Voici ce que personne ne vous dit à propos des énergies renouvelables : le soleil ne brille pas la nuit et le vent ne souffle pas comme prévu. Cela semble évident, non ? Mais ce simple fait constitue en réalité l’un des plus gros maux de tête de toute la transition énergétique.
Pensez-y. La batterie de votre téléphone s'épuise au pire moment possible-généralement lorsque vous essayez d'appeler un Uber à 2 heures du matin. Imaginez maintenant ce problème, mais il s'agit de l'ensemble du réseau électrique. C’est essentiellement à cela que nous faisons face lorsque nous parlons d’énergie renouvelable sans stockage.
Le problème de l'inadéquation
Les panneaux solaires produisent de l'électricité lorsque le soleil est levé. Pic de production ? Généralement vers midi. Mais quand la plupart des gens ont-ils réellement besoin d’électricité ? Tôt le matin, quand tout le monde prépare le café et se prépare pour le travail, puis le soir, quand ils rentrent à la maison et commencent à préparer le dîner, à allumer les lumières, à regarder la télévision. Les courbes ne correspondent pas du tout.
Le vent a ses propres bizarreries. Parfois, on en consomme trop (il y a même des cas où les parcs éoliens doivent fermer à cause dutropl'électricité produite), et parfois il n'y en a presque pas. Dans certaines parties du Texas, la production éolienne peut passer de presque rien à fournir plus de 60 % des besoins en électricité de l'État au cours de la même semaine.
C'est là que le stockage d'énergie entre en jeu. Il s'agit essentiellement d'un tampon-un moyen de récupérer de l'électricité lorsqu'il y en a en abondance et de la conserver pour plus tard, lorsque vous en avez réellement besoin.
Qu’est-ce qui compte exactement comme stockage d’énergie ?
Le terme couvre bien plus de terrain que ce à quoi on pourrait s’attendre. Tout le monde pense immédiatement « batteries », et bien sûr, c'est une grande partie du problème. Mais le stockage de l’énergie pour les énergies renouvelables comprend plusieurs approches différentes :
Stockage hydroélectrique par pompageexiste depuis toujours-enfin, depuis les années 1890 en tout cas. Le concept est simple : lorsque vous avez un excès d’électricité, utilisez-la pour pomper de l’eau vers un réservoir. Lorsque vous avez besoin d’électricité, laissez l’eau redescendre à travers les turbines. Il s'agit toujours de la forme de stockage d'énergie-à l'échelle du réseau la plus courante dans le monde, représentant environ 95 % de tout le stockage d'énergie à l'échelle des services publics-. L'inconvénient ? Vous avez besoin d'une bonne géographie :-montagnes, vallées, beaucoup d'eau. Je ne peux pas vraiment en construire un au Kansas.
Systèmes de batteriesont les petits nouveaux qui font la une des journaux. Le lithium-ion domine actuellement, car le boom des véhicules électriques a considérablement réduit les coûts. Entre 2010 et 2023, les coûts des batteries ont chuté d’environ 90 %. C'est fou. Mais il existe des alternatives en cours de développement : -batteries sodium-ion (utilisant du sel au lieu du lithium), des batteries à flux (où le liquide de stockage d'énergie-est conservé dans des réservoirs et pompé selon les besoins), et même des batteries fer-air qui "respirent" essentiellement l'oxygène de l'atmosphère.
Stockage d'énergie à air compriméfonctionne un peu comme de l'hydroélectricité pompée, mais avec de l'air au lieu de l'eau. Vous comprimez l'air et le stockez dans des cavernes souterraines lorsque l'électricité est bon marché, puis vous le libérez via des turbines lorsque vous en avez besoin. Il n’y en a pas encore beaucoup, mais le potentiel est là.
Stockage thermiqueest intéressant car il ne stocke pas directement l'électricité-il stocke la chaleur ou le froid. Les centrales solaires à concentration utilisent parfois du sel fondu pour stocker l’énergie thermique du soleil. Le sel reste suffisamment chaud (nous parlons de 500+ degrés Celsius) pour générer de la vapeur et faire fonctionner les turbines pendant des heures après le coucher du soleil. Il existe également des systèmes qui fabriquent de la glace la nuit lorsque l'électricité est bon marché, puis utilisent cette glace pour refroidir les bâtiments pendant les chaudes après-midi.
Volants d'inertie, supercondensateurs, hydrogène-la liste est longue. Chaque technologie a son point idéal en fonction de la quantité d’énergie que vous devez stocker, de la durée pendant laquelle vous devez la stocker et de la rapidité avec laquelle vous devez la décharger.
Pourquoi c'est important (au-delà de l'évidence)
Le stockage d’énergie ne consiste pas seulement à garder les lumières allumées lorsque le soleil se couche. En fait, cela résout plusieurs problèmes à la fois.
La stabilité du réseau est la principale préoccupation des services publics. Les réseaux électriques doivent maintenir un équilibre précis entre l’offre et la demande à chaque seconde. Trop d’offre et la fréquence augmente ; trop peu et ça tombe. Quoi qu’il en soit, de mauvaises choses arrivent à l’équipement. Les systèmes de stockage peuvent répondre en quelques millisecondes pour aider à maintenir cet équilibre. Certaines installations de batteries en Australie sont en fait devenues célèbres pour leur capacité à stabiliser le réseau plus rapidement que les centrales électriques traditionnelles.
Ensuite, il y a l’aspect économique. Les prix de l'électricité fluctuent tout au long de la journée-parfois de façon spectaculaire. Dans les endroits où il y a beaucoup d'énergie renouvelable, les prix peuvent en fait devenir négatifs pendant les périodes très ensoleillées ou venteuses, car la production d'électricité est supérieure à ce que le réseau peut gérer. Le stockage vous permet d'acheter (ou de produire) de l'électricité lorsqu'elle est bon marché ou abondante et de la revendre lorsque les prix montent en flèche. C’est ce qu’on appelle l’arbitrage, et cela devient un véritable business model.
Pour les communautés ou les îles isolées, le stockage associé aux énergies renouvelables peut signifier l’indépendance des générateurs diesel. Le diesel est cher à transporter, bruyant, polluant et nécessite un entretien constant. Un système de batterie solaire-plus-peut avoir des coûts initiaux élevés, mais le carburant est gratuit pour toujours.
La question de l'échelle
L’une des difficultés liées au stockage d’énergie est qu’il n’existe certainement pas de modèle unique.
À la plus petite échelle, vous avez des maisons individuelles équipées d'énergie solaire sur le toit et d'une batterie dans le garage -peut-être 10-15 kilowattheures de stockage, suffisamment pour passer la nuit ou fournir une sauvegarde en cas de panne. Le Powerwall de Tesla est probablement l’exemple le plus célèbre, mais il existe désormais des dizaines de concurrents.
Passez au niveau communautaire et vous pourriez disposer de quelques mégawattheures-heures pour desservir un quartier ou une petite ville.
Vous accédez ensuite à des installations-à l'échelle des services publics qui sont véritablement massives. L'usine de batteries de Moss Landing, en Californie, a une capacité de 3 000 mégawatts-heures. Pour mettre cela en perspective, cela suffit pour alimenter environ 225 000 foyers pendant quatre heures. Et ils continuent de l’étendre.
La durée compte autant que la capacité. Les batteries sont idéales pour stocker de l'énergie pendant quelques heures-c'est ce qu'on appelle le "stockage de courte durée". Mais qu’en est-il du stockage saisonnier ? Et si vous souhaitez économiser l’énergie solaire excédentaire de l’été pour l’utiliser en hiver ? Cela nécessite des technologies complètement différentes et, honnêtement, nous n’avons pas encore de bonnes solutions pour cela. L'hydrogène est une possibilité, mais elle est coûteuse et inefficace.
Les-défis du monde réel
Le coût reste le défi numéro un, même s’il s’est considérablement amélioré. Une grosse installation de batterie peut coûter 300 -400 $ par kilowatt-heure de capacité. Cela a beaucoup diminué, mais cela reste cher quand on parle d'échelle de service public. Et les piles se dégradent avec le temps : elles ne durent pas éternellement.
Il y a aussi le problème de la chaîne d’approvisionnement en matériaux. Lithium, cobalt, nickel-la demande augmente plus rapidement que les opérations minières ne peuvent suivre. Et beaucoup de ces matériaux proviennent d’endroits où les pratiques de travail ou les normes environnementales sont douteuses. L'industrie s'efforce de trouver des alternatives ou de développer de meilleures méthodes de recyclage.
L’autorisation et la réglementation peuvent aussi être un cauchemar. Le stockage d'énergie est si nouveau que de nombreux endroits n'ont pas de règles claires sur la manière de connecter ces systèmes au réseau, qui peut en être propriétaire, et comment ils doivent être compensés. Certains services publics considèrent le stockage comme une menace pour leur modèle économique, d’autres l’acceptent.
Il y a ensuite un problème physique simple : les pertes de conversion d’énergie. Lorsque vous chargez une batterie, vous perdez de l'énergie sous forme de chaleur. Lorsque vous le déchargez, vous en perdez davantage. L'efficacité aller-retour-peut être de 85-90 % pour les batteries lithium-ion, ce qui est plutôt bon, mais cela signifie que vous perdez quand même 10 à 15 % de votre énergie. Pour certaines autres technologies de stockage, les pertes sont bien plus élevées.
Où vont les choses
La dynamique derrière le stockage de l’énergie est réelle. Les installations mondiales connaissent une croissance exponentielle. Rien qu'en 2023, le monde a ajouté quelque chose comme 50 gigawatts de capacité de stockage de batterie-le double de l'année précédente.
Nous constatons des innovations dans des endroits inattendus. Les batteries de voiture ont une seconde vie en tant que stockage stationnaire après qu'elles ne soient plus suffisantes pour les véhicules. La technologie Vehicle-to-grid est en cours de développement, grâce à laquelle les voitures électriques pourraient réellement réinjecter de l'énergie dans le réseau en cas de besoin (votre voiture devient essentiellement une batterie sur roues).
Le stockage de longue durée-est la prochaine frontière. Il existe des idées folles-stockage d'énergie à l'aide de blocs gravitaires, stockage d'air comprimé sous-marin, stockage d'énergie à air liquide. Certaines d’entre elles fonctionneront, d’autres non, mais l’expérimentation est en cours.
La situation économique continue de s’améliorer à mesure que les coûts diminuent et que de plus en plus d’endroits fixent un prix aux émissions de carbone. Sur certains marchés, le stockage est déjà compétitif sans subventions. Ce n’était pas vrai il y a cinq ans.
L'essentiel
Le stockage d'énergie n'est pas seulement un accessoire-intéressant-pour les énergies renouvelables-, c'est en train de devenir l'élément qui rend toute la transition possible. Sans stockage, vous ne pouvez ajouter qu’une quantité limitée d’énergie solaire et éolienne avant que le réseau ne devienne instable. Avec les rangements, le plafond est beaucoup plus haut.
En réalité, nous n’en sommes encore qu’aux premiers jours. La technologie s'améliore rapidement, les coûts diminuent et nous trouvons constamment de nouvelles applications. Mais la proposition de valeur fondamentale est claire : le stockage transforme l’énergie renouvelable intermittente en énergie fiable et distribuable. Et ça change tout.
La prochaine décennie sera fascinante à suivre. La combinaison d’énergies renouvelables bon marché et de stockage de plus en plus abordable perturbe déjà les marchés de l’électricité dans le monde entier. Des endroits qui dépendaient à 100 % des énergies fossiles il y a cinq ans atteignent désormais régulièrement 50 %, 60 %, voire 70 % d’énergies renouvelables certains jours. Cela semblait impossible il y a peu.
Il y a encore beaucoup de travail à faire-sur les plans technologique, économique et réglementaire. Mais la trajectoire est assez claire. Le stockage d'énergie pour les systèmes renouvelables n'est pas seulement l'avenir ; cela devient rapidement le présent.