PAS DE RENOUVELABLE SANS STOCKAGE

ANALYSE DES MARCHÉS FINANCIERS

Le stockage d’énergie joue un rôle central dans la décarbonisation de nos économies et dans notre capacité à pourvoir à nos 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 (cf. Graphique de la semaine).

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Quelles sont les technologies de stockage d’énergie ?

Il existe actuellement quatre types de stockage d'énergie à différents niveaux d’avancées technologiques : (1) mécanique, (2) chimique, (3) thermique et (4) électrochimique (cf. Fig. 2).

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Certaines de ces technologies, comme les batteries au lithium-ion, l'hydroélectricité par pompage et certaines options de stockage thermique, sont éprouvées et disponibles pour un déploiement commercial. D'autres nécessitent davan-tage de recherche et développement et pourraient ne pas être disponibles avant 2030 ou 2040.

L'énergie électrique peut être convertie en diverses formes d'énergie mécanique telles que l'énergie gravitationnelle et l'énergie cinétique. L'énergie électrique peut également être utilisée pour comprimer un gaz tel que l'air.

Certaines de ces formes d'énergie mécanique se prêtent au stockage d'énergie à grande échelle et de longue durée. Les systèmes de stockage d'énergie mécanique ont tendance à avoir une grande empreinte et ne sont donc pas adaptés aux installations de petite taille. L'hydroélectricité par pompage (HSP) stocke l'énergie dans l'énergie potentielle de l'eau pompée en amont. Les systèmes de stockage d'énergie à air comprimé (CAES) stockent de l'air sous pression dans des cavités souterraines ou des réservoirs de surface. Certains systèmes 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 probablement de la mesure dans laquelle l'hydrogène est utilisé dans l'économie. Ce qui dépendra à son tour 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 (TES) possède des attributs adaptés au stockage de longue durée, notamment la capacité de stocker efficacement la chaleur dans des matériaux.

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Pourquoi vont-elles de pair avec les énergies renouvelables ?

Les différentes technologies de stockage 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 les sources d’énergie renouvelables 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 des sources relativement 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 moins favorable. Les capacités de stockage d’énergie suivent l’expansion des capacités de production d’énergies renouvelables (cf. Fig. 3).

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De nombreuses entreprises, dans des secteurs très variés, investissent dans le stockage d’énergie. Tesla est l’un des meilleurs exemples en la matière, 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 ».

NextEra, fournisseur d’électricité d’origine renouvelable, investit également massivement dans le stockage d’énergie. NextEra Energy dispose d'une capacité de stockage d'énergie (>180MW) supérieure à celle de toute autre entreprise aux États-Unis.

Enfin certains leaders du marché forment des alliances. Ainsi, Samsung SDI a signé un protocole d'accord avec ABB, l'un des leaders mondiaux des technologies de l'énergie et de l'automatisation, pour le développement et la vente en commun de solutions ESS (Energy Storage System) pour micro-réseaux. L’objectif est de développer et vendre une solution ESS optimisée en utilisant la technologie des batteries lithium-ion de Samsung SDI et la technologie des composants électriques d'ABB, tels que PCS, EMS, etc.

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L’innovation permet de réduire les coûts et la dépendance aux matières premières

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.

Aujourd’hui 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 (cf. Fig. 4).

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Les batteries sodium-ion n'ont pas la même densité énergétique que les batteries lithium-ion et ne durent pas aussi longtemps à chaque charge. L'un des grands avantages des batteries sodium-ion par rapport aux batteries lithium-ion réside dans leur prix inférieur et leur impact environnemental moindre. Les batteries sodium-ion pourraient être une alternative viable au lithium-ion. Cependant, elles ne sont pas exemptes de problèmes et il est possible qu'elles ne remplacent pas immédiatement les batteries lithium-ion.

Les ingénieurs et les scientifiques continuent de chercher des alternatives au lithium. L'un des premiers éléments étudiés pour remplacer potentiellement le lithium a été le zinc. Le zinc est plus abondant dans le monde naturel, et il est également assez stable et peu coûteux. Cependant, il n'est pas aussi efficace que le lithium. Une autre alternative est la batterie à hydrogène, peu coûteuse et respectueuse de l'environnement. Toutefois, l'hydrogène est hautement inflammable et coûteux à stocker.

Les batteries lithium-ion continueront d'être l'option privilégiée pour de nombreuses applications, notamment les voitures électriques et le stockage sur réseau. Toutefois, il faudra s'attaquer à la rareté du lithium et aux dommages causés à l'environnement par son extraction.

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Le soutien politique se fait plus concret

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 (IRA) inclut USD 369 milliards d’aide pour la transition vers les énergies renouvelables. L'administration Biden a proposé des crédits d'impôts pour un large éventail de technologies de stockage, en plus des crédits d'impôts pour la transmission et diverses technologies de production propres, notamment l'éolien et le solaire.

En Europe, divers programmes ont été mis en place pour soutenir les investissements dans l’énergie renouvelable et le stockage d’énergie, notamment de longue durée (cf. Fig. 5). Les besoins de l'Union européenne en matière de stockage de l'énergie sont d'environ 200 GW d'ici à 2030.

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Le Conseil du stockage longue durée de l'énergie (LDES Council), lancé l'an dernier lors de la COP26, estime que, d'ici à 2040, la capacité de stockage longue durée de l'énergie doit être multipliée par 8 voire 15 par rapport à son niveau actuel - ce qui la porterait à 1,5-2,5 TW (85-140 TWh) - pour permettre la mise en place d'un système énergétique net zéro au meilleur coût. Les investissements dans ce secteur sont encore minimes, soit seulement USD 130 millions en 2018 et USD 910 millions en 2021. L’investissement nécessaire pour créer une telle quantité de stockage longue durée serait compris entre USD 1.5 et 3 mille milliards cumulés entre 2022 et 2040.

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Conclusion

Qu'il s'agisse d'une batterie Powerwall pour le stockage d'énergie à domicile ou d'un stockage d'énergie à l'échelle du réseau, les systèmes de stockage d'énergie joueront un rôle clé et apporteront une flexibilité vitale au système électrique. De plus en plus de pays et d'entreprises planifient et développent des projets de stockage de l'énergie, qui demeurent un élément essentiel pour permettre l'intégration des énergies renouvelables. Actuellement, la technologie la plus utilisée pour stocker l’énergie 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.

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RENDEMENT DES ACTIFS FINANCIERS