Le stockage de l’énergie consiste à préserver une quantité d’énergie produite pour l’utiliser ultérieurement, ce qui permet d’équilibrer sa production et sa consommation tout en limitant les pertes. Le stockage est au cœur de nombreux enjeux économiques, environnementaux et stratégiques.

Pourquoi stocker de l’électricité ?

Il est important de comprendre les raisons qui poussent à développer le stockage de l’électricité. Voici trois principaux motifs.

Une problématique notamment liée à l’essor des énergies renouvelables 

Avec les énergies renouvelables, la production d’énergie n’est pas forcément continue dans la journée. Les éoliennes ont une production intermittente en fonction du vent. Les panneaux solaires ne produisent de l’énergie que lorsqu’il y a du soleil, donc en pleine journée mais pas le soir. Pourtant, c’est en fin de journée que la consommation d’énergie est la plus élevée.

Ainsi, pour que ces sources d’énergie décarbonée puissent vraiment être utilisées pour subvenir totalement aux besoins en énergie de la population, il faut pouvoir stocker l’énergie produite lorsqu’elle est produite pour l’utiliser ultérieurement.

Éviter les pénuries et  les excédents

Le 9 août 2019, une panne d’électricité géante a eu lieu au Royaume-Uni. Elle a notamment paralysé la capitale, Londres. Deux sites de production d’énergie, une centrale au gaz et un parc éolien, ont connu une défaillance au même moment. 

Pour éviter ce type de situations, les réseaux disposent de réserves de production d’électricité, mais celles-ci se sont révélées être insuffisantes. La fréquence du réseau électrique a donc baissé, ce qui a provoqué la panne. Pour prévenir ce genre de problèmes, le stockage d’électricité est donc central. 

La régulation de fréquence

Pour que le réseau électrique fonctionne correctement, il faut que sa fréquence soit stable et qu’elle soit identique en tout point sur le réseau. Mais les déséquilibres en temps réel entre production et consommation d’énergie produisent des variations de la fréquence du réseau. Si on produit plus d’électricité qu’on en consomme, la fréquence augmente. Si on consomme davantage d’électricité qu’on en consomme, la fréquence diminue.

Afin de maintenir la fréquence du réseau électrique, des mécanismes existent. Pour ramener le système à l’équilibre, RTE, le gestionnaire du réseau électrique français, dispose notamment d’une réserve de puissance électrique auprès de plusieurs producteurs d’énergie.

Le contexte actuel

Le développement des énergies renouvelables comme le solaire et l’éolien fait partie des solutions préconisées par le GIEC pour réduire les émissions de CO2. Cependant, leur essor peut se trouver ralenti par le manque de solutions de stockage à grande échelle.

La pénétration des énergies renouvelables dans le mix énergétique européen pose un défi majeur à la stabilité du réseau. Le développement des énergies renouvelables s’est opéré en Europe à une vitesse supérieure à la croissance de la consommation électrique. 

On estime que le besoin de stockage pourrait atteindre 60 GW (Gigawatts) d’ici 2050, selon l’agence internationale de l’énergie (AIE). À titre de comparaison, selon la CRE, on estimait en 2020 la consommation moyenne annuelle d’électricité d’un foyer français à 0,004 GW. 60 GW serait donc l’équivalent de la consommation annuelle de 15 000 foyers.

En France, les énergies renouvelables représentent 19,1% de la consommation brute finale d’énergie (chiffres 2020). Elles devraient prendre plus de place dans le mix énergétique. Les capacités de stockage étant aujourd’hui faibles, il y a un intérêt à développer de nouvelles solutions. Il faut cependant prendre en compte que le besoin de stockage n’est pas primordial à court-terme. 

Comment l’énergie est-elle stockée ?

Afin de stocker l’électricité, il est nécessaire de la transformer. Les électrons en tant que tels sont trop difficiles à stocker. 

Ainsi, on les transforme en une autre ressource, puis on les transforme à nouveau en électricité ou on les utilise sous leur nouvelle forme : énergie thermique, mécanique, chimique etc.

On distingue deux systèmes de stockage :

• Le stockage stationnaire de l’énergie : il s’agit de garder l’énergie produite en excédent, pour la restituer ultérieurement. On va tout simplement créer une réserve d’énergie. Les systèmes de stockage stationnaire sont fixes et ont généralement des capacités importantes. 
• Le stockage embarqué : ce sont des systèmes de petite capacité qui sont intégrés dans un système mobile (ex : une voiture) ou dans un appareil électronique (batteries de téléphone, etc).

Les différentes technologies de stockage :

Les STEP et les CAES – Stations de Transformation d’Énergie par Pompage et Compressed Air Energy Storage (Stockage d’énergie par air comprimé)

Ces deux techniques de stockage de l’électricité utilisent l’énergie mécanique potentielle d’un fluide, respectivement l’eau et l’air.

Avec les STEP, on conçoit deux bassins qui sont situés à des altitudes différentes. Lorsque la demande électrique est faible, l’eau du bassin inférieur est pompée vers le bassin supérieur. Lorsque la demande est élevée, l’eau redescend vers le bassin inférieur, en passant par une turbine, ce qui génère de l’électricité.

L’installation des STEP est assez complexe et ne sert qu’à réguler le réseau. 30 % de l’énergie est perdue dans la manœuvre, et très peu de sites sont disponibles actuellement. Ce dernier élément en fait une solution insuffisante pour couvrir tous les besoins en stockage.

Les CAES fonctionnent exactement de la même manière, mais en utilisant de l’air comprimé, stocké dans des cavités. Cette solution est aujourd’hui encore au stade de développement. 

Les batteries et les piles

Les piles et les batteries sont une technique universelle de stockage de l’électricité. Différentes tailles et capacités existent, correspondant à différents besoins. Elles offrent une bonne densité de stockage, donnant la possibilité de stocker beaucoup d’électricité dans un espace réduit. Grâce à une très grande réactivité, ces dernières proposent la meilleure réponse face aux aléas du réseau électrique. 

Aujourd’hui, les batteries lithium-ion sont les standards du marché. Ces batteries sont les composantes d’unités de stockage à grande échelle. Mature et efficace, cette solution répond aux besoins du réseau électrique engendrés par le développement massif des énergies renouvelables. La technologie des batteries équipe également beaucoup de voitures électriques et de véhicules hybrides rechargeables.

Enfin, des réservoirs à hydrogène permettent d’alimenter des piles à combustibles. En augmentant la pression et donc en diminuant son volume, nous pouvons aujourd’hui stocker 5 kg d’hydrogène dans un réservoir de 125 litres. 

Le stockage de l’énergie en France

Les unités de stockage disposent de différentes sources de revenus permettant de donner de la visibilité à leurs développeurs et de rendre attractif le marché des batteries en France : 

Focus sur l’AOLT  

RTE, gestionnaire du réseau public de transport d’électricité, a pour mission d’assurer l’équilibre entre la production et la consommation d’électricité et de résoudre les congestions sur le réseau de transport.

Dans cette optique, RTE organise chaque année un appel d’offres long terme, dit « AOLT », dont le cadre légal est posé par la loi Climat et résilience de 2021. Il est destiné aux nouvelles capacités de production de pointe, et a été lancé par le Ministère de la Transition Écologique en 2019. L’objectif de l’AOLT est d’offrir de la visibilité sur un prix stable pour ces capacités et faciliter les nouveaux investissements.

Un prix garanti est ainsi défini à l’issue de chaque appel d’offres, et les candidats retenus bénéficient d’un contrat pour différence qui leur assure une rémunération stable égale au « prix garanti », pour une période de 7 ans. Durant cette période, si le prix garanti est supérieur au prix du marché, le lauréat obtiendra la différence. Dans le cas contraire, il versera la différence sur un fonds dédié.

Les candidats s’engagent en échange à mettre à disposition une partie de leur capacité lors des jours de pointe dits PP2 (marché de capacité).

L’article L. 352-1-1 du Code de l’énergie définit les catégories de stockage pour lesquelles ces appels d’offres peuvent être organisés : les stations de transfert d’électricité par pompage (STEP), les batteries et l’hydrogène. D’autres types de stockage sont possibles au cas par cas. 

L’impact écologique du stockage de l’énergie

Comme toute technologie, le stockage des énergies renouvelables implique une activité humaine, la production d’équipements et le rejet d’émissions de carbone. Cependant, l’impact écologique peut être maîtrisé, notamment en développant des filières de recyclage qui valorisent les déchets produits. D’autant que les systèmes de stockage présentent aussi des avantages : en effet, ils engendrent peu de pollution sonore et prennent peu de place. 

Il reste à démocratiser les technologies actuelles, l’essor des énergies renouvelables faisant naître des besoins en termes de stockage. De nombreuses innovations voient le jour pour optimiser ce stockage.