Quel avenir pour le stockage de l’énergie et les réseaux décentralisés ?

Le stock­age de l’én­ergie joue un rôle essen­tiel dans le ren­force­ment de la résilience des réseaux et dans le pas­sage aux sources d’én­ergie renou­ve­lables. Qu’il s’agisse de tech­nolo­gies établies comme les bat­ter­ies lithi­um-ion et sodi­um-soufre ou de solu­tions de pointe comme les bat­ter­ies redox vana­di­um, ces sys­tèmes sont indis­pens­ables pour sta­bilis­er les réseaux élec­triques, cap­tur­er l’én­ergie excé­den­taire et atténuer l’in­ter­mit­tence inhérente à la pro­duc­tion d’én­ergie renouvelable.

Lors de la COP29, les dirigeants mon­di­aux ont souligné l’ur­gence d’ac­croître la capac­ité de stock­age de l’én­ergie et de mod­erniser l’in­fra­struc­ture des réseaux afin de créer un sys­tème énergé­tique robuste et résis­tant au change­ment cli­ma­tique. Les ini­tia­tives visant à pro­mou­voir les réseaux décen­tral­isés, l’adop­tion de bat­ter­ies de flux et l’in­té­gra­tion de sys­tèmes de stock­age hybrides met­tent en évi­dence le poten­tiel de trans­for­ma­tion des tech­nolo­gies de stock­age de l’én­ergie pour façon­ner un avenir énergé­tique durable.

Le stock­age de l’én­ergie englobe divers­es tech­nolo­gies conçues pour cap­tur­er, con­serv­er et libér­er l’én­ergie en fonc­tion des besoins, ce qui per­met une plus grande flex­i­bil­ité et une plus grande fia­bil­ité dans la ges­tion des flux d’én­ergie¹. Le réseau élec­trique, défi­ni comme un réseau com­plet de sys­tèmes de pro­duc­tion, de trans­mis­sion et de dis­tri­b­u­tion, s’ap­puie sur ces solu­tions de stock­age pour main­tenir la sta­bil­ité et syn­chro­nis­er l’of­fre avec la demande en temps réel.

Le graphique ci-dessus illus­tre les instal­la­tions cumulées de stock­age d’én­ergie au niveau mon­di­al entre 2015 et 2030, mon­trant une ten­dance sig­ni­fica­tive à la hausse, qui est due à un sou­tien poli­tique fort et à des avancées tech­nologiques, en par­ti­c­uli­er dans des régions et des pays comme les États-Unis, la Chine et l’Eu­rope. Toute­fois, il est impor­tant de not­er que les don­nées sont basées sur les prévi­sions de 2021 et qu’elles pour­raient ne pas refléter entière­ment les évo­lu­tions ou les change­ments récents du marché.

Les méth­odes de stock­age de l’én­ergie com­pren­nent les sys­tèmes élec­trochim­iques tels que les bat­ter­ies lithi­um-ion et sodi­um-soufre, les sys­tèmes mécaniques comme le pom­page de l’eau et le stock­age de l’air com­primé, le stock­age élec­tro­mag­né­tique tel que le stock­age de l’én­ergie mag­né­tique supra­con­duc­trice et les super­con­den­sa­teurs, le stock­age ther­mique avec les sels fon­dus et les matéri­aux à change­ment de phase, ain­si que le stock­age de l’hy­drogène². Chaque approche joue un rôle dis­tinct dans l’amélio­ra­tion de l’ef­fi­cac­ité et de la résilience du réseau.

Eddie Rich, PDG de l’As­so­ci­a­tion inter­na­tionale de l’hy­droélec­tric­ité, déclare que « le manque de stock­age de l’én­ergie à long terme a été, jusqu’à présent, un enjeu ignoré de la crise énergé­tique actuelle. C’est la pre­mière fois que les dirigeants mon­di­aux recon­nais­sent la néces­sité d’un mélange d’én­er­gies renou­ve­lables, plutôt que d’un sim­ple vol­ume³. » La COP29, qui s’est tenue à Bak­ou, en Azer­baïd­jan, du 11 au 22 novem­bre 2024, met forte­ment l’ac­cent sur l’a­vance­ment de l’in­fra­struc­ture du réseau et du stock­age de l’én­ergie en tant qu’élé­ments essen­tiels de la tran­si­tion vers une énergie à faible teneur en car­bone. Lors de la COP29, le Glob­al Ener­gy Stor­age and Grids Pledge s’est fixé l’ob­jec­tif ambitieux d’at­tein­dre 1 500 GW d’i­ci 2030, soit six fois plus qu’en 2022, et de dévelop­per ou de mod­erniser plus de 80 mil­lions de kilo­mètres de réseaux élec­triques d’i­ci 2040⁴.

La réal­i­sa­tion d’émis­sions nettes zéro au niveau mon­di­al dépend de l’ex­pan­sion rapi­de du stock­age de l’én­ergie, une pri­or­ité soulignée par les dirigeants de la COP29 qui ont recon­nu son rôle essen­tiel dans l’a­vance­ment d’un avenir énergé­tique pro­pre. De nom­breuses nations et entre­pris­es se sont engagées à déploy­er des solu­tions de stock­age d’én­ergie de pointe. La Glob­al Renew­ables Alliance a notam­ment fixé un objec­tif ambitieux de 8 000 GW de stock­age de longue durée d’i­ci 2040, en pré­con­isant des investisse­ments dans des tech­nolo­gies telles que les bat­ter­ies de flux pour amélior­er la sta­bil­ité du réseau et soutenir l’in­té­gra­tion des éner­gies renou­ve­lables⁵.

Les réseaux décen­tral­isés utilisent des ressources énergé­tiques dis­tribuées (DER) telles que des pan­neaux solaires et des éoli­ennes, qui peu­vent fonc­tion­ner de manière indépen­dante et être reliées au réseau prin­ci­pal. Cette flex­i­bil­ité ren­force la résilience énergé­tique, en sou­tenant la pro­duc­tion locale d’élec­tric­ité et en réduisant la dépen­dance à l’é­gard de l’in­fra­struc­ture cen­trale⁷.

Le stock­age de l’én­ergie est essen­tiel pour gér­er la vari­abil­ité des sources renou­ve­lables telles que le solaire et l’éolien, ain­si que pour faire pro­gress­er la décen­tral­i­sa­tion du réseau, en stock­ant l’én­ergie excé­den­taire pen­dant les pics de pro­duc­tion et en garan­tis­sant un appro­vi­sion­nement con­stant pen­dant les péri­odes de baisse de la pro­duc­tion. En rem­plis­sant ces fonc­tions, il sta­bilise les réseaux élec­triques et facilite l’in­té­gra­tion trans­par­ente des éner­gies renou­ve­lables, ce qui per­met d’ac­célér­er leur adop­tion⁸.

Lors de la COP29, le Glob­al Ener­gy Stor­age and Grids Pledge s’est fixé pour objec­tif d’at­tein­dre une capac­ité de stock­age mon­di­ale de 1 500 GW d’i­ci à 2030, dont 1 200 GW de stock­age par bat­terie, afin de soutenir les sys­tèmes énergé­tiques décen­tral­isés⁹. En com­plé­ment de cet effort, le Green Ener­gy Zones and Cor­ri­dors Pledge vise à dévelop­per des zones d’én­ergie renou­ve­lable équipées de solu­tions de stock­age inté­grées, afin d’ac­célér­er encore la tran­si­tion vers l’én­ergie durable.

Les récentes per­cées dans le domaine du stock­age de l’én­ergie ont démon­tré leur rôle sig­ni­fi­catif dans le ren­force­ment de la résilience énergé­tique. La COP29 a men­tion­né de nom­breuses inno­va­tions en matière de solu­tions de stock­age de l’én­ergie, cha­cune avec des approches uniques pour soutenir l’in­té­gra­tion des éner­gies renouvelables.

#1 Solu­tions de stock­age d’én­ergie par grav­ité (Glob­al Ener­gy Stor­age Solu­tions Bat­tery AB, [GESS]) : Dévelop­pé par Ener­gy Vault, GESS utilise l’én­ergie renou­ve­lable excé­den­taire pour soulever des blocs lourds, qui sont abais­sés pour pro­duire de l’élec­tric­ité en cas de forte demande. Opéra­tionnel en Chine depuis mai 2024, le GESS est évo­lu­tif, adapt­able et peut s’in­té­gr­er dans des bâti­ments de grande taille, ce qui pour­rait réduire l’empreinte car­bone des villes¹⁰.

#2 Stock­age géother­mique géo­pres­suré : Qual­i­fiée de « bat­terie en terre » par Sage Geosys­tems, cette tech­nolo­gie stocke l’eau sous terre et utilise la pres­sion pour action­ner des tur­bines afin de pro­duire de l’élec­tric­ité. Durable et effi­cace, elle devrait être con­nec­tée au réseau d’i­ci la fin de l’an­née¹¹.

#3 Stock­age de CO₂ com­primé : La méth­ode d’En­er­gy Dome con­siste à com­primer le CO₂ en liq­uide pour le stock­er à haute den­sité énergé­tique, puis à l’u­tilis­er pour action­ner des tur­bines. Avec une instal­la­tion pilote en Sar­daigne et des déploiements à plus grande échelle prévus, cette approche min­imise l’im­pact sur l’en­vi­ron­nement¹².

#4 Bat­ter­ies à flux : Évo­lu­tives et pra­tiques, les bat­ter­ies à flux comme les bat­ter­ies redox vana­di­um stock­ent l’én­ergie dans des élec­trolytes liq­uides à l’in­térieur de réser­voirs externes, ce qui per­met d’aug­menter indépen­dam­ment les capac­ités de puis­sance et d’én­ergie. Durables, néces­si­tant peu d’en­tre­tien et sûres, elles s’alig­nent sur les objec­tifs de la COP29 en matière de stock­age de l’énergie.

#5 Réac­tions d’oxy­doré­duc­tion : Les bat­ter­ies redox vana­di­um stock­ent l’én­ergie grâce aux ions vana­di­um qui changent d’é­tat d’oxy­da­tion dans les élec­trolytes liq­uides. Pen­dant la charge, V³⁺ s’oxyde en V⁴⁺ du côté de l’anolyte, et V⁵⁺ se réduit en V²⁺ du côté du catholyte, s’in­ver­sant pen­dant la décharge pour libér­er de l’én­ergie¹³.

#6 Aperçu du marché : Le marché des bat­ter­ies redox vana­di­um, éval­ué à 394,7 mil­lions de dol­lars en 2023, devrait croître à un taux de crois­sance annuel com­posé de 19,7 % de 2024 à 2030, sous l’ef­fet de l’ex­pan­sion des éner­gies renou­ve­lables en Amérique du Nord, en Europe et en Asie-Paci­fique¹⁴.

Andreas Schieren­beck, PDG d’Hi­tachi Ener­gy, déclare que « l’ex­pan­sion et la mod­erni­sa­tion des réseaux élec­triques et le déploiement du stock­age de l’én­ergie, ain­si que d’autres tech­nolo­gies clés, sont désor­mais essen­tiels pour le sys­tème énergé­tique mon­di­al¹⁵ ». Les réseaux intel­li­gents sont des sys­tèmes énergé­tiques avancés conçus pour opti­miser la dis­tri­b­u­tion d’én­ergie et amélior­er la fia­bil­ité du réseau¹⁶. Le stock­age de l’én­ergie est une pierre angu­laire de ces sys­tèmes, car il per­met de cap­tur­er et de con­serv­er l’én­ergie excé­den­taire provenant de sources renou­ve­lables vari­ables telles que le vent et le soleil. Cette inté­gra­tion ren­force la sta­bil­ité du réseau, favorise une util­i­sa­tion effi­cace de l’én­ergie et équili­bre l’of­fre et la demande¹⁷.

En atténu­ant les fluc­tu­a­tions de la pro­duc­tion d’én­ergie renou­ve­lable et en garan­tis­sant une ali­men­ta­tion élec­trique régulière pen­dant les péri­odes de forte demande, le stock­age de l’én­ergie améliore con­sid­érable­ment la résilience du réseau. En out­re, il réduit la dépen­dance à l’é­gard du trans­port d’élec­tric­ité sur de longues dis­tances, min­imisant ain­si les pertes d’énergie.

Lors de la COP29, le rôle vital du stock­age de l’én­ergie dans l’ac­céléra­tion de l’in­té­gra­tion des éner­gies renou­ve­lables a été large­ment souligné. La Com­mis­sion européenne, dans le cadre de son Fonds pour l’in­no­va­tion, a accordé 4,8 mil­liards d’eu­ros de sub­ven­tions à 85 pro­jets pio­nniers d’én­ergie nette zéro¹⁸. Par­mi ceux-ci fig­ure un sys­tème de stock­age d’én­ergie hybride en France qui com­bine des bat­ter­ies lithi­um-ion et des bat­ter­ies redox vana­di­um, inté­grées à un parc solaire pho­to­voltaïque à grande échelle. Cette ini­tia­tive vise à ren­forcer la sta­bil­ité du réseau et à faire pro­gress­er les objec­tifs de décar­bon­i­sa­tion de l’UE.

Le stock­age de l’én­ergie est essen­tiel pour garan­tir la résilience de l’ap­pro­vi­sion­nement en élec­tric­ité, en par­ti­c­uli­er lors d’événe­ments météorologiques extrêmes ou de per­tur­ba­tions inat­ten­dues. En ten­ant compte de la vari­abil­ité inhérente aux sources d’én­ergie renou­ve­lables, ces sys­tèmes sta­bilisent le réseau, font pro­gress­er les objec­tifs de réduc­tion des émis­sions de car­bone et four­nissent un sou­tien essen­tiel pour éviter les pannes d’élec­tric­ité pro­longées en cas de crise.

Bien qu’abon­dantes, les sources d’én­ergie renou­ve­lables telles que le solaire et l’éolien posent des prob­lèmes de sta­bil­ité du réseau. Le stock­age de l’én­ergie atténue ces prob­lèmes en cap­turant l’én­ergie excé­den­taire générée pen­dant les journées ensoleil­lées ou ven­teuses et en la libérant pen­dant les péri­odes de faible pro­duc­tion, comme un ciel cou­vert ou sans vent. Cela per­met d’as­sur­er une ali­men­ta­tion élec­trique régulière et fiable sans com­pro­met­tre la fia­bil­ité du système.

En out­re, le stock­age de l’én­ergie con­stitue une dou­ble solu­tion aux défis cli­ma­tiques : il con­tribue à l’at­ténu­a­tion du cli­mat en facil­i­tant l’adop­tion des éner­gies renou­ve­lables et à l’adap­ta­tion en ren­forçant la résilience du réseau con­tre les per­tur­ba­tions induites par le cli­mat. Encour­ager les par­tic­i­pants à la COP29 à don­ner la pri­or­ité aux investisse­ments dans le stock­age de l’én­ergie pour­rait favoris­er une prise de con­science mon­di­ale, stim­uler des dis­cus­sions sig­ni­fica­tives et créer un précé­dent trans­for­ma­teur pour les futures poli­tiques énergétiques.

Depuis la COP28, des avancées sig­ni­fica­tives ont été réal­isées dans le domaine du stock­age de l’én­ergie, soulig­nant son rôle essen­tiel dans la tran­si­tion mon­di­ale vers les éner­gies renou­ve­lables et la résilience cli­ma­tique. Les per­cées réal­isées dans des tech­nolo­gies telles que le GESS chi­nois et les bat­ter­ies redox vana­di­um ont con­solidé le stock­age de l’én­ergie en tant que pierre angu­laire des solu­tions énergé­tiques futures. S’ap­puyant sur des engage­ments antérieurs, de nou­velles ini­tia­tives fix­ent des objec­tifs ambitieux pour faire pro­gress­er les tech­nolo­gies de stock­age, les inté­gr­er dans les zones d’én­ergie renou­ve­lable et pro­mou­voir les réseaux décen­tral­isés par­al­lèle­ment aux sys­tèmes de bat­ter­ies de nou­velle génération.

Les change­ments poli­tiques observés entre la COP28 et la COP29 sont tout aus­si trans­for­ma­teurs. L’ob­jec­tif ambitieux d’at­tein­dre 1 500 GW de capac­ité mon­di­ale de stock­age d’én­ergie d’i­ci 2030, asso­cié à des plans visant à mod­erniser 80 mil­lions de kilo­mètres de réseaux élec­triques d’i­ci 2040, reflète une con­fi­ance crois­sante et une déter­mi­na­tion col­lec­tive à réalis­er un avenir plus pro­pre et plus durable.

À l’avenir, l’in­té­gra­tion con­tin­ue du stock­age de l’én­ergie dans les sys­tèmes d’én­ergie renou­ve­lable sera pri­mor­diale pour par­venir à un développe­ment durable et résoudre la crise cli­ma­tique mon­di­ale. Le suc­cès ne se lim­ite pas à la rhé­torique, il exige une action col­lec­tive déci­sive. Un avenir pro­pre et résilient ne vien­dra pas à nous ; c’est quelque chose que nous devons active­ment con­stru­ire ensemble.