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Stations de transfert d’énergie par pompage turbinage.
STEPS : Le stockage en masse de l'électricité renouvelable

le 25 juin

STEPS : Le stockage en masse de l’électricité renouvelable

Dans nos barrages existants, sans énormes investissements

Les STEPs sont des Stations de Transfert d’Énergie par Pompage Turbinage. Ce sont des moyens relativement écologiques et économiques de réguler la production d’électricité en fonction des besoins. Les STEPs sont composées de deux bassins successifs, situés à des altitudes si possible très différentes. Lors d’apports excédentaires d’éolien et/ou de photovoltaïque sur le réseau, l’électricité est consommée par la pompe qui transfère l’eau de la retenue aval dans la retenue amont. Lors de demande d’électricité sur le réseau, l’eau du bassin supérieure est turbinée pour produire de l’électricité.

Selon les volumes des retenues, des hauteurs des dénivelés et des puissances des turbines, les vidanges complètes des retenues amont peuvent se faire en environ 6 heures (STEP dites journalières), ou en 20 à 40 heures (STEP dites hebdomadaires). Le rendement des STEP modernes va de 80 % à 90 %, c’est à dire que lorsque l’on consomme 1,1 à 1,2 en pompage, l’on récupère 1 avec le turbinage. Les pertes étant réduites de 10 % à 20 %, le rendement global des STEP est donc excellent.

C’est à comparer avec les pertes sur le réseau de transport de RTE, qui sont inférieures à 3 % par 1 000 km.

Le nécessaire stockage de l’électricité renouvelable.

Un des principaux arguments remettant en cause le développement massif de l’éolien et du photovoltaïque, c’est que leur production n’est pas forcément corrélée avec la demande, et aussi qu’elle est variable [1].

En fait, cette contrainte de la variabilité des sources renouvelables peut être résolue en stockant massivement leur électricité produite en excès dans des STEP, solution la plus pertinente, permettant parfois de faire du report hebdomadaire, d’un faible coût et possédant un excellent rendement, comparativement à toutes les autres techniques comme le stockage dans de l’hydrogène où la méthanation.

A l’horizon 2050, avec l’arrivée massive d’électricité renouvelable, l’AIE (Agence internationale de l’énergie) prévoit une multiplication par 3 à 5 des capacités mondiales des STEP.

Un important potentiel de stockage réalisable avec nos barrages existants Ainsi ont été étudiées en 2013 par le JRC (Joint Research Centres de la Commission européenne) les possibilités de créer de nouvelles STEP en utilisant uniquement les barrages des centrales hydroélectriques existantes, barrages distants au maximum de 20 km, d’un volume minimum 100 000 m3, et possédant une différence d’altitude supérieure à 150 m ; il s’agit de la variante T1 de l’étude [2].

En France

En France, nous possédons 124 sites, avec un potentiel réalisable de stockage de 0,5 TWh (2,8 fois l’existant).

Mais cette étude a aussi chiffré, comme variante T2, les possibilités d’utiliser les sites des barrages existants, qui pourraient être associés à des stockages réduits à créer [3].

Ainsi, on arrive en France à 413 sites, avec un potentiel réalisable de stockage de 4 TWh (22 fois l’existant), stockage qui peut être renouvelé journellement à hebdomadairement, selon les caractéristiques du stockage et les besoins du réseau.

On peut aussi constater que la production annuelle moyenne des réservoirs et des centrales de stockage hydraulique de type « lac » existants [4], représente environ la moitié de cette production de 4 TWh, qui peut être de journalière à hebdomadaire.

Enfin, le potentiel maximum de stockage réalisable de 4 TWh représente quatre jours de production nucléaire, ce qui est considérable.

Graphe 1 : Stockage par pays : existant (bleu foncé), réalisable (bleu ciel), et théorique (bleu clair)

On constate sur ce graphe qu’en capacité de stockage existante, l’Espagne domine, avec 8 fois plus de capacité de stockage que la France, suivie par la Suisse, et la France arrivant en troisième position.

Actuellement, par rapport à la France :
 L’Espagne a un stockage 8 fois supérieur
 La Suisse a un stockage 2 fois supérieur

En potentiel réalisable, deux pays dominent largement, ce sont la Norvège, qui est suivie de peu par l’Espagne, et la France arrive en 4ème position avec 4 TWh de capacité de stockage.

Sur cette carte de l’Europe, on note que la France possède un important gisement potentiel de stockage, équivalent à celui de l’Italie, mais inférieur de plus de moitié à celui de l’Espagne.

La production journalière à hebdomadaire des STEP réalisables (4 TWh, variante T2) c’est :
 4 jours de production nucléaire.
 Le double de la production annuelle de la totalité de nos lacs de barrage.

Quel bon mix éolien/solaire choisir en France ?

Pour intégrer des quantités majoritaires de renouvelables variables, il paraît évident de réduire au minimum le besoin de stockage inter saisonnier en développant un bon mix.

Ainsi, en hiver, la demande d’électricité est la plus forte, et la ressource éolienne est davantage abondante, aussi le mix doit comporter plus d’éolien que de solaire, et on arrive à 60 % d’éolien, pour 40 % de solaire [5].

Dans ces conditions, l’Ademe (Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie), qui se réfère aux hypothèses fondées sur cette étude du JRC concernant les STEP [6], conclut que, pour atteindre 80 % d’électricité renouvelable, il faudrait tripler la puissance de nos STEP existantes en passant de 5 GW à 15 GW [7]. Ce besoin pourrait sensiblement être satisfait avec la variante T1.

Pour atteindre 80 % d’électricité renouvelable :

Il suffirait de tripler la puissance de nos STEP.
 C’est réalisé avec la variante T1.
 Avec la variante T2, le potentiel maximum de stockage réalisable de 4 TWh est considérable, car il correspond à environ 4 jours de production nucléaire.

Autre élément de comparaison, si l’on considère que la majorité des STEP sont de type journalier, leur production maximale théorique annuelle pourrait être le triple de notre consommation annuelle totale d’électricité ! [8] Pour atteindre les 100 % d’électricité renouvelable, il ne serait donc utile d’équiper qu’un pourcentage réduit du potentiel réalisable de la variante T2.

Ainsi, sans devoir installer la totalité de ce potentiel, nous pourrions assurer une fourniture continue d’électricité 100 % renouvelable sur toute l’année, et en toute sécurité, avec l’aide d’appoints en biomasse, en association avec la maîtrise de la demande, la sobriété et l’efficacité énergétiques, et à un renforcement de nos capacités de transport et d’échange avec nos voisins européens.

La production annuelle théorique des STEP réalisables (4 TWh pour la variante T2) c’est le triple de notre consommation annuelle d’électricité ! Atteindre les 100 % d’électricité renouvelable est donc facilement accessible.

Pourquoi cette possibilité facilement réalisable de multiplication de notre stockage, connue depuis 2013, n’avait-elle encore jamais été évoquée ni dans les médias, ni dans les grandes publications, ni même dans le milieu antinucléaire ?

Et enfin, le coût de l’électricité produite avec un scénario 100 % renouvelables étant du même ordre de grandeur qu’avec un mix comportant 50 % de nucléaire, comme le souligne l’étude de l’Ademe d’avril 2015 [9], tous les arguments techniques et financiers sont maintenant réunis pour sortir rapidement du nucléaire.

Notes

[1Contrairement à ce qui se dit et s’écrit, les production d’électricité éolienne et photovoltaïque ne sont pas intermittentes mais variables et prédictibles, ce qui permet de se prémunir d’un black-out.

[2En 2013, le JRC (Joint Research Centres de la Commission européenne) de l’Institut de l’énergie et du transport de Petten aux Pays-Bas, a publié une étude exhaustive d’évaluation des potentiels de stockage dans des STEP, étude basée sur les systèmes d’information géographiques (Assessment of the European potential for PHS). https://ec.europa.eu/jrc/sites/jrcsh/files/jrc_20130503_assessment_european_phs_potential.pdf). Cette étude a été révélée en France en janvier 2014 par Cédric Philibert, analyste sénior à la division énergies renouvelables de l’Agence internationale de l’énergie (AIE) dans son blog, http://cedricphilibert.net/lenorme-potentiel-du-pompage-hydraulique/.

[3Les STEP n’ont pas besoin de volumes considérables, car leur rôle principal est de stocker l’électricité pour quelques heures voire pour quelques jours, aussi les surfaces des plans d’eau sont réduites. Par exemple, un stockage d’un volume de 100 000 m3, nécessite de créer un réservoir d’une surface d’environ un hectare. Pour la variante T2, les stockages réduits doivent être situés dans des zones inhabitées, à plus de 500 mètres d’une habitation ou d’un site protégé par l’Unesco, à moins de 20 kilomètres du réseau électrique et en tenant compte de toutes les contraintes environnementales éventuelles (Natura 2000). Il est utile de signaler que la canalisation à mettre entre les deux réservoirs (conduite forcée en acier) peut-être installée sur le sol, ou enterrée, ou être placée dans une galerie à creuser dans le sous sol.

[4http://clients.rte-france.com/lang/fr/visiteurs/vie/prod/stock_hydraulique.jsp Lorsque tous les barrages de type « lac » sont pleins, le stock hydraulique s’élève au maximum à 3,591 TWh mais, selon l’année, le stock moyen varie de 1,7 TWh à 2,1 TWh

[6Etude Ademe d’avril 2015 « Vers un mix électrique 100% renouvelable en 2050 », page 12. https://www.actu-environnement.com/media/pdf/rapport100pourcentsENR_comite.pdf

[7Notre puissance actuelle est de 5 GW. Il faudrait passer à 15 GW, en additionnant les 8 GW de stockage à court terme (CAES et batteries) et les 7 GW de STEP. Etude Ademe d’avril 2015 « Vers un mix électrique 100% renouvelable en 2050 », Figure 114, page 102. https://www.actu-environnement.com/media/pdf/rapport100pourcentsENR_comite.pdf http://presse.ademe.fr/2013/11/etude-stockage-energies.html

[8La production maximale théorique annuelle d’électricité pourrait être de 4 TWh/jour x 365 jours = 1460 TWh, objectif qu’il serait stupide de viser, par rapport à notre consommation annuelle totale d’électricité qui est d’environ 480 TWh.

[9Etude Ademe d’avril 2015 « Vers un mix électrique 100% renouvelable en 2050 », page 104. https://www.actu-environnement.com/media/pdf/rapport100pourcentsENR_comite.pdf

Jean-Louis Gaby Ingénieur, ancien artisan en énergie solaire.

Ingénieur électromécanicien passionné par l’énergie, il y a plus de 30 ans j’ai autoconstruit ma maison solaire expérimentale dans l’Allier. Artisan solaire maintenant retraité, je publie des articles dans des revues, sur Reporterre, et sur ma page Facebook.


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1 message

  • STEPS : Le stockage en masse de l’électricité renouvelable

    Le 27 juin, par student

    Un élément instantané de réponse pour expliquer pourquoi cette étude n’a pas eu de retentissement même chez les antinucléaires (!) : si on supprime le nucléaire (objectif de l’ADEME !!) la seule puissance garantie sera celle des barrages (25 GW au max). Or la pointe de consommation hivernale est 4 fois plus élevée. Si notre mix sans nucléaire est constitué du parc hydraulique existant, même reconverti en STEPS, et de vent et de soleil qui n’apportent aucune garantie de puissance, on ira au blackout dès la demi-saison. CQFD Même les antinuc ont dû s’en rendre compte (sauf peut-être à l’ADEME ?)


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