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Technologies de stockage : pour un avenir tourné vers l’énergie renouvelable
Des milliards sont investis dans des technologies de stockage qui sont essentielles pour accélérer le remplacement des combustibles fossiles par des énergies renouvelables.
Dans la plupart des régions du monde, les énergies renouvelables, comme l’éolien et le solaire, deviennent moins chères que les combustibles fossiles. Elles doivent toutefois pouvoir être stockées pour être une source d’énergie fiable et stable. En novembre 2020, le premier ministre britannique, Boris Johnson, s’est engagé à installer suffisamment d’éoliennes pour alimenter chaque foyer d’ici 2030. Néanmoins, cela nécessitera des solutions pour gérer l'approvisionnement intermittent en énergie.
C’est là que les batteries, des dispositifs de stockage de l’électricité sous forme d’énergie chimique, entrent en jeu. Les batteries au lithium-ion, utilisées dans les téléphones mobiles et les voitures électriques Tesla, représentent actuellement la principale technologie de stockage. Pour aider les réseaux électriques à gérer les pics d’offres d’énergie renouvelable, elles sont installées, de la Californie à l’Australie.
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Mais en parallèle des batteries au lithium-ion, des technologies de stockage moins onéreuses et de longue durée seront nécessaires pour remplacer entièrement les centrales thermiques à combustible fossile et permettre l’utilisation à 100% des énergies renouvelables. A l’heure actuelle, les centrales au gaz naturel comblent les lacunes en énergies renouvelables, dont la plupart ne sont pas encore rentables pour offrir des sources stables d’énergie. Les batteries peuvent être la technologie habilitante des énergies renouvelables et combler cette lacune.
Découvrez-en plus dans notre vidéo, en collaboration avec le Financial Times, ci-dessous
Tous les jours, les réseaux électriques doivent sans arrêt répondre à la demande. Or cette tâche se complique si l’on enlève les centrales à charbon ou à gaz qui assurent une alimentation fiable et constante en énergie.
Au premier trimestre 2020, les énergies renouvelables ont couvert 47% de l’électricité du Royaume-Uni, un record. Mais ce succès a créé un problème. Quelques semaines plus tard, la demande en énergie a chuté de 20% après le premier confinement national dû au coronavirus. La tâche de National Grid s’est encore compliquée lorsque la production d’électricité renouvelable a atteint environ 50% du total, car le réseau a besoin de l’aide de turbines dans les centrales à combustibles fossiles pour modérer la volatilité du système.
L’avantage des batteries au lithium-ion est qu’elles peuvent être placées n’importe où réseau et offrir de la puissance très rapidement. Capables de répondre à la milliseconde, elles offrent généralement jusqu’à quatre heures de stockage, ce qui aide les réseaux à gérer les arrêts brutaux de production d’électricité. Elles sont cependant moins rentables à long terme.
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Les fabricants de batteries mettent les bouchées doubles pour développer la prochaine innovation qui débloquera l’énergie renouvelable à grande échelle d’ici 2050 : technologies qui utilisent des matières premières abondantes, roches volcaniques, réservoirs pleins d’air liquide ou systèmes qui font descendre des poids dans des puits de mine abandonnés, ne sont que certaines des exemples.
L’an dernier, la batterie au lithium-ion la plus puissante au monde a été dévoilée près de San Diego. La puissance de la batterie Gateway de LS Power est largement supérieure à Hornsdale Power Reserve construit par Tesla en Australie, qui battait le record précédent. Et pourtant, Gateway sera bientôt dépassée par des projets encore plus colossaux en Californie.
Le lancement de Gateway a presque doublé les capacités stockage de la Californie. A pleine capacité, elle sera capable de se décharger à un rythme de 250 mégawatts (MW) pendant 1 heure, soit 100 MW de plus que Hornsdale après la réalisation de son expansion. Un mégawatt peut alimenter environ 750 foyers en Californie.
Selon la California Public Utilities Commission, les contrats conclus entre l’Etat et les trois grandes sociétés de services publics de Californie sont déjà supérieurs à l’objectif de 1325 MW de capacité de décharge que l’Etat s’est fixé d’ici 2020. C’est l’équivalent de la troisième centrale à gaz naturel de Californie, AES Redondo Beach, soit 4 à 5% lors des pics de demande.
Le projet Gateway pourra décharger ses 250 MW pendant juste une heure au début, mais la société a indiqué que LS Power étendra cette fenêtre à environ trois heures de capacité au cours de l’été prochain et à terme à quatre heures.
Mais les technologies alternatives peuvent faciliter un stockage plus sûr de grandes quantités d’énergie pendant de plus longues périodes, ce qui permettrait une meilleure intégration de l’éolien et du solaire. Pour ce faire, elles doivent être déployées rapidement afin de répondre à la demande et devenir compétitives.
En janvier 2020, la California Energy Commission, la principale agence de planification et de politique énergétique de l’Etat, a lancé un appel d’offres pour des solutions de stockage de l’énergie à long terme – en l’occurrence capables de fournir de l’énergie pendant plus de 10 heures, ou suffisamment d’énergie pour stocker la production éolienne et solaire d’une journée à utiliser pendant la nuit.
Invinity Energy Systems est l’une des sociétés qui ont remporté l’appel d’offres. Elle utilise de grandes batteries au vanadium, une matière première utilisée dans l’industrie de l’acier pour accroître la solidité du métal. Ces batteries à oxydoréduction, déployées pour la première fois par la NASA dans les années 1970, stockent l’énergie dans de grands réservoirs d’électrolytes à charges distinctes, ce qui permet d’augmenter la capacité plus facilement qu’avec les batteries classiques.
Dans le centre de Dalian, au nord-est de la Chine, Rongke Power construit la plus grosse batterie au vanadium. Avec une énergie de 800 mégawatts-heures (MWh), elle devrait faire trois fois la taille de la plus grosse batterie au lithium-ion au monde, installée en Californie. Elle est conçue pour épauler le réseau électrique de la province du Liaoning dans son intégration de l’éolien.
Reste que les cours du vanadium sont très volatils : ils avaient bondi à 127 USD/kg en novembre 2018 avant de s’effondrer à 25 USD/kg l’an dernier, ce qui aurait pu avoir un impact sur le coût de production.
D’autres cherchent des options de stockage qui n’intègrent pas de batteries et testent des solutions naturelles et physiques similaires à l’énergie hydroélectrique pompée. Ce système utilise de l’électricité pour pomper de l’eau vers un réservoir en hauteur, avant de la libérer, pour entraîner une turbine et fournir de l’électricité. Le réservoir d’eau permet de stocker de l’énergie. Mais ces systèmes sont dépendants de la topographie et leur potentiel est limité par la rareté croissante de l’eau à l’avenir.
En périphérie de la ville de Hambourg en Allemagne, Siemens Gamesa, le deuxième fabricant au monde d’éoliennes, utilise 1000 tonnes de roches volcaniques de Norvège pour stocker 130 MW d’énergie sous forme de chaleur. Environ 3000 foyers allemands, ou 750 voitures électriques, peuvent ainsi être suffisamment approvisionnés en énergie. L’électricité est d’abord utilisée pour chauffer des roches volcaniques à au moins 600 °C. L’énergie peut être stockée pendant une semaine, mais l’objectif est de la distribuer pendant la nuit.
Malgré leurs divers avantages, ces technologies auront du mal à battre l’échelle de fabrication des batteries au lithium-ion, alimentée par l’essor des investissements dans les voitures électriques ces dix dernières années.
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