Les avantages de l’hydroélectricité pour le stockage de l’énergie à l’échelle du réseau

Dans le contexte actuel de recherche de solutions énergétiques durables, un nouveau rapport éclaire les avantages écologiques du stockage hydroélectrique à boucle fermée. Cette technologie, bien que méconnue du grand public, pourrait détenir une clé majeure pour réduire l’impact environnemental du stockage énergétique.

Le Laboratoire national d’énergie renouvelable (NREL) du Département américain de l’énergie (DOE) a récemment publié dans la revue « Environmental Science and Technology » une étude approfondie sur les différents modes de stockage d’énergie.

Le stockage hydroélectrique à boucle fermée, n’étant pas connecté à un plan d’eau extérieur, se distingue particulièrement. Il utilise l’eau circulant entre deux réservoirs pour générer et stocker de l’énergie. Cette méthode permettrait d’intégrer davantage d’énergies renouvelables sur le réseau électrique, tout en minimisant l’émission de gaz à effet de serre.

Le rapport, intitulé “Life Cycle Assessment of Closed-Loop Pumped Storage Hydropower in the United States”, a été rédigé par une équipe d’experts du NREL. Daniel Inman, l’un des auteurs, déclare : « Le stockage hydroélectrique à boucle fermée est montré comme le plus faible émetteur de gaz à effet de serre ».

Comparaison avec d’autres technologies

L’étude a comparé le stockage hydroélectrique à boucle fermée à quatre autres technologies : le stockage d’énergie par air comprimé (CAES), les batteries lithium-ion à grande échelle (LIBs), les batteries plomb-acide (PbAc) à grande échelle et les batteries à flux redox de vanadium (VRFBs).

Si toutes ces solutions présentent des avantages, le stockage hydroélectrique se distingue par son faible impact sur le réchauffement climatique. Les données recueillies suggèrent que l’hydroélectricité offre le GWP (Global Warming Potential) le plus bas par unité fonctionnelle.

« Toutes les technologies de stockage de l’énergie ne fournissent pas les mêmes services« , a déclaré Daniel Inman. Nous avons étudié le stockage d’énergie à air comprimé, qui permet de stocker l’énergie à l’échelle du réseau et fournit des services tels que l’inertie et la résilience du réseau. Mais l’hydroélectricité par pompage produit environ un quart des émissions de gaz à effet de serre par rapport à l’air comprimé ».

En examinant l’hydroélectricité par pompage, les chercheurs ont modélisé leurs résultats sur la base de 39 conceptions préliminaires provenant de 35 sites proposés dans la zone contiguë des États-Unis. L’installation hydroélectrique moyenne de pompage-turbinage en boucle fermée a été supposée avoir une capacité de stockage de 835 mégawatts et une moyenne estimée à 2 060 GWh d’énergie stockée livrée annuellement.

Le scénario de base supposait également que l’électricité serait entièrement produite à partir de technologies renouvelables.

Les chercheurs ont calculé le PRP attribué à 1 kWh d’électricité stockée livrée au point de connexion de la sous-station de réseau la plus proche. Ils ont estimé que le PRP de l’hydroélectricité de pompage allait de l’équivalent de 58 à 502 grammes de dioxyde de carbone par kWh.

En creusant plus profondément, l’étude révèle également que des décisions telles que le choix du site de construction peuvent influencer substantiellement l’empreinte carbone de l’installation. Par exemple, construire sur un site préalablement exploité plutôt que sur un site vierge peut réduire le GWP de 20%.

Focus sur le STEP

Le système de transfert d’énergie par pompage (STEP) est une méthode de stockage d’énergie utilisée dans le domaine de l’hydroélectricité. Il fonctionne sur un principe simple mais efficace, qui permet de gérer l’énergie en fonction de la demande. Voici comment cela fonctionne :

Stockage d’Énergie : Lorsque la demande d’énergie est faible, l’électricité excédentaire est utilisée pour pomper l’eau d’un réservoir inférieur vers un réservoir supérieur. Cette énergie est ainsi stockée sous forme d’énergie potentielle.

Libération d’Énergie : Lorsque la demande d’énergie est élevée, l’eau stockée dans le réservoir supérieur est relâchée. En tombant, l’eau active une turbine qui génère de l’électricité, transformant ainsi l’énergie potentielle en énergie cinétique.

Régulation de la Demande : Le STEP permet de réguler la fourniture d’électricité en fonction de la demande, en stockant l’énergie pendant les périodes de faible demande et en la libérant pendant les périodes de forte demande.

Durabilité et Écologie : Le système est renouvelable et peut être utilisé de manière répétée, ce qui en fait une option écologiquement viable.

Coût et Infrastructure : La mise en place d’un STEP nécessite des investissements importants en infrastructure et en maintenance. Cependant, il offre une flexibilité et une efficacité qui peuvent compenser ces coûts à long terme.

Explication fonctionnement en diagramme

En synthèse

Le stockage hydroélectrique à boucle fermée ou STEP offre un potentiel significatif pour réduire l’empreinte écologique du stockage d’énergie. Cette solution, bien qu’encore sous-estimée, pourrait être un élément clé pour atteindre une transition énergétique respectueuse de l’environnement.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que le stockage hydroélectrique à boucle fermée ?

Il s’agit d’un système qui utilise l’eau circulant entre deux réservoirs pour générer et stocker de l’énergie, sans être connecté à un plan d’eau extérieur.

Comment se compare-t-il à d’autres méthodes de stockage d’énergie ?

Selon l’étude du NREL, il présente le plus faible impact en termes d’émissions de gaz à effet de serre par rapport à d’autres technologies étudiées.

Quel est le principal avantage de cette technologie ?

Elle permet d’intégrer davantage d’énergies renouvelables sur le réseau électrique tout en minimisant l’émission de gaz à effet de serre.

Les autres technologies étudiées sont-elles sans valeur ?

Non, chaque technologie a ses avantages spécifiques. La différence réside dans leur impact sur le réchauffement climatique.

Peut-on influencer l’empreinte carbone de cette technologie ?

Oui, des décisions telles que le choix du site de construction peuvent avoir un impact significatif sur le GWP.

Un système de pompage hydroélectrique en boucle fermée repose sur un réservoir supérieur et un réservoir inférieur. Graphique de Al Hicks, NREL

Le document, intitulé « Life Cycle Assessment of Closed-Loop Pumped Storage Hydropower in the United States« , a été rédigé par Daniel Inman, Gregory Avery, Rebecca Hanes, Dylan Hettinger et Garvin Heath, qui travaillent tous au centre d’analyse stratégique de l’énergie (Strategic Energy Analysis Center) du NREL.