Stockage à long terme de l’électricité verte : quelles sont les technologies disponibles ?

Quels sont les moyens de stockage à long terme pour l'énergie verte ?

Le dioxyde de carbone ou dioxyde de carbone (CO₂) est un gaz qui se trouve naturellement dans l'air. Cependant, il est également produit lors de la combustion des énergies fossiles, lesquelles sont largement utilisées dans les pays industrialisés pour les processus de production, pour le transport et à d'autres fins. Le problème : le CO₂ est considéré comme un gaz à effet de serre car il favorise le réchauffement climatique et est donc un facteur majeur du changement climatique.

Les énergies dites renouvelables (ER) générées par les centrales solaires et éoliennes ne produisent pas d'émissions et ne génèrent donc pas de dioxyde de carbone. Elles visent donc à remplacer aussi rapidement que possible le gaz naturel et le pétrole en tant que source d'énergie primaire, en particulier pour la production d'électricité, mais aussi pour la production combinée de chaleur et de froid ainsi que dans le domaine des transports (concepts de propulsion alternatifs).

Cependant, les énergies renouvelables ne sont produites que lorsque les conditions météorologiques sont favorables. Dans le cas contraire, les centrales photovoltaïques et éoliennes ne produisent pas d'électricité. En revanche, elles en produisent beaucoup sous des conditions optimales, parfois même plus que ce qui est nécessaire.

Ce surplus d'énergie stocké pourrait ensuite servir à alimenter les réseaux électriques en cas de ciel couvert ou de calme plat. Mais pour que cela se produise, elle doit être stockée à grande échelle afin d’être disponible en cas de besoin. Cette tâche devrait être assumée par les systèmes de stockage d'énergie de longue durée (LDES) - également appelés stockage saisonnier - pour lesquels des recherches sont actuellement menées.
 

Les avantages et les inconvénients du stockage à long terme

Lorsque les technologies de stockage à long terme seront au point, elles permettront d'utiliser l'énergie éolienne et solaire pendant une période prolongée, indépendamment des conditions météorologiques et du réseau électrique. Par exemple, la nuit lorsque l’énergie solaire n’est pas disponible. Ceci contribuera à la décarbonisation des installations industrielles fossiles, puisque ce stock d'énergie pourra couvrir les besoins en électricité 24 h/24 sans émissions de CO₂ grâce aux énergies renouvelables. Voici un aperçu des cas d'utilisation des stockages à long terme.

• Soutenir l'augmentation de la part des énergies renouvelables dans le mix énergétique
• Garantir la résilience aux réseaux non fiables sur de longues périodes (par exemple, sur des sites isolés ou hors réseau).
• Permettre des accords d'achat d'électricité, c'est-à-dire des contrats de fourniture d'électricité renouvelable négociés individuellement et à long terme, 24 h/24.
• Les capacités de stockage à long terme peuvent éliminer (en partie) la nécessité de construire des centrales électriques ou des infrastructures de transport et de distribution supplémentaires.
• Cependant, le stockage à long terme de l’énergie présente également des inconvénients et des problèmes.
• L’un des plus grands inconvénients de l’utilisation d’un système de stockage d’énergie est son coût. Alors que les prix des panneaux solaires, par exemple, ont considérablement baissé ces dernières années, les systèmes de stockage d'énergie restent relativement chers. Cependant, ils devraient devenir moins chers à mesure que la technologie s’améliore et que la demande augmente.
• Les systèmes de stockage d'énergie requièrent un entretien régulier, notamment la surveillance de l'état de charge. La maintenance peut être difficile pour les entreprises qui n'ont peut-être pas le temps ou l'expertise pour le faire.
• Les systèmes de stockage d'énergie ont une durée de vie limitée, qui varie entre 5 et 15 ans en fonction de la technologie utilisée. Par exemple, quand les batteries arrivent en fin de vie, elles doivent être remplacées, ce qui peut être coûteux et demander un certain temps.
• Une partie de l'électricité doit être utilisée pour le processus de stockage lui-même.

Ces technologies de stockage à long terme ont actuellement du potentiel

La capacité de stockage à long terme doit augmenter considérablement pour que les entreprises deviennent neutres en carbone à grande échelle. Et justement, les technologies suivantes ont le potentiel de tendre à cela.

• Hydroélectricité par pompage : l’eau est pompée dans un réservoir avec de l’électricité. Lorsque l’eau est libérée du réservoir, elle s’écoule à travers une turbine pour produire de l’électricité.
• Air comprimé : à l’aide de l’électricité, l’air est fortement comprimé et souvent stocké dans des grottes souterraines. Lorsque la demande d’électricité est élevée, l’air comprimé est libéré pour produire de l’électricité via un générateur à turbine d’expansion.
• Volants d’inertie : l’électricité est utilisée pour accélérer un volant d’inertie, un type de rotor, qui conserve l’énergie sous forme d’énergie de rotation cinétique. Lorsque de l’énergie est nécessaire, le couple du volant d’inertie est utilisé pour alimenter un générateur. Certains volants d’inertie ont des roulements magnétiques, fonctionnent dans le vide pour réduire la traînée et peuvent atteindre des vitesses allant jusqu’à 60 000 tours par minute.
• Batteries : comme les batteries conventionnelles, les très grandes batteries peuvent stocker de l’électricité jusqu’à ce qu’elle soit nécessaire. Ces systèmes peuvent utiliser des technologies de batterie lithium-ion, plomb-acide, lithium-fer ou autres.
• Stockage de l’énergie thermique : l’électricité peut être utilisée pour produire de l'énergie thermique qui peut être stockée. Par exemple, il est possible d'utiliser l'électricité pour produire de l'eau ou de la glace réfrigérée en période de faible demande, puis de la réfrigérer en période de pic de consommation d'électricité.
• Power-to-X, dit aussi P2X : il s’agit de la conversion de l’électricité en une autre source d’énergie. L’une des méthodes est le stockage de l’hydrogène. Ici, de l'eau et l'électricité solaire produite sont utilisées pour fabriquer de l'hydrogène, qui est ensuite stocké jusqu'à ce que l'électricité soit à nouveau nécessaire.

En plus de ces technologies, le développement de nouvelles technologies est en cours, parmi lesquelles les batteries à flux, les super-condensateurs et le stockage magnétique supraconducteur de l'énergie.