L ES BATTERIES COMME ELEMENTS DE STOCKAGE DE L ’ ENERGIE D ’ UN RESEAU 17 

L

’

’

Les sources d’énergie renouvelables, arrivant à maturité, permettent aujourd’hui d’envisager un changement de nos modes de production d’énergie en diversifiant les sources. Cependant, un stockage temporaire de l’énergie allant de quelques secondes à quelques heures doit être, dès à présent envisagé pour qu’à chaque instant la consommation globale de l’énergie d’un réseau puisse être satisfaite. Ainsi, associés à des moyens de stockage efficaces et à un réseau décentralisé mieux contrôlé et adapté, les systèmes de production d’énergie durable et notamment le photovoltaïque peuvent apporter une solution pertinente et permanente au défi énergétique actuel.

La figure 2.5 représente l’évolution de la production globale française d’énergie électrique pour la journée du 6 octobre 2010 (journée type de semaine) selon les données du Réseau de Transport de l’Energie (RTE) [19]. La part de la production électrique provenant des centrales conventionnelles de type thermiques est majoritaire en France. Typiquement ce jour-là, la part de l’énergie électrique provenant du charbon était de 5,8%, du gaz naturel de 4,2% et du nucléaire de 78,2%. La production d’énergie considérée d’appoint était alors de 0,3% pour le fioul, 1,7% pour l’éolien, 6,6% pour l’hydraulique et 3,4% pour les autres énergies. Il est également à signaler que la consommation globale d’électricité corrobore bien à la production globale à chaque instant.

Aujourd’hui, la principale production d’énergie d’appoint est d’origine hydraulique car c’est l’énergie la plus flexible et la plus contrôlable à chaque instant. Les fluctuations de la consommation au fil de la journée engendrent globalement un fort besoin de contrôle des flux énergétiques faisant appel à une ou plusieurs sources d’énergie mais devant exactement répondre à la demande. L’énergie hydraulique par

18

sa souplesse d’utilisation et parce qu’elle représente une possibilité de stockage est ainsi utilisée pour compenser les pics de consommation. La période où la consommation d’électricité est la plus faible étant située entre 2h et 6h du matin, le gestionnaire du réseau électrique indique un excédent de production d’électricité qui est soit revendu soit stocké (typiquement pour l’hydraulique, cela consiste à remonter l’eau dans les barrages). Il est à remarquer que la consommation électrique dans la journée est principalement liée à des activités industrielles alors que le pic de consommation apparaissant en soirée est principalement lié à la consommation des ménages.

Figure 2.5 : Fluctuation de la consommation d’énergie, de la production électrique de la journée du 6 octobre 2010 [19].

Par comparaison, la figure 2.6 représente une production électrique globale lors d’une journée de week-end. Le nucléaire devient fortement majoritaire (84%). Par comparaison, toutes les autres sources de production sont de 2,4% pour les

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 24:00 Puissance [MW] Temps [h] Production électrique globale

Production électrique pour la consommation française (Fioul, Charbon, Gaz, Nucléaire, Eolien, Hydraulique, Autres, Revendue)

Consommation électrique globale

Production électrique d'appoint (Fioul, Eolien, Hydraulique, Autres sources y compris le PV actuellement installé)

19

centrales à charbon ; 1,1% pour le gaz naturel ; 4,8% pour l’éolien ; 4% pour l’hydraulique et 3,7% pour les autres énergies. La production moyenne est globalement plus faible qu’une journée de semaine car il n’y a presque pas de consommation industrielle. Les pics de consommation, entre 11h à 14h puis de 19h à 22h, sont compensés par les énergies considérées d’appoint qui, ce jour-là étaient principalement d’origine éolienne liée aux conditions météorologiques sur la métropole.

Figure 2.6 : Fluctuation de la consommation d’énergie, de la production électrique de la journée du 3 octobre 2010 [19].

Aujourd’hui la puissance électrique photovoltaïque installée en France métropolitaine est d’environ 300MW [20], ce qui reste négligeable par rapport au besoin global. La file d’attente des installations non raccordées au réseau représente

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 0:00 4:00 8:00 12:00 16:00 20:00 24:00 Puissance [MW] Temps [h] Production électrique globale

Production électrique pour la consommation française (Fioul, Charbon, Gaz, Nucléaire, Eolien, Hydraulique, Autres, Revendue)

Consommation électrique globale

Production électrique d'appoint (Fioul, Eolien, Hydraulique, Autres sources y compris le PV actuellement installé)

20

aujourd’hui environ 3,2GWc montrant une forte croissance potentielle dans un futur proche. Face à la demande française, nous pouvons supposer que la puissance PV installée atteindra rapidement 10GWc. En supposant que les autres sources de production d’énergie durable (éolien, hydraulique) restent quasi identiques dans le même temps, la production globale d’énergie renouvelable face à la consommation peut être telle que indiquée en figure 2.7. Ainsi, dans de bonnes conditions météorologiques, la production photovoltaïque dans la journée permettrait de compenser le surplus de consommation industrielle. Par contre, pour le pic de consommation en soirée, à ce jour, seules les solutions traditionnelles de type hydraulique sont pertinentes car elles restent la solution à faible coût. Il serait judicieux de rechercher d’autres modes de compensation comme notamment du stockage temporaire de l’énergie excédentaire produite dans la journée. Ainsi, à l’heure du pic de consommation du soir les systèmes de stockage prendraient le relais pour pouvoir compenser le manque de puissance des centrales conventionnelles comme représenté dans la figure 2.7. Cette problématique est envisagée par plusieurs laboratoires internationaux rejoignant la thématique des réseaux intelligents d’énergie (Smart-Grid).

A l’échelle d’un quartier, les pics de consommation journaliers peuvent être différents et d’amplitude plus importante nécessitant des moyens de stockage temporaires localisés afin de stabiliser le réseau électrique. Pour cela, les moyens de stockage traditionnels doivent être revus et améliorés pour être disponibles à la demande et rechargés aux heures les plus appropriées, le tout sans mettre en danger leur durée de vie.

Grâce à ses propriétés en termes de rendement, de durée de vie, d’amplitude de profondeur de décharge et de faible effet mémoire, le stockage électrochimique à base de Lithium fait figure de candidat pertinent pour le stockage énergétique à grande échelle accompagnant un fort taux de pénétration des énergies renouvelables [21].

21

Figure 2.7 : Scénario de profil de production journalier d’énergie incluant une production PV de 10GWc.

Globalement le stockage de l’énergie constitue aujourd’hui un enjeu majeur dans l’amélioration de l’efficacité énergétique des systèmes à la fois sur le mode de stockage, la gestion et la durée de vie des modes de stockage, le temps de stockage et l’impact sur l’environnement. En matière de développement, les analyses prospectives montrent également que le stockage de l’énergie est un verrou technologique d’ordre stratégique nécessitant des ruptures technologiques si on souhaite insérer ce mode de fonctionnement au sein des réseaux [9].

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 24:00 Puissance [MW] Temps [h] Estimation de production électrique incluant les 10GWc de PV Consommation électrique globale

Production électrique des centrales conventionnelles (Charbon, Gaz, Nucléaire) Estimation de production électrique d'appoint incluant les 10GWc de PV

Production électrique d'appoint (Fioul, Eolien, Hydraulique, Autres sources y compris le PV actuellement installé)

Estimation de production photovoltaïque (10GWc)

Période de stockage de l’énergie électrique Période de restitution de l’énergie électrique

22