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Problématiques liées à l'utilisation et au stockage de l'énergie
Quelles sont les grandes familles d’énergies ? Quels rôles jouent-elles dans la transition énergétique ? Quid des énergies intermittentes et du besoin de stockage ? Explications.
Fossiles, Nucléaire et Renouvelables
Nous avons trois grandes familles d’énergies : Fossiles, Nucléaire et Renouvelables. En fonction de la thématique, on les regroupe en deux camps, donc une contre deux, et la façon de les mettre ensemble dépend de la question posée : les pro-climat opposent l’énergie fossile et les énergies décarbonées, les écologistes opposent souvent les énergies renouvelables aux énergies « fossiles et fissiles », bref toutes les combinaisons sont possibles.
Usages de l’énergie
Il y a trois usages principaux de l’énergie : la chaleur, la mobilité et l’électricité.
Si on reprend nos trois familles, on constate que parmi les fossiles, le gaz et le charbon sont utilisés pour des usages thermiques et pour l’électricité alors que le pétrole est presque exclusivement utilisé pour la mobilité. Le nucléaire est quasi exclusivement utilisé pour l’électricité.
Les ENR servent aux trois usages : le bois énergie et la géothermie servent à faire de la chaleur ; les biocarburants servent à la mobilité ; les autres sont principalement des énergies électrogènes (hydro-électrique, éolien, photovoltaïque).
Même si les ENR électrogènes ne sont pas majoritaires, c’est d’elles qu’on parle le plus, notamment parce qu’elles sont en forte progression.
Mais concentrons-nous sur l’électricité, qui peut provenir du fossile, du nucléaire ou des ENR.
Ce qui est particulier avec l’électricité, c’est qu’elle ne se stocke pas. Un point de sémantique : quand on parlera de stockage dans ce dossier, il s’agira en général de stockage d’énergie au service du réseau électrique.
On écrira parfois qu’« on stocke l’électricité ». C’est un abus de langage, mais ce n’est pas grave. En réalité, on stocke de l’énergie de manière à refaire de l’électricité par la suite. Il n’y a que les condensateurs qui stockent vraiment l’électricité.
L’électricité ne se stocke pas, et pire que ça il faut à chaque instant produire exactement la quantité d’électricité qui est demandée (sous peine de risquer un black-out)… ou consommer exactement la quantité l’électricité qui est produite ! (il est important de voir les choses dans les deux sens !)
Que faire quand on a un décalage entre production et consommation ?
Il faut stocker. D’où l’intérêt de ce dossier. Mais en réalité, le stockage n’est pas la seule famille de solutions. Pour aller plus avant, regardons la nature des sources de production et de consommation.
Parmi les énergies électrogènes, il faut distinguer trois familles :
- Les énergies pilotables, c’est l’idéal, c’est-à-dire qu’on peut décider de produire ou non.
- Les énergies qui fonctionnent en base, comme le nucléaire.
- Les énergies intermittentes et fatales : on ne décide pas quand elles produisent, au mieux on peut prévoir.
En face de la production, il y a la consommation qui peut se répartir en trois catégories :
- Pilotable
- De base
- Variable (et plus ou moins prévisible)
Pour le moment, on n’a pas trop cherché à développer la pilotabilité de la demande, mais ça viendra.
Dans un mix électrique, on a besoin de respecter certaines proportions entre production et consommation pilotables et intermittentes.Si on a trop de production intermittente sans avoir une consommation pilotable en face, il faudra avoir recours au stockage. Idem si on a trop de consommation variable sans avoir de production pilotable.
Pour gérer l’intermittence de la production, on a donc un certain nombre de familles de solutions :
- Adapter la consommation à l’offre (jouer sur la consommation pilotable)
- Stocker l’énergie
- Utiliser sur les interconnexions avec les pays voisins
- Avoir recours au back-up (production fossile pilotable)
- En cas de production excédentaire : la mettre à la masse
- En cas de consommation excédentaire : faire du délestage
Il est difficile de mettre toutes ces familles de solutions dans un ordre de priorité. Chaque solution a un coût et il faut chercher l’optimum économique.
Lien entre intermittence et famille d’énergie
Si on revient sur les trois familles définies ci-dessus, on a, du côté de la production :
Le fossile qui est pilotable
- Le nucléaire qui est en base (avec une certaine flexibilité tout de même)
- Les ENR qui sont :
- Pilotables pour l’hydroélectricité (les STEP permettent même de faire du stockage)
- En base pour l’hydro au fil de l’eau (mais avec une variabilité à l’échelle de l’année)
- Intermittentes pour le photovoltaïque et l’éolien
Une fois qu’on s’est mis d’accord sur la sortie du fossile, il reste deux grandes familles d’énergies décarbonées : le nucléaire et les renouvelables.
Le nucléaire permet une production en base, alors que parmi les ENR, celles qui ont le plus gros potentiel de développement sont le PV et l’éolien et sont intermittentes.
Et probablement pour cette raison, on entend beaucoup d’arguments chez les pronucléaires pour expliquer que l’intermittence est insurmontable, alors que les antinucléaires ont tendance à sous-estimer le problème et à invoquer les smartgrids qui vont tout résoudre comme par magie.
Au passage, une remarque sur le vocabulaire : le mot « intermittent » est assez péjoratif et il a cristallisé beaucoup de tensions dans les débats publics sur l’énergie. Et il est vrai que ce terme n’est pas approprié car intermittent signifie que la production est soit ON, soit OFF. Or les sources renouvelables sont en général « variables » et non intermittentes, c’est-à-dire qu’elles ne sont pas toujours à pleine puissance.
On a ainsi vu se généraliser le terme d’«énergies variables», surtout depuis le DNTE (Débat National sur la Transition Energétique). Reconnaissons une bonne fois pour toute que certes, ces énergies sont variables, mais que l’usage du terme intermittent ne dénote pas systématiquement une volonté de nuire au débat. Et que dire du terme « fatal » (qui n’a rien de connoté, même s’il fait peur) ? Une énergie fatale est une énergie que le réseau est obligé de prendre.
Le stockage de l'énergie en question
Techniquement, une solution de stockage est définie par deux dimensions : sa capacité et sa puissance.
En général, une solution qui peut délivrer beaucoup de puissance n’a pas une grosse capacité et réciproquement. On peut faire le parallèle avec le stockage de l’eau. La capacité de stockage, c’est la taille du réservoir. La puissance, c’est la taille du robinet.
Typiquement, une solution puissante va gérer les décalages offre/demande à l’échelle de la seconde ou de l’heure, alors qu’une solution avec une grosse capacité va permettre de gérer à l’échelle de la journée ou de la semaine. Et quand on parle de stockage, il faut avoir les deux, voire toute un éventail entre les deux.
En conclusion
Dans les articles qui suivent, nous essaierons de préciser si l’on est en train de parler de solutions en puissance ou en capacité. Et quand on parle du prix d’une solution de stockage, c’est pareil, il faut donner le prix du kWh stocké pour une puissance donnée ou le prix du kW pour une capacité donnée (ou bien donner un temps caractéristique, c’est-à-dire capacité/puissance dit autrement, c’est le temps que met la baignoire à se vider en entier).
Cédric Ringenbach (Centrale Energies)
Articles du dossier "Le Stockage de l'Energie"
1- Introduction par Cédric Ringenbach
2- Le stockage de l’électricité par batteries dans les systèmes électriques
3- Retour d’expérience des démonstrateurs d’Enedis intégrant le stockage d’électricité
4- Neoen installe avec Tesla la plus grande batterie du monde
5- Utilisation de batteries de véhicules électriques comme stockage stationnaire : Le projet ELSA
6- Supercondensateurs : Technologie et applications
7- Storengy du stockage de gaz naturel au stockage d'énergies, cas concret de l'énergie thermique
8- L’hydrogène, nécessaire outil de flexibilité des systèmes énergétiques
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