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Énergies renouvelables : quelles évolutions ?

Énergies renouvelables : quelles évolutions ?

À l'avenir, les centrales solaires et éoliennes devraient répondre à un pourcentage de plus en plus important des besoins en énergie, mais nos bâtiments devraient aussi contribuer à la production d'énergie dite verte. Maintenir un réseau d'alimentation stable lorsque le soleil ne brille pas ou lorsque le vent ne souffle pas requiert des solutions pour le stockage efficace de l'électricité écologique. Les pistes sont nombreuses.

La transition énergétique s'accompagne d'une des plus grandes réformes structurelles politiques de l'histoire. D'ici 2050, les sources d'énergies vertes devraient couvrir la majorité des besoins en énergie. Par conséquent, la production d'électricité par centrales solaires et éoliennes connait un fort développement. Dès que le vent souffle ou que le soleil brille, les fournisseurs peuvent proposer leur énergie renouvelable via le réseau d'alimentation à prix fixes.

Les bâtiments et parfois même des quartiers complets (dit éco quartiers) bénéficiant d'une préconisation de systèmes innovants, jouent un rôle important dans la production d'énergie excédentaire en vue de la transition énergétique. Cependant, il ne suffit pas aux pionniers des concepts de production d'énergie de se contenter de couvrir les besoins du bâtiment grâce à la production d'énergie autonome. À l'avenir, l'énergie excédentaire générée devrait être utilisée pour aider à alimenter d'autres bâtiments du quartier. Des recherches approfondies sont actuellement menées à bien dans le domaine des systèmes de stockage. En attendant, de nombreuses solutions ont été mises en place pour le stockage de l'eau chaude, de l'eau chaude latente et de l'énergie thermochimique.

Le passage progressif aux sources d'énergie vertes à grande échelle implique deux principaux défis technologiques. Outre l'expansion des "autoroutes énergétiques", la stabilité à long terme du réseau électrique doit aussi être garantie. Le cœur du problème réside dans le nouveau principe de génération d'électricité. Contrairement aux centrales au gaz et au charbon, les centrales électriques nouvelle génération n'alimentent pas le réseau à la demande, mais plutôt lorsque le fournisseur peut générer de l'électricité. À l'avenir, les concepts de stockage qui éviteront les interruptions d'alimentation seront donc des modules indispensables du système énergétique.

Stocker l'énergie sous forme d'électricité, cependant, n'est pas simple. Très peu de solutions ont résisté à l'épreuve du temps et de nombreuses approches sont encore en phase de développement. Ci-après sont décrites cinq méthodes prometteuses :

Un réseau de gaz naturel comme système de stockage

Les chercheurs dans le domaine de l'énergie misent sur un processus de transformation d'énergie en gaz. L'électricité excédentaire issue de l'énergie éolienne et des systèmes photovoltaïques est utilisée pour séparer les éléments constitutifs de l'eau, à savoir l'hydrogène et l'oxygène, par électrolyse. Dans le cadre d'un processus biologique au cours duquel du CO2 est ajouté, l'hydrogène est transformé en méthane. Ce dernier peut être utilisé comme carburant ou être stocké dans le réseau de stockage du gaz pour utilisation ultérieure, selon les besoins. Cependant, l'efficacité de ce système est en général encore inférieure à 40 %. Néanmoins, le potentiel de la transformation d'énergie en gaz est considérable : le gaz naturel renouvelable peut être utilisé pour le stockage à long terme de l'énergie et s'avère facilement accessible. Grâce à l'infrastructure de gaz naturel existante, un réservoir de stockage de plus de 200 TWh permet de garder l'énergie à disposition pendant des mois.

Stockage souterrain d'énergie sous forme d'air comprimé

Dans les centrales de stockage d'énergie sous forme d'air comprimé, l'électricité excédentaire est comprimée au moyen d'un compresseur électrique et stockée dans des silos enterrés connus sous le nom de « cavernes ». Lorsque les besoins en énergie augmentent au niveau du réseau d'alimentation, l'air peut être libéré pour entraîner une turbine, comme c'est le cas dans une centrale hydraulique. Un système d'essai et de démonstration de centrale de stockage d'énergie performante sous forme d'air comprimé est actuellement en construction à Stassfurt, en Allemagne. Les activités de recherche précédentes de l'Institut de thermodynamique technique du Centre allemand de recherche aérospatiale (DLR) ont ouvert la voie au projet Adele (stockage adiabatique d'énergie sous forme d'air comprimé pour l'alimentation en électricité). À présent, il reste à démontrer la faisabilité et, surtout, la viabilité économique du système.

Stockage sous-marin d'énergie sous forme d'air comprimé

La solution au problème de stockage pourrait aussi se trouver sous la mer. L'Université de Nottingham a mis au point des ballons géants en tissu synthétique fixés au plancher océanique au moyen de structures en acier. Ce système limite automatiquement les variations de pression constatées lors de la libération de l'air comprimé du fait de la pression de l'eau élevée exercée depuis l'extérieur. Le potentiel de stockage est considérable, même si les scientifiques concèdent, après la phase de recherches de quatre ans, que cette méthode n'est viable d'un point de vue commercial qu'en eaux extrêmement profondes. La popularité de la méthode de stockage énergétique sous-marin a néanmoins été démontrée par un projet canadien. En coopération avec E.ON, une entreprise canadienne a mis au point des « sacs d'énergie » pour le stockage sous-marin d'air comprimé, d'après les résultats des recherches de Nottingham.

Centrale hydraulique

La centrale hydraulique figure parmi les systèmes actuels les plus efficaces pour le stockage d'énergie. Aujourd'hui, elle est considérée comme la solution industrielle standard pour la production d'énergie verte étant donné que les centrales solaires et éoliennes ne seront disponibles qu'ultérieurement. La centrale utilise l'excédent d'électricité généré pour pomper de l'eau dans un réservoir situé plus haut. Dès que la demande en énergie augmente, l'opérateur permet à l'eau contenue dans le réservoir de circuler dans les tuyaux de descente en direction des turbines, ce qui produit à nouveau de l'électricité. Cette méthode est efficace à 60-80 %, selon le type de système.

En France métropolitaine, il y a environ 2 250 installations hydroélectriques, de tailles et de puissances très diverses, dont 436 sont exploitées par EDF.Cela représente une puissance installée de 25,4 GW (dont 20 pour EDF, hors Dom-Tom et Corse).*

* Source : site internet EDF

Des véhicules électriques comme unités de stockage d'énergie

Dans les décennies à venir, les véhicules électriques pourraient jouer un rôle central dans le stockage d'énergie mobile. L'électricité excédentaire serait alors stockée dans les batteries des véhicules électriques. Par ailleurs, les propriétaires pourraient également utiliser l'électricité contenue dans la batterie de leur véhicule pour alimenter le réseau en cas de coupure ou de pic de demande. Pour la mise en œuvre de ce concept, il serait nécessaire que l'utilisation des véhicules équipés de batterie se répande. De plus, la technologie de la batterie aurait également besoin d'être améliorée. Après quelques prototypes initiaux de maisons dotées d'une infrastructure de mobilité électrique dans des bâtiments neufs et rénovés de type maison individuelle et leur évaluation scientifique au cours des phases de surveillance, le concept séduit de plus en plus pour les bâtiments de plus grande taille.