dans deux autres domaines essentiels : le stockage de l’énergie et les réseaux électriques. Bruegel estime que les seuls investissements dans la production et le stockage d’électricité pourraient devoir doubler pour atteindre environ 1 % du produit intérieur brut annuel de l’Union européenne, tandis que la Commission européenne évalue à 584 milliards d’euros le coût des investissements dans les réseaux électriques uniquement.
Dans cet article, nous examinons un certain nombre de technologies innovantes de stockage de l’énergie actuellement développées en Europe, ainsi que les défis liés à la modernisation des réseaux électriques afin qu’ils puissent desservir un système électrique décarboné.
- En savoir plus sur la petite histoire des énergies renouvelables.
Le pouvoir de la physique
Si les batteries chimiques offrent une solution prometteuse dans de nombreuses situations, elles n’en présentent pas moins certaines lacunes pour une application à grande échelle. L’intégration des batteries dans le réseau électrique peut s’avérer coûteuse, d’autant que celles-ci ne fournissent de l’énergie que pendant quelques heures. Cette contrainte devient particulièrement problématique les jours dépourvus d’ensoleillement, car l’absence de génération d’électricité peut alors durer plusieurs heures. Un autre inconvénient concernant les batteries est qu’elles nécessitent des matières premières (comme le lithium) peu abondantes en Europe et dont le processus d’exploitation et d’extraction minière peut être dommageable pour l’environnement.
Pour relever le défi de l’intermittence, les systèmes électriques nécessitent des solutions plus durables, capables de fournir une alimentation de secours pendant plusieurs heures, voire plusieurs jours.
De l’énergie en mouvement
S’appuyant sur l’énergie cinétique de rotation ou l’énergie potentielle gravitationnelle pour stocker l’énergie, les systèmes de stockage mécanique sont sans doute les plus simples. Ils utilisent souvent des mécanismes tels que des volants d’inertie ou des charges suspendues afin d’exploiter l’énergie potentielle stockée à l’intérieur d’une masse surélevée.
Basée en Écosse, la jeune pousse Gravitricity développe un projet de stockage mécanique d’énergie de 4 à 8 mégawatts à l’intérieur d’un puits de mine désaffecté. Sa technologie fonctionne à l’instar d’un ascenseur, utilisant l’excès d’électricité provenant d’énergies renouvelables pour soulever un matériau solide et dense. Plus le matériau est dense, plus la capacité de stockage d’énergie est importante. Lorsqu’il faut libérer de l’énergie, le poids descend progressivement sous l’influence de la gravité. Au fur et à mesure qu’il s’abaisse, il entraîne une série de moteurs grâce aux câbles renforcés qui lui sont attachés, générant de l’électricité.
Pouvant atteindre huit heures, la durée de libération de l’énergie des batteries Gravitricity les rend idéales pour stocker l’énergie solaire. Elles peuvent absorber le surplus d’énergie solaire pendant la journée et le restituer pendant la nuit, équilibrant efficacement l’offre et la demande d’énergie.
Gravitricity prévoit qu’une fois pleinement mise en œuvre, chaque batterie sera à même de libérer entre 1 et 20 mégawatts à la puissance de crête, fournissant ainsi jusqu’à huit heures d’électricité. Un système d’alimentation de 20 MW pourrait desservir 63 000 foyers pour chaque heure de débit.
À la suite du succès d’un projet de démonstration de 250 kilowatts à Édimbourg, la Banque européenne d’investissement a fourni à la jeune entreprise une aide au développement de projets par l’intermédiaire du Fonds pour l’innovation.
L’énergie par pompage
Le stockage de l’énergie hydroélectrique par pompage est l’une des technologies de stockage d’énergie à grande échelle les plus anciennes et les plus utilisées. Voici comment cela fonctionne :
- l’eau est stockée dans deux bassins situés à différentes altitudes ;
- lorsqu’il y a un surplus d’énergie, l’eau est pompée du bassin inférieur vers le bassin supérieur ;
- lorsque l’énergie stockée est nécessaire pour répondre à la demande de pointe, l’eau est relâchée vers le bassin inférieur, alimentant des turbines à mesure qu’elle descend et produisant de l’électricité.
Il s’agit d’un processus simple, efficace, peu coûteux et économe en énergie. Son fonctionnement ne génère pas d’émissions de gaz à effet de serre.
Dans le nord du Portugal, Iberdrola a construit trois nouveaux grands barrages hydroélectriques, comprenant une centrale de pompage-turbinage, sur les rivières Tâmega et Torno. L’installation, qui est la plus grande centrale hydroélectrique construite en Europe au cours des 25 dernières années, génère une puissance totale de 1 158 mégawatts.
Doté d’une capacité de production annuelle de 1 766 GWh, le complexe de Tâmega est en mesure de fournir suffisamment d’énergie aux villes voisines, dont Braga et Guimarães, qui comptent à elles deux plus de 440 000 foyers. Il peut également stocker 40 millions de kilowatts-heures d’énergie, ce qui équivaut à la consommation quotidienne d’électricité de 11 millions de personnes.
En diversifiant la production d’électricité du Portugal, ce projet devrait diminuer les émissions de carbone de 1,2 million de tonnes par an et réduire les importations de pétrole de plus de 160 000 tonnes. Il contribuera également à l’activité économique et à l’emploi dans la région : la phase de construction du projet devrait permettre de créer 3 500 emplois directs et 10 000 emplois indirects.
Iberdrola prévoit également de construire deux parcs éoliens d’une puissance combinée de 300 mégawatts, qui transformeront le complexe de Tâmega en une centrale électrique hybride. La Banque européenne d’investissement a appuyé le projet en accordant à Iberdrola un prêt de 650 millions d’euros signé en 2018.
- En savoir plus sur les sources d’énergie renouvelable autres que l’éolien et le solaire.
Un exercice d’équilibre
Pour être en mesure d’intégrer les énergies renouvelables, les réseaux électriques ne requièrent pas uniquement des investissements dans la capacité de stockage. Ils font également face à un certain nombre d’autres défis.
- Typique de l’électricité provenant du soleil et du vent, l’approvisionnement intermittent et tributaire des conditions météorologiques complique la tâche des gestionnaires de réseau qui doivent prévoir et gérer l’offre et la demande d’électricité. Par moments, la quantité d’électricité produite peut dépasser la demande. En l’absence d’une capacité de stockage adéquate, les parcs éoliens pourraient notamment être contraints d’arrêter leurs turbines afin de réduire leur production.
- Souvent situés loin des consommateurs citadins ou des sites industriels, les parcs éoliens et solaires pourraient avoir besoin de nouvelles lignes de transport et de distribution.
- Le recours aux énergies renouvelables peut rendre le maintien d’une fréquence électrique stable plus difficile pour les réseaux. Un risque pour leur stabilité se pose, car le système devient alors moins capable de résister à des perturbations soudaines, comme la perte d’un grand générateur ou un affaiblissement soudain du vent.
