Stockage d’énergie, nouveau challenge pour les producteurs d’énergie renouvelable

Dans un contexte de sortie progressive des mécanismes d’obligation d’achat, la question du stockage des énergies renouvelables place le secteur au cœur d’enjeux économiques et stratégiques cruciaux à long terme.

Un marché des énergies renouvelables à la croisée des chemins

Verdissement des mix énergétiques : un incontournable à marche forcée

Impératif climatique, raréfaction des ressources fossiles et accélération de la sortie du nucléaire sont autant de motivations rendant les énergies renouvelables (EnR) prioritaires dans les politiques énergétiques des États.

En écho à des exigences réglementaires de plus en plus prégnantes et sous la pression croissante du public, le changement de la donne énergétique semble ainsi s’accélérer pour tous les acteurs de la chaîne de valeur, des producteurs aux consommateurs.

L’adaptation des modèles économiques aux règles du marché

Sur le plan européen, le projet de loi « Énergie-Climat » devant entrer en vigueur à l’été prochain a ainsi entre autres objectifs :

• d’adapter, à long terme, le marché de l’électricité aux EnR en envoyant de meilleurs « signaux de prix » permettant « d’activer et exploiter pleinement le potentiel de flexibilité que la demande peut offrir » et
• de rendre, à court terme, les marchés « plus proches du temps réel » afin de faciliter l’intégration des EnR¹

Ces orientations viennent renforcer le mouvement de dérégulation tarifaire que le remplacement graduel des « Fit-inTariffs » (FIT) par les « Power Purchase Agreement » (PPA) a amorcé.

L’intégration des énergies renouvelables (ENR) aux réseaux électriques : un défi pour tous les acteurs

Le défi de l’intermittence et de la localisation des ressources

Ces dispositifs accompagnant le développement de la vente directe d’EnR aux industriels dans le cadre de contrats de gré à gré accélèrent l’attrait d’une électricité verte dont les coûts ne cessent de baisser et devraient rejoindre ceux de l’électricité conventionnelle entre 2022 et 2025².

L’émergence d’agrégateurs en relais des producteurs d’EnR de petite taille éclaire sur le défi majeur posé au secteur sur la décennie à venir : pallier les caractères intermittent, non pilotable et distant des foyers de consommation de ces sources d’énergies.

L’optimisation par la voie des « smart grids »

Avec un mix prévisionnel à 69 % d’énergie solaire, 18 % d’éolien, 6 % de bioénergie, 3 % d’hydroélectricité et 2 % de géothermie attendu pour 2050, la question de leur raccordement aux réseaux électriques est stratégique³.

Dans cette optique, les actions visant à faire de ces réseaux des « Smart grids » par le biais d’un renforcement des interconnexions régionales, d’incitations tarifaires (promotion de l'autoconsommation et de la consommation en période "creuse") ainsi que de l'utilisation de compteurs intelligents, de compensateurs statiques voire de centrales virtuelles se multiplient.

Les solutions de stockage d’ENR : un incontournable de la transition énergétique

L’incontournable essor des solutions de stockage des ENR

Le développement des technologies de stockage est tout aussi primordial face aux exigences accrues de flexibilité réclamées par les gestionnaires de réseau (lissage des injections d’EnR en fonction des besoins) et de mobilité induite par les nouveaux usages (véhicules électriques).

Actuellement assurées à 98 % par des barrages hydroélectriques, celles-ci ne répondent toutefois qu’imparfaitement à l’impératif de corrélation entre production et consommation attendu par le marché.

Le stockage des énergies renouvelables représente ainsi un enjeu essentiel autour d'un vaste champ de recherche allant du solaire à l’éolien, l’hydraulique, la géothermie et la biomasse :

• stockage mécanique : barrages hydroélectriques, stockage d’énergie par air comprimé ou CAES (Compressed air energy storage), stations de transfert d’énergie par pompage ou STEP et systèmes à volant d’inertie ou FESS (Flywheel energy storage systems) en font partie
• stockage thermique ou « thermal energy storage systems » telles que les centrales solaires thermodynamiques ou CSP (Concentrated solar power),
• stockage électromagnétique et
• stockage électrochimique dont les systèmes à base d’hydrogène par le biais de :
• piles à combustible permettant une injection d’électricité sur le réseau
• méthanation permettant soit une injection dans le réseau de gaz, soit une utilisation vers une centrale gaz classique produisant de l’électricité
• utilisation directe vers une centrale à gaz spécifique fabriquant de l’électricité à partir de l’électrolyse de l’eau

Mobiles ou stationnaires : l’enjeu stratégique des batteries « vertes »

Plus mature que les autres technologies sur les durées de quelques heures et appréciées pour leur flexibilité et leur réactivité, les batteries représentent le principal objet de recherche et d’investissement en matière de stockage d’EnR.

La technologie Lithium-Ion s’est ainsi largement imposée ces dernières années de par ses capacités de miniaturisation prisées par le marché de l’électronique portable ainsi que son rendement élevé et sa robustesse permettant par exemple l’utilisation de l’énergie produite par une éolienne une fois le vent tombé ou de celle d’un panneau photovoltaïque la nuit suivant sa production.

Pouvant atteindre plusieurs milliers de cycles de charge et décharge à faible niveau, elle permet également une double utilisation : dans un véhicule électrique en début de vie puis dans un système de stockage d’électricité domestique ou de gros en seconde vie.

Bien qu’elle ne cesse de s’améliorer, cette solution reste toutefois peu adaptée au stockage à long terme en vue duquel d’autres solutions telles que le Sodium-Souffre ou le Redox-Flow (batterie à flux) sont en plein développement⁴.

Considérées par la Commission européenne comme une chaîne de valeur stratégique, les batteries font d’ailleurs l’objet d’un plan d’action dédié (l’Alliance européenne pour les batteries - AEB) dans le cadre de l’union de l’énergie.

En la matière, l’Union européenne (UE), dont le marché pourrait représenter jusqu’à 250 Md € chaque année dès 2025, ambitionne ainsi de « dynamiser l’investissement et l’innovation dans le cadre d’une stratégie de politique industrielle renforcée visant à constituer une base industrielle intégrée, durable et compétitive à l’échelle mondiale »⁵.

Une multiplicité d’approches et de problématiques requérant une forte expertise

Avec une part de marché de seulement 3 % dans la fabrication mondiale des cellules de batteries et l’ambition de fournir « une énergie sûre, durable, compétitive et abordable », l’UE constitue aujourd’hui le marché le plus attrayant en termes d’investissements dans les énergies renouvelables sur l’ensemble de leur chaîne de valeur.

En matière de stockage notamment, les pistes sont prometteuses, tant en matière de technologies « Power to gaz » à base d’hydrogène que de batteries. Pour plus d'informations, n'hésitez pas à consulter notre article sur la mobilité électrique.

Chaque type de stockage d'énergie renouvelable (EnR) dispose d'atouts et de limites à appréhender en fonction du projet : à vos côtés, les équipes de Victanis constituent le partenaire idéal pour l'analyser et tirer profit d'un marché en plein essor en toute sécurité.

Sources d'information :

• ¹ : Source : Commission européenne
• ² : article de La Tribune du 20.08.2018
• ³ : étude de l’Energy Watch Group du 12.04.2019
• ⁴ « Stockage de l’électricité par batterie : les différentes technologies » de septembre 2017
• ⁵ : Source : fiche d’information de la Commission européenne du 09.04.2019 « Comprendre l’état de l’union de l’énergie ».