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Point de vue d’Emmanuel Puchala (GDF Suez) :

GDF Suez travaille sur différentes technologies de stockage (batteries, systèmes de volants d’inertie et d’intégration, etc.) et, plus particulièrement, sur le stockage thermodynamique qui comprend le stockage d’énergie par air comprimé (Compressed Air Energy Storage - CAES).

Le CAES est une technologie qui consiste à stocker l’électricité excédentaire produite en heures creuses (par exemple par des éoliennes ou des panneaux photovoltaïques) pour l’utiliser pendant les heures de pointe ou en l’absence de production. L’électricité excédentaire est utilisée pour comprimer de l’air qui sera ensuite libéré pour faire tourner des turbines et produire de l’énergie aux heures de pointe.

Il existe trois générations de CAES :

  • dans la première génération, la chaleur de compression est complètement évacuée et du gaz est brûlé pour chauffer l’air comprimé à la sortie (l’air est réchauffé pour éviter qu’il ne sorte à - 100 °C et qu’il ne neige à 30 km autour du site !) ;
  • dans la deuxième génération, la chaleur d’une turbine est utilisée pour réchauffer l’air. Cela permet d’avoir une meilleure efficacité. Ces deux technologies existent aujourd’hui et sont développées en Allemagne et aux États-Unis ;
  • la troisième génération, dont il n’existe pas de site industriel à ce jour, est le stockage adiabatique dans lequel la chaleur de compression est stockée en même temps que l’air, ce qui permet d’avoir une installation neutre au niveau carbone et d’avoir des rendements bien meilleurs.

Il existe également deux échelles de CAES :

  • des installations de forte puissance de l’ordre de 100 MW installées sur les réseaux de transport, fonctionnant penant 4 à 10 heures ;
  • les micro-CAES de l’ordre de 1 MW installées sur les réseaux de distribution.

Quelques projets phares sont en développement aujourd’hui :

  • le projet ADELE en Allemagne qui vise à mettre en place un premier démonstrateur de CAES adiabatique d’ici à 2015 ;
  • trois projets américains : PG&E, NYSEGC et SustainX.


Source : GDF Suez

Il existe un autre projet phare coordonné par GDF Suez et soutenu par l’Agence nationale de la recherche (ANR) : le projet SEARCH. Il a pour objectif d'étudier un CAES adiabatique avec un stockage de chaleur sur média céramique enterré et des cavités creusées dans le granit (Line Rock Cavern - LRC). Il regroupe quatre partenaires : Saint Gobain, le CEA, Armines et l’ANR et se déroule sur la période 2009-2013 pour un budget de 4,8 millions d’euros.

Les grandes phases de la conception du CAES adiabatique consistent à :

      dans un premier temps, trouver les optimisations technico-économiques : il s’agit de faire varier les différents paramètres techniques et économiques pour rechercher des optimums, obtenir un excédent brut d’exploitation puis un taux de rentabilité interne. En multipliant les itérations, il est possible de déterminer un classement des solutions technologiques les plus adaptées et les plus rentables.
      La modélisation du réservoir de stockage thermique a été réalisée de la même façon (étude de diverses formes, orientations, matériaux). L’une des conclusions est que l’optimum est un cylindre orienté de façon verticale, avec en permanence la partie chaude en haut et la partie froide en bas ;


    Source : GDF Suez

      dans un second temps, chercher un optimum pour le creusement des cavités. De nombreuses modélisations ont été réalisées. On voit ci-dessous l’une d’entre elle, qui modélise un système avec deux LRC (en violet) et deux stockages de chaleur (bleu et vert) ;
      3. dans un troisième temps, déterminer la structure des parois du stockage de chaleur : il faut arriver à trouver un compromis entre l’isolation (température de l’ordre de 500 °C) et la résistance mécanique. Il faut également que ce soit étanche et durable sans maintenance (une fois que le réservoir est enterré à 100 mètres sous terre, il est difficile d’y intervenir).


Source : GDF Suez

Un travail a également été mené sur les médias de stockage thermique en céramique : deux types de médias ont été testés dans la voûte nucléaire du CEA. Les résultats de ces travaux ont confirmé les performances des matériaux et se sont avérés très instructifs concernant la forme et la disposition de ces médias.

Un démonstrateur est en cours de construction pour tester les parois dans des conditions aussi proches que possible du réel. Ces conditions combinent de la chaleur à 600 °C et de la pression en air humide, afin de mieux appréhender le comportement d’une enceinte de stockage de chaleur pour CAES. En effet, si le comportement de l’air sec et celui de la vapeur sont bien connus, le comportement de l’air humide n’avait pas de modèle au-delà de 473 K jusqu’à l’an dernier.


Source : GDF Suez

Aujourd’hui, l’objectif est d’élargir la gamme du stockage thermodynamique :

  • par la taille des CAES : les plus petits CAES ont des rendements presque aussi intéressants et de moins fortes contraintes liées à leur taille (stocker de la chaleur à 500 °C en milliers de mètres cubes devient problématique). Ces CAES plus petits sont des solutions efficaces, facilement implantables (sans trop de contraintes géographiques), avec une maturité technologique qui devrait être atteinte d’ici deux ans. Par ailleurs, ils peuvent se répartir sur le réseau de distribution avec une plus large gamme de services que les CAES de forte puissance ;
  • deux autres technologies de stockage thermodynamique : le stockage par liquéfaction d’air et le stockage d’électricité par un stockage combiné de chaleur et de froid avec transferts thermiques par cycle fermé d’argon. Cette dernière solution offre de très bons rendements et permet de s’affranchir des contraintes d’implantation (pas besoin de cavités, pressions beaucoup plus faibles).

Cependant, si les technologies de stockage thermodynamique ont bien évolué et si les démonstrateurs sont nombreux sur l’éventail des technologies, beaucoup de questions restent encore en suspens :

  • sur la validité du modèle économique. Cette question se pose avecune acuité particulière en France, pays qui combine de bons réseaux et une pénétration encore limitée des EnR;
  • sur la primauté du stockage thermodynamique par rapport à ses nombreux concurrents en matière de stockage (STEP et batteries Na-S, Li-Ion, méthanation) ou à des solutions alternatives (flexibilité des centrales classiques, demand side management, réseaux à courant continu à travers l’Europe) ;
  • enfin, sur le plan réglementaire, il faudra des règles précises permettant de disposer de nouvelles installations en sous-sol (le droit minier et droit du sous-sol sont actuellement adaptés au stockage souterrain de gaz et nécessiteront vraissemblalement quelques ajustements pour le CAES).

Plus généralement, le stockage fait face à la problématique de la rémunération financière. Aujourd’hui le stockeur n’a pas de statut particulier. Il paie les frais d’utilisation du réseau pour l’électricité soutirée et pour l’électricité réinjectée. Cette problématique devra être ajustée pour permettre le développement du stockage à grande échelle, dans l’intérêt commun des gestionnaires de réseaux et des des opérateurs énergétiques.

Le stockage d’électricité et de chaleur représente une piste prometteuse pour décarboner le mix énergétique et un enjeu industriel majeur pour les opérateurs énergétiques, les gestionnaires de réseaux et quelques acteurs industriels impliqués sur ces technologies émergentes. Afin d’inciter au développement du stockage, il est nécessaire de soutenir plus fortement les travaux de recherche voire peut-être de faire bénéficier le stockage d’un tarif d’accompagnement pour sécuriser les investissements nécessaires à la promotion de la filière, à la baisse des coûts et à l’intégration des systèmes.


Emmanuel Puchala
19 juin 2012





Emmanuel Puchala est Chef du programme Stockage d’énergie chez GDF Suez.



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