Il existe, à l'état embryonnaire, d'autres alternatives au stockage de l'électricité en comprimant l'air ambiant :
- Les Compressed Air Energy Storage (CAES)
- Les Liquid Air Energy Storage (LAES)
Le but de ces 2 technologies est de stocker de l'énergie lors de surplus de production des EnR, par exemple, en comprimant de l'air ambiant en vue de la restituer à d'autres périodes quand il y a moins de production et/ou plus de consommation ce qui permet une meilleure régulation d'une manière générale. L'intérêt principal est dans la capacité de stockage à plus long terme, de l'ordre de jours ou de mois ; alors que les batteries BESS "travaillent" sur des délais plus courts : journée vers la soirée ou la nuit.
Pour rappel, les batteries BESS sont des batteries au lithium, on peut avoir des batteries de format allant de la petite "boite" (chez les particuliers) au "container".
Liquid Air Energy Storage (LAES) (source image : gasworld.com)
Les CAES
Technologie :
Le principe du CAES est de comprimer l'air ambiant (100 à 300 bars) et de stocker dans des formations géologiques souterraines pour être reconverti en électricité lorsque la demande l'exige. Généralement, le stockage est réalisé dans des cavernes salines, des anciennes mines ou aquifères. Il y a un niveau extrêmement faible d'autodécharge.
Quand il y a une demande électrique, on décomprime l'air en faisant tourner des turbines réchauffées qui génèrent à leur tour de l'électricité.
- CAES classique : L'air comprimé est stocké et pour être utilisé doit être réchauffé (généralement au gaz) avant d'actionner la turbine, le rendement est de 40 à 50%
- CAES adiabatique : Lors de la compression de l'air, la chaleur dégagée est récupérée pour la phase de décompression, le rendement peut aller jusqu'à 70%
- CAES isotherme : Température maintenue constante pendant les phases de compression et décompression, expérimental, le rendement serait de 95%
Avantages :
- Lissage de la production des EnR qui n'ont plus besoin d'écrêter leurs productions
- Capacité de stockage énorme, suivant la taille de la cavité: Plusieurs centaines de MW, à titre indicatif en Chine, la plus grande installation est de 4.2GWh
- Stockage possible à long terme
- Durée de vie du système supérieure à 40 ans
- Utilisation de cavités existantes
- Aucun risque d'utilisation
Inconvénients :
- Coût élevé de mise en place
- Avoir des cavités adaptées et résistantes à la pression et une présence de réseau électrique HTA/HTB pas trop éloignée
- Temps de réponse bon, mais plus important que pour les batteries BESS
- Faibles rendement (40 à 50%) pour l'instant par rapport aux batteries (95%), mais potentiellement 95%
Conclusion :
La technologie CAES est promise à un bel avenir pour le stockage à moyen/long terme, en effet cela pourrait résoudre le problème des énergies issues du photovoltaïque et de l'éolien en période estivale, moment où celles-ci sont surabondantes et qui en période hivernale sont insuffisantes en production. Cela aurait pour effet de réguler également la mise sur le marché d'électricité et d'avoir ainsi des prix "spot" plus stables et surtout non négatifs. Et en plus, cela permettrait de faire "ronronner" les centrales nucléaires toute l'année, les pics de production et les intermittences des EnR étant les principaux reproches faits. Malheureusement les coûts d'investissement et les rendements sont actuellement rédhibitoires.
Les LAES
Technologie :
Le principe est un peu différent des CAES, là on comprime l'air ambiant et la chaleur générée est transférée à travers un échangeur ; ensuite l'air est refroidi à -196°C ce qui le rend liquide. Cet air liquide est stocké dans des réservoirs. Comme pour les CAES il y a un niveau extrêmement faible d'autodécharge (proche de 0 sur du long terme). Pour restituer l'électricité, on chauffe l'air, qui en se dilatant fait tourner une turbine générant à son tour de l'électricité.
Avantages :
- Lissage de la production des EnR qui n'ont plus besoin d'écrêter leurs productions
- Capacité de stockage importante, suivant la taille des réservoirs
- Installation possible en milieu industriel ou urbain et/ou à proximité des champs solaires ou éoliens
- Stockage possible à long terme
- Durée de vie du système pour l'infrastructure, compter une trentaine d'années
- Utilisation du réseau HTA existant
- Aucun risque d'utilisation
- Totalement écologique car il n'y a jamais d'utilisation d'énergie fossile
Inconvénients :
- Coût élevé de mise en place
- Avoir un emplacement disponible
- Temps de réponse bon , mais plus important que pour des batteries BESS
- Faible rendement (75%) pour l'instant par rapport aux batteries (95%)
Conclusion :
On peut tirer la même conclusion que pour les LAES quant à leur efficacité, leur point fort est la possibilité de stockage à proximité des lieux de production et consommation, mais comme pour les CAES, les coûts d'investissement impactent fortement le ROI.
Conclusion CAES & LAES
Le point fort de ces technologies est le stockage d'une capacité importante à long terme ce qui permet de différer jusqu'à plusieurs mois la régénération d'électricité versus les batteries BESS qui sont prévues pour un stockage à très court terme (généralement intraday).
La durée de vie de ces installations est supérieure à 30 ans versus les batteries BESS qui ont une espérance maximale d'une quinzaine d'années.
Cerise sur le gâteau, l'impact écologique est quasiment nul, et ne requiert aucune utilisation de matières rares (vs les batteries BESS) et en plus, il n'y a aucun risque technologique.
Actuellement, les technologies CAES et LAES rencontrent un problème de coût d'investissement ce qui les pénalisent en terme de CAPEX ; par contre en terme d'OPEX, ces technologies tirent leur épingle du jeu.
L'autre point à améliorer est bien évidemment le rendement pour abaisser le coût du MWh régénéré.
En fin de compte, investir dans ces technologies nous permettrait d'avoir un panachage de batteries BESS au premier étage de la fusée, des LAES au second et enfin des CAES au troisième, et cela tout en ayant un impact écologique nul.
En France, nous avons la chance d'avoir un groupe leader mondial dans l'air comprimé : Air Liquide. Et investir à répétition créerait un effet de série qui abaisserait les coûts pour les LAES.
[A titre indicatif, on estime qu'un Small Modular Reactor (SMR : petit réacteur nucléaire implanté près des villes) coûtera environ 1MD€ en moyenne suivant la puissance de celui-ci qui se situera entre 10MWe et 300MWe et ces SMR nécessiteront également un raccordement HTB].
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