Pourquoi stocker l’énergie est un enjeu de la transition énergétique
- Création : jeudi 2 juillet 2015 07:00
- Écrit par Maxime Pirot
Dernièrement, Tesla a dévoilé un nouveau produit : le Powerwall, une batterie de capacité de 7 à 10 kWh (ce qui représente en moyenne pour un ménage français, une autonomie de 9 à 13h). Cette nouvelle a fait grand bruit, à la fois par son prix (3000 $ pour 7 kWh et 3500 $ pour 10 kWh) mais aussi par son design et le public visé. C'est un pas de plus vers la transition énergétique.
Le but de Tesla est de proposer une solution pour les usagers ayant un système de production électrique (le solaire photovoltaïque notamment) afin d'éviter de consommer depuis le réseau électrique lors du tarif Heures Pleines et/ou souhaitant pallier à une éventuelle défaillance du réseau électrique. Il ne s'agit pas d'une avancée technologique, les batteries utilisant le couple lithium-ion. Mais la rupture dans l'approche qui en est faite pourrait permettre de développer massivement sur certains territoires des capacités de stockage électrique. A terme, il est donc possible d'y voir une alternative à des moyens de production très émetteurs de GES.
Quelques rappels sur la consommation et la production d'énergie
Aujourd'hui en France, dans le secteur résidentiel et tertiaire, l'énergie la plus consommée est l'électricité (26,1 Mtep), suivi par le gaz (21,6 Mtep), les EnR (10,7 Mtep), le pétrole (10,3 Mtep) et le charbon (0,3 Mtep). Ces données datent de l'année 2013 ; le bilan énergétique de la France en 2014 n'ayant pas encore été publié à ce jour. La consommation ne cesse de croitre depuis 30 ans, notamment la consommation d'électricité ( x 5,3 en 30 ans (4,9 en 1973, 26,1 en 2013). Cela s'explique essentiellement par le développement du nucléaire civil qui a permis une énergie électrique bon marché, qui a pris une place très importante dans les consommations. Le chauffage électrique représente par exemple 25 % des logements existants (soit 4 fois plus que la moyenne européenne) et il représentait en 2008 70 % des logements neufs ! S'ajoute à cela la hausse des consommations électrodomestiques avec un taux d'équipement de plus en plus important (téléviseur(s), réfrigérateur, congélateur, ordinateur(s), électroménager, multimédia ...).
Or, la plus grande partie de la production d'électricité est d'origine nucléaire. La production d'électricité nucléaire est très peu réactive (les temps de démarrage et de montée en puissance sont beaucoup plus long que les variations de consommations). Le nucléaire est donc utilisé comme base de production, les énergies plus souples (gaz, hydraulique et charbon notamment) étant utilisées comme moyens de production de pic.
Le maximum de consommation étant en hiver, le jour le plus froid, vers 19h30, les énergies renouvelables ont une part marginale à ce moment (photovoltaïque à 0 MW et l'éolien étant soumis aux conditions climatiques du moment).
Source : Eco2mix, RTE
En fonction de la demande d'électricité il peut être nécessaire d'importer de l'électricité depuis les pays voisins. Par exemple le 03/02/2015 à 19 h, la France importait 2 141 MW. On comprend donc l'intérêt de pouvoir stocker de l'électricité lorsque la production excède la consommation afin d'utiliser ce stockage plutôt que d'importer de l'électricité. C'est d'ailleurs ce qui est déjà fait pour une partie des barrages hydroélectriques puisque lorsque l'équilibre consommation/production le permet, les barrages sont remplis par pompage. L'électricité est ainsi stockée dans l'énergie potentielle de l'eau (cf graphique suivant entre 1h et 7h).
Source : Eco2mix, RTE
Utiliser le stockage pour développer les EnR
Aujourd'hui, le déphasage qui existe entre la production et la consommation d'énergie, notamment pour l'électricité, est un frein au développement des EnR à grande échelle. En effet, le nucléaire occupe une part tellement importante qu'il assure une très grande partie de la consommation, auquel s'ajoute l'hydroélectricité qui représente également une part prépondérante de la production, alors que l'éolien et le solaire photovoltaïque restent peu significatifs (même dans les cas les plus favorables, cf graphique de production électrique du 07/08/2014). L'absence de système de stockage oblige donc la France à exporter tout ce qu'elle ne consomme pas. Ainsi, un développement plus important des EnR se trouve limiter par l'absence de stockage pour les EnR, qui sont par définition (pour le solaire et l'éolien) intermittentes et déphasées entre le potentiel de production et la courbe de consommation (jour / soirée et été/hiver).
Source : Eco2mix, RTE
Ne pas tuer le gisement
Le fait de proposer des batteries domestiques à un autre intérêt. On observe aujourd'hui un phénomène qui va s'accentuer dans les années à venir : le coût de l'électricité du réseau devient plus élevé que le tarif d'achat réglementé du photovoltaïque (EnR productrice d'électricité la plus développée pour les particuliers). Cela dépend à la fois du contrat d'électricité et du tarif réglementé d'achat de l'électricité photovoltaïque. Le graphique ci-dessous présente l'évolution des tarifs réglementés du photovoltaïque (en vert) et les coûts de l'électricité (abonnement et consommation).
Source : Ministère du Développement Durable et base de données Pégase
Ce phénomène conduit les usagers à se tourner vers l'autoconsommation plutôt que la redistribution vers le réseau national. Cela amène donc les usagers à dimensionner autrement leur installation photovoltaïque : pour optimiser l'investissement, il faut se passer d'un dispositif de distribution vers le réseau et se rapprocher d'une autoconsommation de la production proche de 100 % (afin de limiter les pertes). Cela signifie qu'à chaque instant, la consommation doit être inférieur (ou égale) à la production. Or le pic de production se situera en été, aux alentours du zénith, c'est-à-dire loin du pic de consommation pour un ménage.
Source : SB Energy
L'autoconsommation totale conduit donc à limiter la surface de l'installation de panneaux solaires photovoltaïques pour optimiser la rentabilité économique. Cela revient donc à « tuer le gisement », car ce n'est pas la surface disponible de toiture qui va être l'élément limitant, mais bien les débouchés de l'énergie produite. Dans le cadre d'une transition énergétique tournée vers le développement des EnR, limiter ainsi l'exploitation du solaire est donc tout à fait dommageable. Plus d'informations à ce sujet dans le rapport d'Hespul
Le stockage d'électricité peut donc apporter dans ce cas une solution : la surface de panneaux plus importante (limitée par la toiture : on exploite donc tout le gisement disponible), et lorsque l'énergie produite ne peut être autoconsommée directement, elle est stockée afin d'être utilisée plus tard, lorsque la demande d'électricité dépasse la production.
Source : Hespul
La partie bleue de ce graphique représente l'énergie produite qui ne peut être autoconsommée directement et pourrait être stockée.
A plus grande échelle (sur un quartier, un territoire ...) le stockage d'énergie trouve également un sens, pour favoriser le développement des EnR intermittentes (éolien et solaire).
Autre problématique : la consommation de ressources
Même si les batteries domestiques peuvent initier une dynamique en faveur du stockage d'électricité, il ne faut pas perdre de vue que l'objectif initial est de limiter les effets néfastes sur l'environnement. Le développement à grande échelle de batteries pose donc la question de la consommation des ressources : les réserves de lithium sont suffisantes pour produire 40 000 tonnes par an (la consommation mondiale actuelle) pendant environ 365 années. Cependant, dans le cas d'un développement très important des batteries ces ressources pourraient très vite atteindre leurs limites.
Même si le recyclage de cette ressource est techniquement possible, il parait important de développer d'autres moyens de stockage de l'électricité et de l'énergie en générale. Il existe en effet de nombreuses solutions de stockage alternatives aux batteries (STEP, stockage thermique, stockage chimique, stockage par air comprimé ...). Chacune de ces solutions présentent des avantages et des inconvénients, mais un mix de solutions à grande échelle permet de construire une stratégie permettant de répondre à l'ensemble des besoins.
Source : Enea
Consommer l'énergie autrement
Le stockage ne peut cependant se concevoir sans une démarche cohérente visant à modifier notre manière de consommer l'énergie. En effet, le stockage est nécessaire car il existe un décalage entre notre manière de consommer (la courbe de demande) et le potentiel de production. Limiter l'écart entre ces deux paramètres est donc tout aussi important que de stocker l'énergie dont nous avons besoin. Cela passe à la fois par une réduction des consommations et décaler les consommations qui peuvent l'être (lave-linge, lave-vaisselle, recharge de véhicule électrique pour être en phase avec les pics de production.
