Micro-stations de transfert d’énergie par pompage: quand l’hydroélectricité optimise le solaire et l’éolien

A Berrien (Finistère), une carrière va être reconvertie en centrale photovoltaïque-éolien-stockage à l'horizon 2020: la production d’électricité des panneaux solaires et des éoliennes sera optimisée grâce au stockage d’énergie que permettra une centrale hydroélectrique pouvant pomper de l’eau en hauteur pour la conserver et la turbiner selon les besoins. But: créer une filière EnR+Micro-STEP, par exemple pour les friches industrielles.

L’intermittence est le problème numéro 1 des énergies renouvelables comme l’éolien et le solaire. Quand il n’y a pas de vent ou pas de soleil, il n’y a pas d’électricité et quand il y a du vent ou du soleil mais que l’on n’a pas besoin de l’électricité, la production est perdue. Or, une éolienne produit de l’électricité le jour certes, mais aussi la nuit, tandis que des panneaux photovoltaïques produisent plus d’énergie l’été, donc à des moments de plus faible utilisation... En clair, pour l’un comme pour l’autre, pics de production et pics de consommation ne coïncident pas forcément.

Coupler la production de photovoltaïque et/ou d’éolien avec une station hydraulique "réversible" (turbinage-pompage), permet entre autre de lisser la production d’électricité dans la journée

Pour limiter les pertes et ainsi optimiser les capacités de ces énergies renouvelables, le stockage est nécessaire. On pense le plus souvent aux batteries qui peuvent néanmoins utiliser des produits rares comme le vanadium et poser la question de leur recyclage. On peut également stocker l’énergie en fabriquant de l’hydrogène qu’il s’agira néanmoins de conserver et éventuellement de transporter. Quant aux technologies des “volants d’inertie” et des “smart grids”, elles ont du potentiel pour la gestion immédiate du flux énergétique. Pour un stockage plus ou moins long, une technologie exploite pour sa part l’air comprimé: le CAES, Compress Air Energy Storage.

Cependant, il existe une technique de stockage énergétique bien plus “low tech” et déjà “ancienne”: les stations de transfert d’énergie par pompage ou STEP. On en trouve en Chine, aux Etats-Unis, au Japon, en Italie... Le système se présente sous la forme d’une centrale hydroélectrique réversible (turbinage-pompage) qui adapte en fait la production d’électricité à la demande. S’il y a excédent sur le réseau, le surplus d’électricité va servir à pomper de l’eau d’un bassin aval vers un bassin amont situé plus en hauteur. S’il faut répondre à un pic de demande, alors on profite de l’écoulement gravitaire et on turbine. En France, on trouve une grosse centrale de ce type (1 800 MW de puissance), celle des retenues de Grand’Maison (retenue amont) et du Verney (retenue aval), dans l’Isère, et qui exploite notamment des surplus électriques d’origine nucléaire.

Dans notre cas, il va tout simplement s’agir, sur un modèle a priori bien plus réduit, de coupler la production de solaire et/ou d’éolien avec une station hydraulique comportant ce type de bassins aval et amont. Cette solution permet entre autre de lisser la production d’électricité dans la journée, en pompant de l’eau du bassin aval vers le bassin amont pendant les heures creuses et en turbinant cette eau au moment des pics de consommation, par exemple en soirée. Le stockage de l’énergie se fait donc sous forme de stockage d’eau et sa redistribution sous forme hydraulique.

Un projet de 6,7 millions d'euros sur 7 ans aidé par le Programme des investissements d'avenir à hauteur de 2,7 millions d'euros

Le problème des STEP est avant tout de trouver des endroits ad hoc... Avec leur dénivelé, les territoires montagneux sont par définition adaptés et c’est du reste dans de tels secteurs que cette technologie reste actuellement cantonnée. EDF étudie toutefois la possibilité de développer ces procédés avec des STEP marines sur certains littoraux à falaises (Guadeloupe, Réunion, Normandie...) tandis que GDF-Suez pense à des STEP souterraines.

Pour répondre au besoin de stabilité du réseau et au besoin de flexibilité que la montée en puissance d’énergies variables dans le mix énergétique implique, une option générale est en fait celle des micro-STEP. Démarré en avril 2014 pour une durée de 7 ans et piloté par le groupe UNITe, anciennement Hydrowatt, spécialiste de la micro hydroélectricité, le projet de micro-STEP de Berrien, dans le Finistère, a cet objectif. Couplant donc les énergies solaires photovoltaïques et éoliennes avec l’énergie hydraulique, ce projet de centrale “photovoltaïque-éolien-stockage” possède en plus la caractéristique de redonner une deuxième jeunesse à une ancienne carrière de kaolins en fin de vie.

Accompagné par l’Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie (ADEME) dans le cadre du programme Energies décarbonées des Investissements d’avenir, ce projet est réalisé en partenariat avec le groupe Imerys et le centre de recherche Armines. Il bénéficie d’une aide de 2,7 millions d’euros pour un budget total de 6,7 millions d’euros sur sept ans.

Un “outil de gestion prédictive” qui doit “maximiser la rentabilité du système” et optimiser la valorisation du stockage

Outre la reconversion du site, il s’agit à la fois pour l’ADEME de “démontrer la faisabilité du pompage par les énergies renouvelables”, d’”étudier les modes de valorisation possibles du stockage” et de prouver la “viabilité économique” de ce type d’installation “sans tarif d’achat”. Au préalable, la petite taille du projet constitue pour l’Agence "un avantage pour minimiser les impacts environnementaux et les délais”.

Devant en plus permettre de “renforcer le réseau dans une zone, la Bretagne, sous contrainte électrique (participation au Pacte énergétique breton)”, ce projet a, toujours selon l'ADEME, l’ambition de “développer une filière française proposant une solution EnR+Micro-STEP, participant au marché de capacité et offrant des services: soutien de tension, fourniture de réserve…”. Il doit ainsi être “reproductible sur d’autres friches industrielles, en particulier des carrières en reconversion, en France et à l’export”.

Devant se poursuivre jusqu’en 2021, le projet de Berrien comprend au départ une phase de recherche pour être en mesure de mettre en place un ensemble “photovoltaïque-éolien-stockage” optimal. Viendra ensuite “la réalisation du démonstrateur constitué de la micro-STEP (1,5 MW en turbinage), du parc photovoltaïque et de la ferme éolienne”. Ce démonstrateur permettra de tester un “outil de gestion prédictive” pendant la première année d’exploitation de l’installation, cet outil devant “maximiser la rentabilité du système” et optimiser la valorisation du stockage.

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