Épinard 🌳#57 - Epargner l'électricité

We've got the power !

Hello 🌳

Je vous ai déjà parlé des batteries dans une édition précédente. Et si vous avez lu cette newsletter, vous savez que ces dernières posent question quant à l’approvisionnement des ressources, leur impact environnemental et certains enjeux géopolitiques.

Aujourd’hui, je viens donc vous parler des autres technologies qui existent pour le stockage d’énergie longue durée.

Parce qu’avec la croissance des énergies renouvelables, il faut bien stocker cet excédent quelque part pour l’utiliser quand on en a besoin. Ça nous évitera de croiser les doigts pour avoir du soleil quand on aura envie de cuire une tarte aux pommes.
Oui je force le trait, c’est mon côté taquin 😉

Au programme du jour :

• Le défi de l’intermittence des énergies renouvelables.

• Le stockage longue durée : qu’est-ce que c’est ?

• 6 technologies de stockage d’énergie passées en revue

On y va !
Gaël

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Jour, nuit, jour, nuit, jour… le défi électrique.

Avoir une coupure de courant, ça peut arriver.

Mais si un jour la demande en électricité est trop forte par rapport à l’énergie que le réseau peut fournir… là ça coince. On va direct au black out.

D’ailleurs, nos besoins en électricité augmentent.

Mais la part d’énergie renouvelable aussi.

À l’horizon 2035, la RTE, le gestionnaire du réseau de transport d’électricité en France estime que l’éolien, les énergies marines et le photovoltaïque produiront de 35 à 55 % de la demande d’électricité française.

C’est cool ! Sauf que cette électricité n’est pas toujours en phase avec nos besoins. Elle est parfois produite en excédant, et parfois il n’y en a pas assez. Merci la météo et les saisons.

La réduction de notre consommation et la sobriété ne feront pas tout pour pallier à ce problème.

Une solution : stocker l’énergie pour la redistribuer au bon moment.

Dernière semaine de 2024, pas de vent, presque pas de soleil. Sans stockage ou moyen de production pilotable, on aurait passé le réveillon dans le noir. Source : eCO2Mix RTE

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Et pour rendre le truc encore plus sympathique : l’électricité ne se stocke pas en tant que telle. Il faut la transformer sous une autre forme d’énergie pour la stocker, puis la reconvertir en électricité pour l’utiliser.

C’est le principe de fonctionnement des batteries.

Les enjeux d’un stockage de longue durée sont donc multiples :

• Faire face à l’augmentation des énergies renouvelables.

• Équilibrer l’électricité entre la production et la consommation.

• Réguler la fréquence des réseaux pour faire face à des déficiences ponctuelles.

Selon l’Agence Internationale de l’Énergie (AIE), les capacités mondiales de stockage doivent être multipliées par 6 entre 2023 et 2030.

Le stockage longue durée : un enjeu sous haute tension

Aujourd’hui, on utilise principalement deux technologies pour stocker de l’énergie :

• Les batteries chimiques. Les piles quoi…

• Le stockage hydraulique (je vous en reparle juste après, mais j’ai également fait une édition sur les barrages).

La première technologie est un moyen universel de stocker de l’énergie.

Les batteries se trouvent partout autour de nous, ont une bonne densité de stockage et une grande réactivité. Mais elles nécessitent des terres rares, coûtent parfois très chères et nous rendent dépendants de pays qui virent dans les extrêmes.

Heureusement, il existe d’autres types de stockage et l’hydraulique n’est pas le seul.

On retrouve :

• Le stockage de l’énergie mécanique.

• Le stockage d’énergie par air comprimé.

• Le stockage de l’énergie thermique.

(Je vais surtout vous parler des trois premiers).

Nombreuses de ces technologies sont encore à leurs débuts et on n’a pas encore toutes les informations sur des éléments précis comme l’impact environnemental.

De manière globale, le stockage d’énergie de longue durée (LDES) doit présenter 5 avantages :

1. Un coût marginal faible pour stocker des grandes quantités d’énergie électrique.

2. Un découplage de l’énergie et de la puissance.

3. Une évolutivité, une modularisation, moins d’exigences en matière d’emplacement des usines et des stations, mais aussi une sécurité renforcée.

4. Un faible coût économique, une indépendance vis à vis des ressources rares.

5. Une période de construction courte par rapport à la modernisation et extension des réseaux de transmission et de distribution de l’électricité.

Ouai, rien que ça.

Qu’importe la technologie, en 2040, la capacité mondiale installée de LDES devrait atteindre 1,5 à 2,5 TW. Cela représente 8 à 15 fois la capacité totale de stockage d’énergie installée actuellement.

Ok, mais avec quelles technologies ? Et puis surtout, comment est-ce qu’elles fonctionnent ?

1 - Le stockage de l’énergie mécanique

C’est sans doute la technologie la plus avancée sur le marché.

Elle est assez simple : on stocke de l'énergie avec la gravité et/ou le mouvement.

Le stockage d’énergie par pompage-turbine

L’hydraulique et les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP) représentent 95 % de la capacité totale de stockage d’énergie dans le monde.

Il s’agit tout simplement d’utiliser la gravité et la force de l’eau pour produire de l’électricité.

Comment ?

L’eau est contenue dans une réserve d’eau à une altitude plus élevée que celle dans laquelle elle est relâchée lorsqu’il y a besoin d’électricité. Sur sa descente, elle fait tourner des turbines qui génèrent de l’énergie.

Cette technologie est principalement utilisée pour lisser les besoins électriques lors des pics de consommation.

Ses avantages :

• Son rendement énergétique varie entre 70 % et 85 %. En France, 5,5 GW sont produites comme ça.

• Elle est utilisée dans des régions montagneuses où ça s’y prête naturellement.

• La maintenance est faible et le marché mature.

Ses limites :

• Difficile de construire de nouvelles stations car très peu de sites sont disponibles.

• Ce sont des infrastructures coûteuses à mettre en place.

Le stockage avec blocs de béton ou tours à gravité

Cette technologie déplace des masses très lourdes pour créer de l’énergie et ensuite la stocker.

La quantité d’énergie stockée dépend de trois facteurs principaux :

• La masse de l’objet : plus elle est lourde et plus il y a d’énergie.

• La hauteur : plus la hauteur est grande et plus il y a d’énergie.

• La gravité. Tout simplement.

Concrètement, cela veut dire que l’on soulève des blocs de béton (ou une autre masse lourde) lorsqu’il y a un surplus dans la production d’électricité et on les abaisse dès qu’il y a un creux et une demande.

Oui, ça a l’air archaïque dit comme ça, mais c’est une technologie qui revient quelque peu.

Exemple avec Energy Vault qui vient de construire sa première “batterie en béton” en Chine, opérationnelle depuis mai 2024.

C’est un énorme bâtiment où se trouvent des centaines de blocs de béton de 24t chacun. Lors de la phase de “destockage”, les blocs se déplacent à une vitesse de 2m/seconde et génèrent près d’1 megawattheure.

Ce système a l’avantage d’être indépendant vis à vis du relief contrairement aux STEP.

Mais ses limites sont nombreuses :

• Un impact environnemental notable avec l’utilisation de béton.

• L’utilisation de beaucoup de place pour faire monter et descendre ces blocs de béton.

• Une usure mécanique rapide.

Les volants d’inertie

La troisième technologie de stockage mécanique, aussi appelée Flywheel Energy Storage (FES), fait tourner un cylindre à haute vitesse dans une enceinte sous vide pour créer de l’électricité.

L’énergie stockée dans la rotation du volant est transformée dès que ce dernier se met en mouvement. C’est une technologie utilisée à petite échelle et qui est très réactive, mais elle a aussi peu de rendement.

Son avantage majeur ?

• Une réponse réactive avec une charge très rapide. C’est une technologie qui répond immédiatement à un besoin d’équilibrage.

Ses limites ?

• Un stockage de très courte durée, de quelques secondes à quelques minutes :

  • 85 à 90 % d’efficacité au démarrage

  • 78 % après 5h

  • 45% après une journée

2 - Le stockage à air comprimé (CAES)

Cette technologie est similaire au stockage par pompage-turbinage sauf qu’au lieu d’utiliser de l’eau pour faire tourner des turbines et créer de l’électricité, on utilise de l’air.

Merci Sherlock.

Ce dernier est comprimé et stocké dans des cavités souterraines (étanches) avant d’être libéré pour alimenter un générateur dès qu’il y a un creux de consommation électrique.

Dit comme ça, c’est intéressant, surtout quand on sait que cette technologie permet de stabiliser le réseau pendant plusieurs heures d’affilée.

Sauf que :

• Peu d’endroits se prêtent à ce genre de stockage.

• Le rendement énergétique est faible (entre 30 et 40%) à cause des pertes thermiques.

• Pour certains modèles classiques, il faut réchauffer l’air pour avoir un meilleur rendement. Sauf que cela se fait surtout avec de l’énergie fossile.

3 - Le stockage Power-to-Gas

Ici on transforme l’électricité en hydrogène ou en méthane pour la stocker.

Comment ?

Grâce à la technique de l’électrolyse, déjà mentionnée dans l’édition sur l’hydrogène. On vient tout simplement séparer l’eau (H2O) en dihydrogène (H2) et dioxygène (O2) grâce à un courant électrique.

Ensuite, cet hydrogène peut être :

• Stocké directement.

• Converti en méthane via une rédaction avec du CO2.

Cette technologie a un potentiel de production de 3 GW et 180 kt d’hydrogène, ce qui représente environ 20% de la demande actuelle en France.

Sauf que ce n’est pas tout rose :

• Le rendement énergétique est faible, entre 25 et 40 % seulement.

• L’énergie utilisée pour l’électrolyse joue un grand rôle dans l’impact carbone car ce sont souvent des énergies fossiles qui sont utilisées. D’où l’intérêt de coupler ça avec des énergies renouvelables.

• Il est difficile de stocker du gaz. Mais on a quelques experts en France, coucou Air Liquide.

4 - Le stockage thermique

Cette technologie stocke de la chaleur pour la redistribuer sous forme d’électricité.

C’est une technologie très utilisée pour le chauffage urbain et l’industrie.

D’ailleurs, c’est ce principe que l’on retrouve dans votre chauffe-eau.

Il existe deux types de stockages thermiques (c’est le moment de sortir la blouse de chimie) :

• Le stockage sensible qui accumule de l’énergie en augmentant la température d’un matériau sans changer son état.

• Le stockage latent qui utilise la chaleur de changement d’état (fusion/solidification) et utilise donc une densité énergétique plus élevée que la première option.

Le premier a l’avantage d’être simple et peu coûteux avec un bon rendement énergétique allant de 70 à 80%, mais il nécessite beaucoup de place.

Le deuxième est risqué et parfois très coûteux. C’est pour cette raison qu’il est peu développé.

De manière générale, le stockage thermique est intéressant pour pallier aux pics de consommation électrique.

Et en fonction des technologies, il permet de stocker l’énergie de quelques heures à plusieurs mois.

Et la facture ? 🧂

Si je n’ai pas parlé des coûts de chaque technologie jusqu’ici, c’est parce qu’il peut être difficile d’avoir une comparaison qui se fasse sur un pied d’égalité, chose que réussit le LCOS.
Levelized Cost Of Storage, ou le coût “standardisé” de stockage pour les non-anglophones.

Source : PNNL - Les technologies électrochimiques ne figurent pas sur ce graphique pour améliorer la lisibilité.

Pour te permettre de comparer, le tarif réglementé d’EDF (ce que tu paies) est aujourd’hui à ~0,20€/kWh. Le prix de vente de l’énergie solaire à EDF est ~0,10€/kWh.

Ici le coût de stockage est évalué selon la durée du stockage.
Les solutions les moins chères sont le stockage hyrdo (PSH) et le stockage par air comprimé (CAES). Ces deux solutions s’appuyant principalement sur ce que dame nature a bien voulu nous fournir, des montages et des grottes.

Pour le reste, deux scénarios sont possibles :

• Les technologies progressent et leur LCOS diminuent.

• Les tarifs d’électricité augmenteront pour absorber le coût du stockage.

Comment investir ?

Ici pas de miracle, les opportunités sont assez limités. Le peu d’entreprises qui travaillent sur ces sujets sont rarement côtés en Bourse.
Il faudra donc épier d’éventuelles levées de fonds sur les plateformes participatives ou miser sur des fonds spécialisés.

Parmi les fonds spécialisés, on en retrouvera de deux types :

• Les fonds dits “Infra” qui financent les construction d’infrastructure. Ils sont souvent mutli-énergie (solaire, éolien, biogaz etc) et incluent parfois quelques projets de stockage. Le plus souvent, il s’agit de stockage par batteries électrochimique.

• Les fonds de private equity (ou financement privé en bon français) qui eux investissent au capital des sociétés développant ces nouvelles technologies. Ils sont peu nombreux et les tickets d’entrée sont élevés (100k€ minimum).

Conclusion

S’il y a une chose à garder en tête quand vient l’impact environnemental de ces technologies, c’est de veiller à ce que les bénéfices environnementaux des énergies renouvelables ne soient pas annulés par l’impact environnemental des moyens de stockages. Oui, c’est toi qu’on regarde la batterie chimique 🧐

Il n’existe donc pas forcément une solution idéale, mais des solutions pertinentes en fonction des cas d’usage et des besoins.

Combiner différentes technologies semble être l’option la plus intéressante pour répondre aux besoins de stockage des prochaines années.

C’est la fin de cette édition, un peu plus longue que les autres, mais il y avait beaucoup de choses à dire sur ce sujet.

Preneur de ton retour, juste en dessous :

On se retrouve dans deux semaines pour une nouvelle édition.

PS 1 : Si tu souhaites être accompagné(e) dans tes investissements, réserve une consultation ici

PS 2 : Toutes les éditions précédentes sont dispos ici.

👋
Gaël 🌳

⚠️ Et pour finir : Je voudrais te rappeler qu’ici tu ne trouveras pas de conseils d'investissement ni de recommandations personnalisées. Ces informations sont impersonnelles, uniquement à but informatif et pédagogique et ne sont pas adaptées aux besoins d'investissement d'une personne spécifique.Tu dois aussi garder en tête qu’investir dans des actifs cotés ou non cotés comporte un risque de perte partielle ou totale des montants investis ainsi qu'un risque d'illiquidité.Et enfin, le traitement fiscal d’un investissement dépend de la situation individuelle de chacun. Souviens-toi que les performances passées ne préjugent pas des performances futures.