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Le stockage d’énergie joue un rôle central dans la décarbonisation de nos économies et besoins énergétiques futurs.
La production d'énergies éolienne et solaire, qui n’émettent pas de dioxyde de carbone, ont vu leurs coûts diminuer considérablement. Déployées à grande échelle dans le monde entier, ces énergies sont susceptibles de fournir une grande part de la production globale d’énergie. Le stockage de l'électricité peut jouer un rôle essentiel dans l'équilibre entre l'offre et la demande d'électricité et peut aider à rendre les systèmes d’énergie décarbonés, fiables et rentables.
Il existe actuellement quatre types de stockage d'énergie à différents niveaux d’avancées technologiques: mécanique, chimique, thermique et électrochimique.
- Certaines formes d'énergie mécanique se prêtent au stockage d'énergie à grande échelle et de longue durée. Ces systèmes ont tendance à avoir une grande empreinte et ne sont donc pas adaptés aux installations de petite taille. L'hydroélectricité utilise l'énergie potentielle de l'eau pompée en amont. Les systèmes d'énergie à air comprimé stockent de l'air sous pression dans des cavités souterraines ou des réservoirs de surface. Certains stockent également la chaleur générée par la compression de l'air comprimé.
- Le rôle de l'hydrogène en tant que forme de stockage d'énergie chimique pour le secteur de l'électricité dépendra des coûts futurs de production, de transport et de stockage de l'hydrogène, ainsi que du rythme de l'innovation dans son utilisation finale.
- Parmi les options de stockage d’énergie électro-chimique, le développement des batteries de véhicules électriques a considérablement amélioré les possibilités de stockage de l'électricité à court terme. Les technologies de stockage de longue durée (>12 heures) n’ont pas suscité le même engouement. Cependant, ces technologies deviennent plus attrayantes dès lors que des exigences de décarbonisation sont instaurées par les gouvernements ou que la dépendance aux énergies renouvelables augmente.
- Le stockage de l'énergie thermique possède des attributs adaptés au stockage de longue durée, notamment la capacité de stocker efficacement la chaleur dans des matériaux.
Ces différentes technologies ont toutes pour fonction principale de rendre au réseau électrique l'énergie renouvelable générée pendant les périodes où elle est abondante, à des moments où sa production est rare et où les prix sont relativement élevés. Les énergies renouvelables variables (ERV) ou intermittentes (IRES) ne sont pas distribuables de façon fiable en raison de leur nature fluctuante (ex: énergies éolienne et solaire) par opposition aux sources d’énergie renouvelables contrôlables (ex: hydroélectricité de barrage ou biomasse) ou constantes (ex: géothermie).
Les options pour absorber de grandes parts d'énergie variable dans le réseau comprennent l'utilisation du stockage, l'amélioration de l'interconnexion entre les différentes sources variables pour lisser l'approvisionnement, l'utilisation de sources d'énergie distribuables et la surcapacité, de sorte qu'une énergie suffisante soit produite même lorsque le temps est défavorable. Les capacités de stockage d’énergie suivent l’expansion des capacités de production d’énergies renouvelables.
De nombreuses entreprises, dans des secteurs très variés, investissent dans le stockage d’énergie. Tesla est l’un des meilleurs exemples, puisque la société commercialise des solutions de stockage d’énergie pour des projets d’ampleur comme les centrales électriques avec le «Megapack» ou des solutions pour les particuliers avec le «PowerWall». Certains leaders forment des alliances. Ainsi, Samsung a signé un protocole d'accord avec ABB, pour le développement et la vente en commun de solutions ESS (Energy Storage System) pour micro-réseaux. Celle-ci utilisera la technologie des batteries lithium-ion de Samsung et les composants électriques d'ABB.
Parmi les solutions de stockage d’énergie, les batteries pour véhicules électriques bénéficient d’innovations permanentes. En effet, les constructeurs automobiles sont conscients que la course aux parts de marché passe par la réduction du prix des batteries. Les batteries lithium-ion dominent ce marché mais des technologies concurrentes font leur apparition et pourraient réduire la dépendance au lithium, dont le cours s’est envolé. Les batteries sodium-ion pourraient aider à réduire le prix des batteries de manière significative. Elles n'ont pas la même densité énergétique et ne durent pas aussi longtemps à chaque charge mais leur prix est inférieur et leur impact environnemental moindre. Les batteries lithium-ion continueront d'être l'option privilégiée pour de nombreuses applications. Toutefois, il faudra s'attaquer à la rareté du lithium et aux dommages causés à l'environnement par son extraction.
Aux Etats-Unis, le président Biden s’est engagé à accélérer la transition énergétique vers les énergies renouvelables avec comme objectif que celles-ci représentent 80% de l’énergie produite en 2030. La loi votée fin 2022 sur la réduction de l’inflation inclut 369 milliards de dollars d’aide pour la transition vers les énergies renouvelables. En Europe, divers programmes ont été mis en place pour soutenir les investissements dans l’énergie renouvelable et le stockage, notamment de longue durée. Le Conseil du stockage longue durée de l'énergie (LDES Council), lancé lors de la COP26, estime que, d'ici à 2040, la capacité de stockage longue durée doit être multipliée par 8 voire 15 par rapport à son niveau actuel pour permettre la mise en place d'un système énergétique net zéro. L’investissement nécessaire serait compris entre 1,5 et 3 mille milliards de dollars.
De plus en plus de pays et d'entreprises planifient et développent des projets de stockage, qui demeurent un élément essentiel pour permettre l'intégration des énergies renouvelables. Actuellement, la technologie la plus utilisée est d’origine hydraulique mais celle-ci présente de nombreux inconvénients. Les technologies futures se doivent d’être simples, fiables, efficientes et adaptables à grande échelle sans limitation géographique et tout en respectant l’environnement.