etude projet elect

8/13/2019 Etude Projet Elect

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tude technico-conomiquedu stockage de llectricit

Avec la contribution deBertille CARRETT, Grgory JARRY et Antoine DEREUDDRE

des services de la Commission de rgulation de lnergie (CRE)

HARRICHE Farah

SOULETIS Romain

17/03/2013


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Table des matires

Introduction ........................................................................................................................................... 1

Etude des services apports par le stockage au systme franais.......................................................... 2

Prambule ......................................................................................................................................... 2I. Le lissage de la courbe de charge .............................................................................................. 2

1. Caractristiques de la courbe de charge............................................................................... 2

2. Les grandes problmatiques actuelles lies la pointe ........................................................ 4

a. Volatilit des prix de llectricit sur les marchs de gros............................................ 4

b. Dimensionnement des installations et capacits de production .................................. 4

c. Cot lev de la production de pointe .......................................................................... 4

d. Fortes missions de CO2en priode de pointe ............................................................. 5

3. Les services apports par le stockage ................................................................................... 6a. Pour les producteurs : arbitrage sur les marchs de lnergie...................................... 6

b. Pour les producteurs : optimisation du dimensionnement de leurs installations ......... 6

c. Pour les producteurs : anticipation des futures obligations de capacits ..................... 7

d. Pour les producteurs : optimisation des cots de production en priode de pointe .... 7

e. Pour les gestionnaires de rseau : scurisation des prvisions dquilibredoffre / demande en optimisant les capacits de transport............................................. 7

f. Pour les territoires : diminution des missions de CO2 et prise de distance avec lesnergies fossiles ................................................................................................................. 8

g. Pour les producteurs : anticipation des risques conomiques moyen et long terme(augmentation du prix des nergies fossiles et du CO2) ..................................................... 8

h. Pour les consommateurs : mise en place dun optimum conomique leurconsommation dlectricit............................................................................................... 8

i. Pour les consommateurs : gnration de revenus deffacement grce aux dispositifsactuels et anticipation de la mise en place du march de capacit ................................... 8

II. Le secours .................................................................................................................................. 9

1. La sret du rseau lectrique franais ................................................................................ 9

a. Dfinition ...................................................................................................................... 9

b. Les causes possibles de dfaillance ............................................................................... 9

2. Le stockage comme solution de secours .............................................................................. 9

III. Qualit de lalimentation.......................................................................................................... 10

1. La qualit du rseau aujourdhui........................................................................................ 10

a. Comment dfinir la qualit de llectricit? ............................................................... 10

b. La qualit de llectricit en France............................................................................ 11

2. Les voies damlioration grce au stockage....................................................................... 11

a. Pour les consommateurs ............................................................................................ 11

b. Pour les gestionnaires de rseau ................................................................................ 12


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IV. Aide lintgration des EnR..................................................................................................... 12

1. Les enjeux lis aux EnR et les problmes rencontrs aujourdhui...................................... 12

2. Services apports par le stockage....................................................................................... 12

a. Pour les producteurs dnergies intermittentes......................................................... 12

b. Pour les consommateurs ............................................................................................ 13

c. Pour les gestionnaires de rseau ................................................................................ 13

d. Pour les territoires ...................................................................................................... 13

Synthse .......................................................................................................................................... 14

tude comparative des technologies de stockage ............................................................................... 15

Prambule ....................................................................................................................................... 15

I. Prsentation des technologies de stockage stationnaire dlectricit..................................... 15

1. Moyens de stockage petite chelle ................................................................................. 15

a. Super-condensateur.................................................................................................... 15

b. Inductance Supra-conductrice (SMES : Superconductor Magnetic Energy Storage) ... 16

c. Volant dinertie........................................................................................................... 17

2. Moyens de stockage utilisables petite et grande chelle ................................................ 17

a. Batteries lectrochimiques ......................................................................................... 17

b. Batterie circulation (Red-ox flow) ............................................................................ 18

c. Stockage sous forme dhydrogne.............................................................................. 19

3. Moyens de stockage grande chelle ................................................................................ 19

a. Stockage gravitaire : STEP ........................................................................................... 19b. Stockage par air comprim : CAES (Compressed Air Energy Storage) ......................... 20

II. Comparatif des technologies de stockage stationnaire ........................................................... 21

Synthse : technologies les plus adaptes aux principaux services rendus au systme .................. 24

Proposition dvolutions rglementaires............................................................................................. 25

I. La rglementation franaise actuelle ....................................................................................... 25

1. Les zones insulaires ............................................................................................................ 25

2. La situation mtropolitaine ................................................................................................ 25

II. Comment faire voluer la rglementation franaise ? ............................................................ 261. Cration du statut doprateur de stockage....................................................................... 26

2. Cration dun tarif dautoconsommation........................................................................... 27

3. Vers une production conventionnelle dEnR...................................................................... 27

Vision prospective pour 2030 ............................................................................................................... 28

I. Mise en place des hypothses ................................................................................................. 28

1. Hypothses sur lvolution de loffre et de la demande..................................................... 28

2. Hypothses sur les services valorisables ............................................................................ 29

3. Choix des technologies pour le scnario ............................................................................ 30a. Hypothses sur la maturit des technologies ............................................................. 30


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b. Freins au dveloppement de certaines technologies .................................................. 30

c. Hypothses sur le rendement et le cot des technologies ......................................... 31

d. Hypothses sur les capacits installes horizon 2030 .............................................. 32

II. Scnario conomique .............................................................................................................. 33

1. Valorisation des services .................................................................................................... 33

a. Arbitrage prix .............................................................................................................. 33

b. Rserves primaire et secondaire ................................................................................. 34

c. Mcanisme dajustement........................................................................................... 34

d. March de capacits ................................................................................................... 34

Report des renforcements rseaux ............................................................................. 35

e. (dus limplantation dnergies intermittentes)........................................................ 35

f. Lissage de la consommation industrielle .................................................................... 36

2. Optima dallocation de puissance....................................................................................... 38

3. Rsultats du scnario conomique ..................................................................................... 39

Conclusion ............................................................................................................................................ 41

Bibliographie ........................................................................................................................................ 42


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Introduction

Le stockage de llectricit apparat aujourdhui comme une solution incontournable pour rpondre

aux enjeux nergtiques auxquels nous serons confronts demain. Cependant, plusieursinterrogations quant son utilit et sa mise en uvre mergent aujourdhui, sur des aspects aussibien techniques conomiques, que rglementaires.

En effet, si les technologies de stockage prsentent a prioride nombreux avantages, il faut dans unpremier temps distinguer les technologies davenir et celles qui sapparentent plus de lascience-fiction. Il sagit de dterminer quelles technologies seront les mieux adaptes au systmelectrique franais, quelles utilisations seront faites de ces technologies mais galement si leursmoyens de rmunration seront suffisants pour les intgrer dans un modle conomique.

Dun point de vue conomique, lintroduction du stockage de lnergie viendrait compltement modifier le paysage nergtique, ainsi que son le modle conomique trs actuel . Aujourdhui, nest

produite et ngocie sur les bourses de lnergie que llectricit qui va tre consomme danslheure suivante ou le lendemain. Ce dsquilibre de lquation production = consommationinduit par le stockage ne sera pas sans effet sur les prix de lnergie et la mise en place du stockagencessitera une refonte au moins partielle du systme conomique, sans compter limpact sur lestarifs de lnergie. La question sous-jacente tant de savoir si le stockage est une technologierentable et, le cas chant, qui elle profite.

Enfin, la mise en place dune nouvelle rglementation pour accompagner le dveloppement dustockage parat indispensable dans ce contexte. Cette adaptation de la rglementation doitinvitablement se faire en amont de la mise en place des systmes de stockage afin danticiper aumieux leur arrive et leurs impacts sur le systme actuel.

La problmatique lie au stockage de llectricit pourrait donc se rsumer ainsi :Quelle(s) technologie(s) doit-on implanter quel endroit, quel cot et avec quelle rglementation ?

Pour rpondre cette question, ce rapport sarticulera en 4 parties:

en premier lieu, une analyse de tous les services que pourrait apporter le stockage ausystme lectrique franais ;

ensuite, une prsentation des technologies existantes qui aboutira sur une comparaisondes caractristiques techniques et sur une synthse des technologies les mieux adaptesaux principaux services ;

puis nous proposerons quelques volutions rglementaires ncessaires au bondveloppement de la filire du stockage en France;

enfin, nous proposerons un scnario conomique dimplantation du stockage horizon2030 en prcisant les capacits attendues pour chaque technologie et les valorisationspossibles.

La dmarche pour cette tude toute particulire qui sappuie sur des bases techniques pour aboutir un scnario conomique na pas ncessit lutilisation doutils particuliers. Une longue analyse deltat de lart, une bonne matrise dExcel, ainsi des entretiens avec des acteurs majeurs:

Joseph Maire, directeur technique du programme SmartgridsYves Barlier, dlgu Management dnergie etJean Lacoste, attach Fonctionnement des Systmes lectriques pour EDF SEI

Christophe Arnoult, chef du projet NICE GRID pour ERDF Michael Lippert, directeur marketing pour SAFT

nous ont permis datteindre les objectifs fixs.


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2Figure 1Pointe journalire du 28/11/2012 (demi-saison)

Source : RTE

Etude des services apports par le stockage ausystme franais

Prambule

Aujourdhui, au-del du cot des technologies, lheure est la recherche de rentabilit conomique.Pour bien comprendre pourquoi on cherche dvelopper le stockage de llectri cit, il fautcommencer par dterminer les voies possibles de valorisation de cette filire, ainsi que les acteursqui y trouveront des bnfices. Il est donc ncessaire de raisonner par services : identifier dans unpremier temps les problmatiques du systme actuel, pour dterminer les acteurs concerns et lesservices que leur apporterait le stockage, avant de rechercher la technologie qui permettrait dyrpondre au mieux.

Sur le plan technique, le stockage de llectricit aurait quatre effets maj eurs sur le systme de

production, de transport et de distribution de llectricit en France: le lissage de la charge, le secours, le maintien voire lamlioration de la qualit dalimentation, lintgration dnergies renouvelables intermittentes.

Mais derrire chacun de ces effets majeurs se cachent des services nombreux et varis, aux voies devalorisations multiples et spcifiques chaque type dacteurs quil est essentiel de bien cerner.

I. Le lissage de la courbe de charge1. Caractristiques de la courbe de charge

La courbe de charge correspond lvolution de la consommation dlectricit au cours dunepriode donne. Les caractristiques primordiales de llectricit sont son caractre saisonnier etfortement alatoire (temprature, luminosit, facteurs macroconomiques). Lanalyse des courbesde charge conduit rapidement constater des pointes de consommation dlectricit.Il existe plusieurs pointes de consommation dlectricit, selon la priode et la zone observe :

La pointe journalire (ou pointe synchrone nationale) : la consommation lectrique estmaximale 19 heures en hiver (hors week-end) mais galement le matin, louverturedes commerces et des bureaux. Des habitudes diffrentes en t dcalent la pointe

journalire vers 13 heures.


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Figure 2Pointe journalire du 21/06/2012 (t)Source : RTE

La pointe saisonnire : lorsquon suit lvolution de la consommation annuelle en France,on observe une pointe saisonnire en raison du fort quipement des foyers enchauffages lectriques.

Les pointes locales, qui peuvent tre indpendantes de la pointe synchrone nationale etcorrespondre des modes de vies rgionaux.

Ainsi, la consommation dun jour dhiver peutatteindre des sommets, comme la montr la journedu 8 fvrier 2012, avec un pic de consommation 102 GW sur le territoire.

Les records de consommation sont donc logiquement atteints lorsque la pointe journalire se

superpose la pointe saisonnire, elle-mme accentue par une vague de froid exceptionnelle.Le systme lectrique franais doit donc pouvoir faire face ces diffrentes sollicitations et capablede produire et dacheminer de llectricit en quantits variables . Pour cela, la France dispose demoyens de production varis, adapts aux diffrentes priodes de production et de consommation :

la priode de base ou de ruban correspond llectricit produite et consommetoute lanne et en permanence (7 jours/7 et 24 heures/24) ;

la priode de semi-base correspond llectricit produite en complment de laproduction de base lorsque la consommation augmente en hiver (dures moyennes) ;

la priode de pointe correspond llectricit produite pour rponde aux pics deconsommations dlectricit, lors des priodes les plus charges de lanne. Ces pics de

consommation hivernaux, au nombre de quelques dizaines ou quelques centainesdheures par an, ont gnralement lieu vers midi et vers 20 heures.

Nous verrons plus loin quelles filires sont utilises dans chaque priode de production.

Figure 3 - Exemple de cycle annuel de la courbe de chargeSource : RTE


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2. Les grandes problmatiques actuelles lies la pointea. Volatilit des prix de llectricit sur les marchs de gros

En plus des problmatiques historiques lies lvolution de la consommation, le recours croissant des solutions de production intermittentes dlectricit, olien principalement, constitue une sourcede fragilit supplmentaire.

Avec ce type de solution, les fluctuations de production, dictes par les alas mtorologiques, sontindpendantes de la consommation. Il faut donc grer des situations nouvelles : surproductiondlectricit en priode de faible consommation, moyen de production sur lequel on ne peut pascompter en priode de pointe.La volatilit accrue des prix de llectricit est un indicateur de ces tensions. Le 8 fvrier 2012, un picde 102 GW de consommation atteint en France a port ponctuellement 2 000 le prix du MW surdes marchs. A linverse, des pisodes de prix ngatifs -500 /MWh ont t observs en Allemagneen 2010, causs par des surplus de production olienne. La France a connu ses premiers prix ngatifs

en dcembre 2012.

b. Dimensionnement des installations et capacits de productionComme llectricit ne se stocke pas en grande quantit lheure actuelle, la production doittoujours tre gale la consommation et doit ncessairement sadapter lvolution des besoins dela consommation dlectricit. Cest pourquoi les capacits de production doivent tre excdentairesen priode de base et de semi-base, pour permettre de faire face des chocs (demandeexceptionnellement haute ou dfaillance de moyen de production), sans trop dpendre desimportations.

A lheure actuelle, les filires de production sont utilises par ordre croissantde cots marginaux : la production de base est assure par le nuclaire et lhydraulique au fil de leau ; la production de semi-base est assure par la production hydraulique modulable

(barrage de retenue et STEP) et le parc thermique flamme ; la production de pointe est galement assure par lhydraulique modulable et

surtout par les centrales thermiques, notamment par des turbines combustion aufioul, mobilisables trs rapidement.

c. Cot lev de la production de pointeLa production de pointe est actuellement ralise principalement par le dmarrage de centrales de

type thermique gaz ou fioul qui ont lavantage dtre flexibles et donc davoir un temps derponse trs court. Cependant, ces filires de production lectrique sont chres, dune part, parcequelles ne sont utilises quen priode de pointe, rendant difficile le retour sur investiss ement et,dautre part, parce quelles ont des cots marginaux levs.

Le principe du merit orderest de faire appel aux diffrentes filires de production dnergie par ordrede cots marginaux croissants :


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Les cots marginaux correspondent aux cots ncessaires la production dune unitsupplmentaire. Il ne prend donc pas en compte les cots fixes, mais essentiellement le cot du

combustible et le cot du CO2.Ainsi, on fait dabord appel aux nergies dites fatales : nergies renouvelables dont le cot marginalest nul, puis hydraulique au fil de leau. Ensuite intervient le nuclaire dont les cots marginaux nedpassent pas les 10 /MWh.On trouve ensuite le gaz puis le charbon : lordre entre ces deux filiresdpend des cours du CO2, du charbon et du gaz, trs volatiles. Ainsi en 2010, on avait des cotsmarginaux de lordre de 38/MWh pour le gaz et de 41/MWh pour le charbon, mais en 2011,lordre sest invers (58/MWh pour le gaz contre 47/MWh pour le charbon).(Source Commission Energies 2050 partir dhypothses de lOCDE-AIE WEO 2011)

La production de pointe de type TAC au fioul est quant elle beaucoup plus chre (de lordre de100 /MWh), pour diverses raisons: un cours du fioul domestique extrmement lev, unetechnologie dgageant beaucoup de CO

2et un facteur de charge trs faible. La loi NOME a pris en

compte les rticences des producteurs investir dans ces installations de production de pointe etdcid de mettre en place ds 2015 un march de capacit, qui repose sur une obligation desfournisseurs dlectricit de contribuer la scurit d'approvisionnement, en fonction descaractristiques de consommation de leurs clients.

d. Fortes missions de CO2en priode de pointeDune manire gnrale, les missions de CO2 dues la production dlectricit dpendent de latechnologie de production. On montre ci-dessous le contenu en CO2 de llectricit produite enFrance continentale et injecte sur le rseau en fonction des filires :

Tableau 1 - Contenu en CO2de l'lectricit produite en France continentale et injecte sur le rseauSource : DGEMP

nergies utilisesmissions deCO2(g/kWh)

nergie nuclaire 0

nergies fossiles- centrales charbon- cycles combins au gaz naturel- cognration au gaz naturel (moyenne turbines combustion, moteurs)- turbines combustion au gaz naturel- centrales au fioul lourd

953365322602830

nergies fatales

- gaz de hauts fourneaux- biomasse, biogaz 00

Figure 3 - Merit order en Europe


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Autres nergies (renouvelables)- hydrolectricit- olien- photovoltaque- gothermie

0000

Llectricit issue dnergies fossiles est, comme on pouvait sy attendre, la seule mettre du CO 2dans son procd de production. De fait, la sollicitation des moyens de production fossile pour lasemi-base et la pointe entrane une augmentation des missions de CO2, notamment lors depriodes de forte consommation.

3. Les services apports par le stockagea. Pour les producteurs : arbitrage sur les marchs de lnergie

La premire voie de valorisation du stockage de llectricit est larbitrage sur les marchs delnergie. En effet le stockage permet un producteur de bnficier dun gain en flexibilit grce

auquel il peut choisir dinjecter sur le rseau llectricit lorsque son prix est lev, ou au contraireden soutirer lorsque son prix est bas.

Ainsi, le producteur peut stocker une partie de sa production en priode de base, plutt que de lavendre bas prix, et dcharger sa batterie en priode de pointe pour vendre cette lectricit prixlev..

b. Pour les producteurs : optimisation du dimensionnement de leursinstallations

Si les producteurs pouvaient stocker llectricit produite en priode de base par les filiresnuclaires, hydrauliques ou mme renouvelables, et injecter cette nergie stocke en priode de

pointe, on pourrait limiter lappel aux centrales thermiques comme lillustre lexemple du lissage dela courbe de charge pour la journe du 20 novembre 2012 :

Figure 6 - Courbe de charge du 20/11/12 (France)Source : RTE

Figure 5 - Arbitrage sur les marchs de l'nergieSource : ENEA Consulting

Heures creusesPrix bas

Heures de pointePrix levs

Heures creusesPrix bas

Productionrelle


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Ainsi, le stockage permettrait aux producteurs de limiter les investissements dans de nouvellescentrales thermiques de pointe ou dans le renforcement des centrales existantes.

A court terme, ces deux types de solutions compensatoires savreront complmentaires. Lescentrales thermiques flexibles gagneraient en effet tre couples des solutions de stockage : lefonctionnement des turbines en rgime partiel affecte leur rendement ; par ailleurs, des dmarrageset arrts trop frquents impactent leur dure de vie.

c. Pour les producteurs : anticipation des futures obligations de capacitsLa mise en place du march de capacit en 2015, permettra aux producteurs de toucher unermunration sur leurs capacits de production dont la disponibilit et le caractre effectif ont tcertifies par le gestionnaire de rseau de transport. Ceci pourrait, certes, les inciter investir dansdes centrales thermiques, mais pourrait galement les inciter investir dans des solutions destockage.

d. Pour les producteurs : optimisation des cots de production en priode depointe

Toujours d au fait que le stockage permettrait de moins recourir aux centrales thermiques, lesproducteurs pourraient ainsi rduire leurs cots de production de pointe, actuellement trs levspour plusieurs raisons :

cot du combustible (fioul) de plus en plus lev ; prix de la tonne de CO2 lev et vou augmenter ; installations chres et peu rentabilises dans lanne.

Le stockage, avec ses cots marginaux faibles (pas de combustible, peu de frais dexploitation, pas

dexternalits) viendrait sintercaler dans les premires positions du merit order, relguant lescentrales thermiques au fioul aux situations dextrme pointe.

e. Pour les gestionnaires de rseau : scurisation des prvisions dquilibredoffre / demande en optimisant les capacits de transport

Le stockage dcentralis pourrait tre trs utile aux gestionnaires de rseau pour peu quil soitpositionn de manire stratgique, notamment dans des rgions disposant de peu de centrales deproduction ou encore dans des rgions ou lon observe des pointes locales. En effet, lheureactuelle, les gestionnaires de rseau doivent constamment investir dans des infrastructures detransport capables de supporter des consommations dextrme pointe. De grandes capacits de

stockage dans de telles rgions diminuerait fortement les besoins en infrastructures de transportlongue distance.

Figure 7 - Profil hypothtique de la charge du 20/11/12 avec stockage

Profil hypothtiqueStockage


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f. Pour les territoires : diminution des missions de CO2et prise de distanceavec les nergies fossiles

Stocker llectricit faible contenu carbone en priode creuse ( lchelle du producteur ou duconsommateur) pour lutiliser en priode de pointe permettrait de limiter les missions de CO2de la

production lectrique, et ainsi de sinscrire dans la stratgie globale visant parvenir un mixnergtique dcarbon. Dans le mme temps, cela apporterait un gain en indpendance vis--vis desimportations de combustibles fossiles, et donc en scurit de lapprovisionnement nergtique.

g. Pour les producteurs : anticipation des risques conomiques moyen et longterme (augmentation du prix des nergies fossiles et du CO2)

Selon le type de scnario envisag pour les annes venir, la limitation des missions de CO 2et delutilisation de combustibles dorigine fossile grce au stockage peut profiter aux producteurs. Eneffet, dans un scnario de rupture ou le prix de la tonne de CO2serait de 150 $, associ un prix dubaril lui aussi trs lev (peut-tre 200 $), le stockage pourrait devenir plus intressant que laproduction thermique de pointe.

h. Pour les consommateurs : mise en place dun optimum conomique leurconsommation dlectricit

Le consommateur particulier qui serait quip dune solution de stockage domicile pourraitemmagasiner de llectricit en priode creuse pour ensuite linjecter dans son circuit domestiquependant les heures de pointes et ainsi raliser des conomies sur sa facture nergtique.

Au niveau industriel, de nombreux procds contiennent des tapes consommatrices dnergie quipourraient se prter du stockage dutilit. Lintrt, du fait des faibles variations dans les cots delnergie, tait jusqualors relativement faible,voire inexistant. Aujourdhui cependant, il est possibledutiliser ce potentiel comme levier defficacit conomique et de flexibilit oprationnelle. Le

procd le plus emblmatique est probablement le stockage dair comprim au cur dufonctionnement dune turbine gaz : ce sont les CAES. Mais cest un principe qui peut sappliquer nombre de procds mettant en jeu de llectricit.

Bien que ces solutions de stockage ne correspondent pas du stockage dlectricit, il sagit bien destockage dnergie,qui permet dagir sur les profils de consommation dlectricit et participe lamatrise de la demande.

i. Pour les consommateurs : gnration de revenus deffacement grce auxdispositifs actuels et anticipation de la mise en place du march de capacit

Le stockage intgr aux procds industriels aurait dautres avantages conomiques. En effet, outreloptimisation conomique de la consommation dnergie que lon vient dvoquer, il permettrait auconsommateur industriel de gnrer des revenus deffacement sur les marchs de lnergie, maisgalement des revenus de capacit ds 2015. Tous ces mcanismes incitatifs pourraient ouvrir la voie un vrai dveloppement de ce type de comportements.


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II. Le secours1. La sret du rseau lectrique franais

a. DfinitionLa matrise de la sret de fonctionnement du systme lectrique est au cur des responsabilitsconfies par la loi n 2000-108 du 10 fvrier 2000 (aujourdhui transpose dans le code de lnergie)aux gestionnaires de rseau. Elle se dfinit comme laptitude :

assurer le fonctionnement normal du systme lectrique ; limiter le nombre dincidents et viter les grands incidents; limiter les consquences des grands incidents lorsquils se produisent.

Une telle dfinition pousse dfinir les consquences inacceptables des incidents, identifier lesvnements initiateurs et dfinir des parades permettant de limiter les risques.

b. Les causes possibles de dfaillanceLes causes primaires de dfaillance du rseau sont la perte dune unit de production ou duneinfrastructure majeure de transport, que lon peut imputer :

des alas mtorologiques souvent peu prvisibles et qui peuvent induire desperturbations notables : courts circuits, dclenchements de groupes de production ;

des pannes et des agressions extrieures ; des erreurs humaines ; des fluctuations de consommation.

En France et sur le rseau public de transport dlectricit, la rgle du N-k avec k suprieurstrictement 1, prvoit que la viabilit du rseau lectrique aprs la perte de klments (groupe deproduction ou ligne). Nanmoins, le cumul de plusieurs dfaillances peut gnrer des incidents de

grande ampleur, en engendrant des phnomnes qui se succdent ou se conjuguent tout au long delincident des surcharges en cascade, lcroulement de tension et/ou de frquence ou encore larupture de synchronisme.

2. Le stockage comme solution de secoursLe stockage peut plusieurs niveaux servir de solution de secours pour viter lapparition dincidentsde grande ampleur. En effet, directement coupl une unit de production, le stockage peutpermettre de pallier un dclenchement dangereux et daider au redmarrage rapide. Ainsi, selon lesbesoins et la crdibilit conomique, des systmes de stockage de capacit plus ou moins importantepeuvent tre coupls aux units de production juges les plus sensibles.

Mais le stockage peut aussi servir de secours incorpor dautres niveaux du rseau lectrique : des solutions de stockage massif peuvent tre implantes dans des zones comme la

Bretagne ou la rgion PACA, facilement sujettes des incidents massifs du fait de leurfaible densit en units de production. Dans ces rgions, trs sensibles aux dfaillancesdes lignes de transport HT, des solutions de stockage massif permettraient de pallier desincidents de saturation ou de rupture de ces lignes ;

au niveau du rseau de distribution, le stockage pourrait viter des coupures.


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On montre ci-dessous lapport du stockage la dynamique des systmes insulaires, sur lexemple dela Guadeloupe :

On constate que le stockage permet dviter le dlestage de consommation en cas de perte de

groupe. On rappelle que le dlestage de consommation consiste couper lalimentation dun groupede consommateurs pour viter une baisse trop forte de frquence qui engendrerait un effondrementdu rseau (les seuils de dlestage sont fixs en mtropole comme suit : 49 Hz, 48,5 Hz, 48 Hz, 47,5 Hzavec, chaque stade, un dlestage de 20 % de la consommation totale). Le stockage permet doncaux gestionnaires de rseaux de reporter les investissements de renforcement de rseau.

III. Qualit de lalimentation1. La qualit du rseau aujourdhui

a. Comment dfinir la qualit de llectricit?On peut estimer la qualit dun rseau lectrique selon trois critres diffrents :

la continuit de lalimentation, corrle aux coupures dlectricit; la qualit de londe de la tension, dgrade par les phnomnes qui perturbent le

fonctionnement des appareils lectriques ; la qualit de service, estime selon les relations avec les gestionnaires de rseau.

Rappelons que le rseau lectrique franais fonctionne en courant alternatif, londe de la tension seprsente donc sous forme de sinusode de frquence et damplitude constantes, respectivement 50 Hz et 230 V ou 400 V (monophas ou triphas) en France. En ralit, on observe des variationspermanentes de la frquence et de lamplitude, avec parfois des carts significatifs par rapport aux

valeurs de rfrence. De trop grands carts par rapport londe de rfrence peuvent entraner desdysfonctionnements importants du matriel lectrique voire des dgts matriels sur les appareils.

Figure 8 - Comportement en frquence du rseau de Guadeloupe sur perte de groupe(Source EDF)


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Figure 9 : Profil de l'onde de tension lectrique et perturbations possiblesSource : CRE

Le profil de londe de tension et les diffrentes perturbations qui peuvent laffecter sont reprsentsci-dessous :

b. La qualit de llectricit en FranceLa mesure de la qualit du rseau se fait essentiellement grce au calcul de la dure moyenneannuelle de coupure. Si la qualit dlectricitest globalement dun niveausatisfaisant, on enregistrenanmoins une variabilit importante de celle-ci ces dernires annes, comme le prouvent lescoupures rcurrentes en Bretagne ou en rgion PACA.

Outre laugmentation de cette dure moyenne de coupure, qui correspond une dgradationglobale de la qualit dalimentation, on note depuisquelques annes de plus en plus de coupures enhiver.

Source : CRE

2. Les voies damlioration grce au stockage a. Pour les consommateurs

Le stockage pourrait rsoudre plusieurs problmes lis la continuit dalimentation. En effet,certaines technologies de stockage ont des dlais de raction infrieurs la priode de londe detension (< 20 ms) : elles sont donc capables de prendre le relais trs vite en cas de

dysfonctionnement afin dviter des coupures non-programmes. Le consommateur serait ainsiassur dune alimentation stable et continue.


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b. Pour les gestionnaires de rseauDe plus, si on considre une implantation rpartie des systmes de stockage sur lensemble durseau lectrique, la possibilit dagir ou de ragir localement serait grandement facilite: onpourrait ainsi viter des coupures prolonges comme on peut en exprimenter en hiver depuis

quelques annes.Cela permettrait galement dviter la dgradation des appareils lectriques et de rpondre auxexigences rglementaires de stabilit du rseau dans les zones non-interconnectes : en effet, lagestion des congestions ponctuelles (dues aux EnR par exemple) serait plus simple grce la capacitde soutirage en cas de surproduction dlectricit par des EnR.

La flexibilit apporte par les dispositifs de stockage rside galement dans leur capacit absorberou restituer de la puissance ractive pour participer au rglage de la tension et fournir des rservesde puissance ractive dans le cadre du rglage de la tension.

IV. Aide lintgration des EnR1. Les enjeux lis aux EnR et les problmes rencontrs aujourdhui

Aujourdhui, de nombreuses incitations au dveloppement des nergies renouvelables mergentdans le cadre de la dcarbonisation de lnergie et des objectifs 3 x 20. Or, certaines nergiesrenouvelables sont par dfinition des nergies intermittentes, dont la pertinence est remise en causedans le systme lectrique actuel : elles ne rpondent pas aux critres de stabilit, fiabilit et descurit.

Cette intermittence, peu contrlable, ne permet pas de prvoir avec prcision quand et en quellequantit la production aura lieu : il faut associer cette incertitude la capacit limite des lignes et

des postes de transformation. Il faudrait alors envisager la construction de nouvelles lignes detransport et de distribution pour viter une saturation du rseau, mais cela reprsenterait environdix annes de travaux et de nombreuses plaintes de la part des populations.

Compte-tenu de ce manque de fiabilit, de stabilit, etc., les EnR ne participent pas au rglage de lafrquence. Aujourdhui, les EnR sont galement incapables de proposer des rserves primaires pourstabiliser la frquence, mme si cela reprsentait un intrt conomique (la rmunration proposepour les rserves primaires est bien plus faible que le tarif dobligation dachat des EnR). Uneincitation linnovation technique serait peut-tre de baisser le tarif de rachat des EnR et augmentercelui des rserves primaires.

En outre, si les EnR mettent trs peu voire pas du tout de gaz effet de serre, les centralesdappoint utilises pour compenser leur variabilit sont fortement mettrices de CO2.

Contrairement au modle classique des rseaux lectriques, qui acheminent llectricit produite defaon centralise et unidirectionnelle (production consommation), les EnR sont majoritairement dcentralises : le meilleur exemple tant linstallation de panneaux photovoltaques chelle desparticuliers. Avec les obligations actuelles de rachat de llectricit produite par les EnR, unesurproduction implique aujourdhui une rinjection de ce surplus dnergie sur le rseau etncessitedonc un fonctionnement bidirectionnel de ces rseaux lectriques pour assurer la mutualisation desproductions dcentralises.

2. Services apports par le stockagea. Pour les producteurs dnergies intermittentes

En utilisant les solutions de stockage en soutien direct des grandes units de production dEnR, les


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producteurs pourront compenser les variations alatoires des nergies intermittentes et assurer unniveau de puissance disponible suffisant, tout en saffranchissant des moyens de production decompensation, fortement metteurs de CO2. Ils pourraient ainsi participer au futur march decapacit, voire se proposer comme rserves primaires dnergie.

Dun point de vue conomique, le stockage permettrait aux producteurs de rentabiliser leurs

infrastructures mais galement datteindre un niveau de comptitivit comparable voir e suprieuraux nergies traditionnelles. En effet, grce au stockage, les producteurs gagneront en flexibilit etauront par exemple la possibilit de rinjecter leur nergie sur leur rseau quand ils le souhaitent, afin de maximiser leurs profits. On peut notamment penser un stockage pendant lesheures creuses et une rinjection pendant la pointe.

b. Pour les consommateursLe point de vue des consommateurs est double : ils peuvent se poser en consommateurs purs ou enproducteurs dcentraliss.

En tant que consommateurs purs, on peut envisager le cas o tous les particuliers possdent une

solution de stockage chez eux : ils pourraient emmagasiner de lnergie en priode creuse pourensuite la rutiliser pendant les heures de pointes et ainsi raliser des conomies sur leur facturenergtique.

Lintrt est plus grand pour des consommateurs qui intgrent des units locales de productiondEnR (consommateurs industriels ou particuliers). En effet, lautosuffisance nergtique apportepar linvestissement dans les EnR, couples au stockage, permettrait aux diffrents consommateursde rduire leur facture nergtique mais galement de mieux grer leur consommation. Pour lesconsommateurs particuliers, on peut imaginer une solution de stockage place en soutien direct delunit de production afin derevendre directement le surplus dnergie gnr. Le stockage pourrait,galement, tre utilis pour charger les vhicules lectriques la nuit partir de la productionphotovoltaque excdentaire.

c. Pour les gestionnaires de rseauLe stockage reprsente une solution indispensable la gestion de la pointe, notamment locale, etfaciliterait lintgration des nergies intermittentes au rseau. On peut raisonnablement penser quilest prfrable de renforcer le rseau en investissant dans des solutions de stockage, faciles implanter, dplacer et dispatcher sur la totalit du rseau, plutt que de construire de nouvelleslignes, trop onreuses et sujettes polmiques.

d. Pour les territoiresPour les territoires, les enjeux nergtiques sont forts : il sagit de rpondre aux exigences fixes parles objectifs 3 x 20, savoir dici 2020:

rduire de 20 % les missions des gaz effet de serre ; porter 20 % la part des EnR dans la consommation nergtique europenne ; amliorer de 20 % lefficacit nergtique.

Dans ce contexte, le stockage apparat comme une solution privilgier pour atteindre cesdiffrents objectifs et serait un vritable acclrateur du dveloppement des EnR. Cesdveloppements parallles du stockage et des EnR permettrait donc dassurer la scurit du rseauet de rduire la dpendance aux nergies fossiles, et garantirait la crdibilit de la politiquenergtique sur le plan environnemental.


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SynthsePour conclure, le stockage de llectricit pourrait rendre de nombreux services au systme :

Pour les producteurs disposant dinstallations de production dispatchables :

mettre profit le stockage comme outil darbitrage sur les marchs de lnergie

optimiser le dimensionnement de ses installations en couplant production et stockage optimiser les cots de production de llectricit en priode de pointe anticiper les futures obligations de capacit se prmunir contre les risques conomiques moyen et long terme (augmentation du prix des

nergies fossiles et du CO2).

Pour les producteurs disposant dinstallations de production intermittentes

anticiper les contraintes rglementaires sur lobligation de stockage pour les producteursintermittents (notamment dans les zones insulaires)

consolider leur puissance installe dans loptique de participer au futur march de capacits dvelopper les synergies technologiques entre moyens de productions intermittents et stockage

dnergie pour accrotre leur comptitivit.

Pour les gestionnaires de rseau :

scuriser les prvisions dquilibre doffre / demande en optimisant les capacits de transport optimiser ses infrastructures en reportant les investissements de renforcement du rseau intgrer la production dnergie intermittente en sassurant dune fourniture stable dlectricit augmenter la part des EnR dans les zones non-interconnectes sans dgrader la stabilit du

systme lectrique contribuer la scurit et la qualit de la fourniture dlectricit aux consommateurs disposer de services systme plus efficaces mettant profit les performances des moyens de

stockage.

Pour les consommateurs :

trouver un optimum conomique leur consommation dnergie en intgrant le stockage aucur de leur activit et de leurs procds

gnrer des revenus deffacement grce aux dispositifs actuels et anticiper la mise en place dumarch de capacits

scuriser leur approvisionnement en lectricit et sassurer de la qualit dalimentation pour leursinstallations.

Pour les territoires :

scuriser lapprovisionnement nergtique du territoire et diminuer sa dpendance aux nergiesfossiles

gnrer le consensus autour dune politique nergtique cohrente sur le plan environnemental intgrer le stockage dnergie comme composante dune stratgie de dveloppement des

nergies intermittentes crer un tissu industriel sur un secteur innovant et en pleine mergence.

Nous avons parcouru lessentiel des services que pourrait rendre le stockage au systme, quilssoient conomiques ou socitaux. Ces services justifient les investissements importants dans larecherche et le dveloppement mis en jeux lheure actuelle. La question est de savoir si cestechnologies ltat de recherche (ou dj commercialises pour certaines) seront capables derendre ces services. Nous allons donc tudier maintenant les caractristiques techniques desdiffrentes technologies pour dterminer lesquelles sont les plus adaptes chaque besoin.


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tude comparative des technologies de stockage

Prambule

Pour tre stocke, llectricitdoit subir plusieurs tapes de transformation. Il existe cinq formes destockage dlectricit, pour lesquelles les diffrentes transformations sont prcises ci-dessous :

Transformation 1Stockagednergie

Transformation 2

Electrochimie-AccumulateursRaction

lectrochimiquePotentiel

lectrochimique

Ractionlectrochimique

inverse

Stockagelectrochimique /

chimiqueHydrogne Electrolyse de leau Hydrogne Pile combustible

Inertie -Volant dinertieMoteur entranant

un disqueEnergie cintique

de rotation

Alternateurrcuprant lnergie

cintique

Stockagemcanique

Gravitaire - STEP(Station de Transfert dEnergiepar Pompage)

PompageEnergie

potentiellegravitaire

Turbinage

Air comprim - CAES(Compressed Air ElectricityStorage)

Compression Air comprim Turbinage

Nous allons dans un premier temps prsenter les diffrentes technologies de stockage en les classanten fonction de leur chelle dusage. Nous comparerons ensuite leurs caractristiques techniques etleurs cots, pour enfin faire une synthse des technologies les plus adaptes chaque application.

I. Prsentation des technologies de stockage stationnairedlectricit

1. Moyens de stockage petite chelleOn parle de moyens de stockage petite chelle lorsquils sont destins tre implants au niveaudu consommateur, ou tre coupls des systmes de production intermittente de faible puissance.On classe dans cette catgorie les technologies ayant de petite capacits en nergie, et donc pluttdimensionnes en puissance, avec des constantes de temps faibles.

a. Super-condensateurLe super-condensateur permet de stocker de lnergie lectrostatique. Il est constitu de 2lectrodes poreuses plonges dans un lectrolyte et spares par un sparateur laissant circuler lesions mais pas les lectrons. Llectrolyte et les lectrodes interagissent et induisent la formationspontane de deux couches de charges aux interfaces, lune positive et lautre ngative.

Ces super-condensateurs ont des temps de rponse trs courts et permettent principalement lelissage des creux de tension. Ce type de technologie peut servir de stockage stationnaire (parexemple coupl des EnR) mais cela ncessite la mise en srie dun nombre important de super -condensateurs : ce nest possible que sil ny a pas de contrainte dencombrement.

Source : CEA


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b. Inductance Supra-conductrice (SMES : Superconductor Magnetic EnergyStorage)

Ce systme de stockage repose sur une bobine supraconductrice court-circuite. Une fois court-circuit, ce systme ne perd pas dnergie grce labsence de rsistance. Lnergie y est stockesous deux formes : lectrique et magntique (champ cr par la bobine parcourue par le courant).

Il sagit dune technologiefiable, dont le temps de raction est trs court et le rendement trs lev(il peut dpasser les 0,95) en raison des faibles pertes localises uniquement au niveau desconnexions et du convertisseur lectronique de puissance.

Ces inductances supraconductrices ont des applications similaires aux super-condensateurs : lissagede creux de tension, amlioration de la qualit, etc. Elles sont cependant relativement chres, etncessitent un processus cryognique qui pnalise le bilan nergtique.

Figure 10 - Stockage super-capacitifSource : CEA

Figure 11 - Stockage inductif supra-conducteurSource : CEA


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c. Volant dinertieLe stockage par volant dinertie consiste stocker de lnergie cintique. Un tel systme est constitudune masse tubulaire en fibre de carbone fixe un axe rotatif. Cette masse est entrane par unmoteur lectrique en priode creuse, pour charger le systme en nergie cintique. En priode de

dcharge, cette nergie cintique fait tourner un alternateur pour produire de llectricit. Une fo islance, la masse continue de tourner par inertie, des vitesses pouvant atteindre les 16000 tr/min(lenceinte sous vide et les paliers magntiques assurent une absence de frottements).

Les volants dinertie ont lavantage de pouvoir tre dimensionns selon une application des appelsen nergie ou en puissance : un petite masse aura un temps de rponse court et donc une grandecapacit en puissance et inversement. Utiliss principalement petite chelle, les volants dinertieont lavantage dtreractifs, davoir une capacit en puissance importante et une grande dure devie. Ces systmes sont donc adapts pour des applications de rgulation ou damlioration de qualit(micro-coupures, coupures brves, etc.). Ils sont notamment utiliss dans les transports (ferroviaire,arospatial, etc.).

2. Moyens de stockage utilisables petite et grande chelleCes moyens de stockage ont la particularit de pouvoir tre dimensionns selon lapplication, avecdes temps de dcharge pouvant tre trs courts ou trs longs.

a. Batteries lectrochimiquesLes batteries sont des assemblages daccumulateurs qui permettent de stocker lnergie lectriqueissue de la circulation des ions entre anode et cathode travers un lectrolyte, et des lectrons dansle circuit reliant les lectrodes : lithium-ion, lithium-polymre, lithium-air, plomb-acide, nickel-cadmium, nickel-hydrure mtallique, sodium-soufre, chlorure de sodium, etc.

Selon les matriaux utiliss dans les lectrodes et dans llectrolyte, on distingue diffrents types debatteries et de spcificits (capacit de puissance, dnergie, dure de vie).

Figure 12 - Stockage inertielSource : CEA


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Tableau 2- Comparatif des diffrentes technologies de batteriesSource : Avem

Pb Ni-Cd Ni-Mh Ni-Zn Zebra LMP Li-ion Li-Po LiFePo4 Li-airWh/kg 40 60 90 80 120 110 150 190 110 1000

Dure de vie(cycles)

500 2 000 1 500 nc nc 1 800 1 000 2 000 2 000 nc

Lassemblage daccumulateurs est ensuite reli un circuit dlectronique de puissance pour fournirde llectricit en courant alternatif, tension et puissance choisies. Lavantage des batteries

lectrochimiques est quelles peuvent tre dimensionnes selon lusage souhait: secours,stabilisation des rseaux, etc. Elles peuvent donc tre implantes petite ou grande chelle (Ni-Cd Fairbanks, Alaska ou encore NaS au Japon, aux USA, etc.).

b. Batterie circulation (Red-ox flow)La batterie circulation est une batterie dont la spcificit est que les ractifs sont en solution dansdeux lectrolytes diffrents, un pour lanode et un pour la cathode : ils sont donc stocks dans deuxrservoirs spars et circulent dans deux demi-cellules distinctes.

Les ions communs aux deux lectrolytes peuvent circuler dune cellule lautre travers unemembrane semi-permable. Les lectrolytes sont maintenus en permanence en circulation grce

des pompes pour assurer le renouvellement des ions ractifs.Le principal avantage de cette technologie est le dcouplage puissance/nergie : la capacit enpuissance dpend du dimensionnement de la cellule tandis que la capacit en nergie dpend duvolume des rservoirs dlectrolytes.

Figure 13 - Batterie lectrochimiqueSource : CEA

Figure 14 - Batterie circulationSource : CEA


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c. Stockage sous forme dhydrogneLe principe du stockage dlectricit sous forme dhydrogne repose sur llectrolyse de leau. Celle-ci est effectue en heures creuses, quand llectricit est peu chre, afin de dcomposer leau enoxygne et en hydrogne. Ensuite, on comprime, liqufie ou bien stocke sous forme dhydrure

mtallique cet hydrogne. La transformation inverse, pour rinjecter de llectricit sur le rseau partir de lhydrogne stock, peut se faire grce trois procds:

alimenter une pile combustible, synthtiser du gaz naturel par mthanation pour ensuite alimenter une centrale gaz ; utiliser lhydrogne dans une centrale gaz spcifiquement conue cet effet.

Ce systme a pour avantage le fait que lnergie et la puissance stockables sont dcouples : lacapacit en nergie stockable dpend de la taille des rservoirs (de quelques heures plusieurs

jours) tandis que la capacit en puissance dpend de llectrolyseur.

Un inconvnient est que llectrolyseur et la pile combustible dgagent de la chaleur, entranantpotentiellement une perte dnergie de 20 50%. Une solution pour amliorer le rendementconsisterait valoriser cette chaleur dissipe.

3. Moyens de stockage grande chelleCes systmes de stockage sont plutt destins un fonctionnement au niveau du rseau ou desystmes de production intermittente de grande puissance : oliens, photovoltaques,houlomoteurs, etc. Ce sont plutt des systmes ayant de grandes capacits en nergie, donc avecdes constantes de temps plus leves.

a. Stockage gravitaire : STEPDans ce systme de stockage, un rservoir deau appel bassin suprieur permet de stocker delnergie potentielle gravitaire. En priode de forte demande lectrique, leau du bassin suprieuralimente une turbine relie un alternateur pour produire de llectricit, pour terminer dans unbassin infrieur. En priode creuse, o llectricitest peu chre, la turbine rversible pompe leaude ce bassin infrieur pour lacheminer vers le bassin suprieur.

Figure 15Stockage d'hydrogneSource CEA


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Cest la solution de stockage la plus mature lheure actuelle, et la plus rpandue (4,3 GW depuissance installe en France). Malheureusement, les capacits hydrauliques dun pays sontnaturellement limites, et dans le cas de la France, offrent peu de perspectives de dveloppement.

De nouveaux types de STEP sont envisags notamment sur les littoraux : la mer reprsente le bassininfrieur et un rservoir suprieur est install sur la cte (ce sont les STEP marines).

b. Stockage par air comprim : CAES (Compressed Air Energy Storage)Durant les heures creuses, quand llectricit est bas prix, le compresseur comprime lair pour le

stocker dans des cavernes souterraines. Cet air comprim est ensuite envoy dans une chaudirepuis dans une turbine pour produire de llectricit grce un alternateur, selon le principe descentrales thermiques gaz classiques.

Le rendement de ce type de systme nest pas trs bon, autour des 0,5, mais reste meilleur que lerendement dune centrale gaz classique. De plus, une amlioration ltude aujourdhui vise rendre le cycle de charge/dcharge adiabatique, en stockant la chaleur mise lors de la compressionavant de la rinjecter au cours de la dtente.

Figure 17 - Stockage par air comprimSource : CEA

Figure 16 - Stockage gravitaireSource : CEA


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II. Comparatif des technologies de stockage stationnaireIl existe aujourdhui de nombreuses solutions de stockage plus ou moins matures la disposition desacteurs du systme. Il ny a pas de solution qui soit meilleure quune autre de manire absolue,chacune est adapte des besoins diffrents. Il est donc ncessaire dtudier en amont les

spcificits de la solution de stockage qui permettront de rpondre aux besoins de lapplication.

Pour comparer les technologies de stockage, plusieurs aspects doivent tre pris en compte :

En premier lieu, il est ncessaire de bien dfinir le cahier des charges dfinissant les spcificationstechniques suivantes :

les capacits en puissance et en nergie : selon lapplication, on devra opter pour unesolution de stockage plutt dimensionne en puissance ou en nergie. De ce choix dedimensionnement dpend le temps de dcharge (ratio nergie/puissance) :

le temps de raction indique la ractivit du moyen de stockage ; la densit nergtique qui conditionne le volume et le poids du systme ; le rendement ; la dure de vie (nombre de cycles de charge/dcharge).

Ce cahier des charges technique permet notamment de dterminer si la solution de stockage doittre centralise (solution grande chelle) ou au contraire implante de manire diffuse sur lerseau (solution petite chelle).

Source CEA

Source ENEA Consulting

Figure 19 - Cartographie des systmes de stockage selon leur temps de dcharge et puissance typiques


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Le second critre entrant en ligne de compte est conomique. Les solutions de stockage lheureactuelle sont encore chres en termes dinvestissement, et ne peuvent rivaliser avec les solutionsplus historiques comme les centrales thermiques. La viabilit conomique dune solution de stockageest une condition essentielle qui doit tre dmontre pralablement son installation. Deux critresconomiques doivent donc tre tudis : les cots dinvestissements et les cots oprationnels et de

maintenance.On trouve en page suivante un tableau comparatif des diffrentes solutions de stockage selon descritres techniques et conomiques (nous ne prsentons dans ce tableau que les technologiessuffisamment matures pour potentiellement figurer dans notre scnario.

Un troisime point de comparaison important est le niveau de maturit des diverses solutions destockage elles-mmes, prsent ci-dessous :

Ainsi, les capacits de stockage installes aujourdhui dans le monde sont essentiellement des STEP,des CAES et des batteries :

Figure 21 - Capacit mondiale installe pour le stockage d'lectricitSource : Fraunhofer Institute, EPRI, EDF R&D

Figure 20 - Niveau de maturit des diffrentes technologies de stockage stationnaire dlectricitSource : Enea consulting


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Tableau 3 - Comparatif des technologies en termes techniques et conomiques

Sources : CEA, DGEC, EPRI, Bernard Multon (ENS Cachan)

Technologie SMESSuper

condensateurVolant

dinertieBatterie

lectrochimiqueBatterie circulation

Stockagedhydrogne

CAES STEP

Forme dnergie Magntique Electrostatique Mcanique Chimique Chimique carburant Mcanique Mcanique

Densit dnergie(hors quipementsannexes)

1 5 Wh/kg 2 10 Wh/kg 1 5 Wh/kg 20 120 Wh/kg 10 30300 600

Wh/kgNA

1kWh/pourune chute de

360m

Capacit Qq kWh Qq kWhQq kWh qq

10 MWhQq kWh qq

MWh

Qq MWh qq 100MWh

10 kWh 10GWh

10 MWh 10 GWh

1 100 GWh

PuissanceQq kW qq

MWTension 2,5 V

Qq kW qq 10MW

Qq kW 10 MW Qq MW 1 kW 1 GW

10 MW(rservoirs) 500 MW(caverne)

0,1 2 GW

Dlai de raction 8ms 3s 5ms 1ms 1ms 100ms 1 min 10 min

Cyclabilit10 000 100 000

10 000 100 000

10 000 100 000

500 4 0004 500 6 000

25 ans 11 00011 000 18 000

Rendementlectrique

0,8 0,8 >0,9 0,85 0,95 0,7 0,8 0,65 0,9 0,30 0,50 0,5 0,65 0,8

Cot

dinvestissement parunit dnergie(/kWh)

500 72 000 10 000 20 000

150 2 000

(massif) 25 000(composite)

Lithium :500 1 500

NaS :1 000 3 000

100 400


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Synthse : technologies les plus adaptes aux principaux services rendus au systme

Le tableau rsulte de la confrontation des capacits en puissance et en nergie, des temps de rponse et des densits en nergie des technologies (tableau 3),avec les caractristiques requises pour rpondre aux diffrents besoins. Il ne prend pas en compte laspect conomique(trait plus tard).

Tableau 4 - Technologies adaptes aux diffrents besoins

Application Puissance

dchargeEnergie

rponseCentralis /Dcentralis

STEP CAES H2Batterie

NaSBatterieRedox

BatterieLi-ion

Volantdinertie

Supercapacit

SMES

Qualit du signal,stabilisation desrseaux

< 1 MW Sec < 0,2 MWh < 8 ms dcentralis

Rserve depuissance primaire

1 100 MW < 30 min0,5 50

MWh< 30 s dcentralis

Stockage rsidentiel 4 kW 6 h 24 kWh < 1min dcentralis 1

Lissage de la pointeindustrielle

Qq MW 1 h Qq MWh < 1min dcentralis

Intgration des Enr Qq 10 MW 2 hQQ 10MWh

< 1min dcentralis

Rserve de puissancesecondaire

10 1000 MW < 30 mn5 500MWh

< 15 min centralis 1 1

Rserve tertiaire > 10MW Qq h >10MWh < 13 min mix

Arbitrage prix10 MW 500

MW6-10 h

0,06 5GWh

< 30min mix 1 1 1

Secours 1 MW 24 h 24 min centralis1

1 1 1


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Proposition dvolutions rglementaires

Le contexte lgislatif et rglementaire actuel franais comporte peu de dispositions sur le stockage

dlectricit. Les zones insulaires ont dj mis en place des rglementations pour encadrer sonintgration dans les systmes lectriques mais de nombreuses volutions sont prvoir pourfavoriser le dveloppement du stockage en mtropole.

I. La rglementation franaise actuelle1. Les zones insulaires

Les territoires insulaires (Corse, Guadeloupe, Martinique, La Runion, Guyane) sont des rgions trsfavorises en matire de conditions climatiques (soleil, vent) et ont donc beaucoup investi ces

dernires annes dans les moyens de production dnergies renouvelables intermittentes. Ainsi,dans certains DOM, les 30% dnergies intermittentes installes acceptables ont dj t dpasss,comme le montre le graphe ci-dessous :

Figure 22 : Puissance intermittente acceptable vs. Puissance intermittente installe dans les zones insulairesSource : EDF SEI

Afin dviter les dconnexions frquentes dues des surproductions dnergies renouvelables, un

appel doffre a t lanc par le gouvernement franais en 2010 : i l porte sur la constructiondinstallations oliennes dans les zones insulaires et prvoit notamment la mise en place dedispositifs de stockage dlectricit et de prvision de production associs ces nouvellesinstallations. Un appel doffre similaire a t lanc en 2011, portant sur le photovoltaque etcomportant galement des conditions de stockage dlectricit et de prvisions journalires deproduction.

2. La situation mtropolitaineEn France (et dans lUE) lexploitant dun systme de stockage doit sacquitter de frais daccs auxrseaux lors du soutirage puis de la rinjection de llectricit stocke, ce qui pnalise la rentabilit

des installations. Une analyse fine des conditions daccs pourrait permettre llaboration dunetarification mieux adapte pour les injections ou les soutirages sur le rseau.


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Daprs le Code de lnergie, les dispositifs de stockage peuvent bnficier dun contrat dobligationdachat uniquement dans le cadre de linjection sur le rseau et sils ne produisent pas proprementparler de lnergie. Lautoconsommation est galement reconnue, mais nest pas prise en comptedans ces contrats dachat dlectricit.

Il semble donc ncessaire de prendre ou de modifier certaines dispositions rglementaires vis--visdu stockage, afin de lui donner cadre propice son dveloppement.

II. Comment faire voluer la rglementation franaise ?Parmi les diffrents acteurs que nous avons interviews au cours de ce projet, les avis se rejoignentplus ou moins sur les verrous rglementaires essentiels au dveloppement du stockage. De surcrot,tous saccordent dire que lobjectif est de dvelopper des comportements vertueux. Ainsi, nousavons pu dgager quelques points rglementaires ncessaires au dveloppement du stockage.

1. Cration du statut doprateur de stockageLe contexte de rgulation europen actuel multiplie les acteurs au sein du systme nergtique etlimite le potentiel du stockage (rseau, producteur, fournisseur, distributeur, utilisateur).Actuellement, il nexiste pas de cadre rgulateur clair et harmonis pour le stockage et lune desgrandes problmatiques de linsertion du stockage dans le systme lectrique est de savoir qui peutpotentiellement piloter le stockage.En effet, si un pilotage centralis parat tre la meilleure solution pour grer des solutions destockage diffuses et pour obtenir un optimum conomique global, on pourrait imaginer que lesgestionnaires de rseau seraient les plus mme de remplir cette fonction. ERDF et/ou RTE

pourraient donc tre propritaires ou exploitants des solutions de stockage implantes sur le rseau.Cependant, le code de lnergie ne prvoit pas la possibilit pour les gestionnaires de rseauxdinvestir dans des dispositifs de stockage, et ils nauraient, en aucun cas, le droit de vendrellectricit stocke.

Afin de rentabiliser les units de stockage, il faut mutualiser plusieurs services sur un mmedispositif : RTE, ERDF pourraient uniquement tre consommateurs de certains services, et lesdispositifs de stockage pourraient par exemple appartenir aux producteurs, ou des agrgateurs destockage. Il faudrait nanmoins crer un statut spcifique pour les stockeurs, qui pourraitsappliquer non seulement aux producteurs industriels, aux agrgateurs, mais galement auxconsommateurs.

On peut galement imaginer la cration dun statut dagrgateur de stockage, qui agrgerait descapacits de stockage diffus telles que le stockage rsidentiel. La rgulation aurait donc pour rle dedfinir un cadre au dveloppement du stockage, et lexploitant serait libre de grer sa solution destockage et de louer certains services aux gestionnaires de rseau par exemple, comme ce qui peutse faire actuellement chez les agrgateurs deffacement.Sans la cration de ce statut juridique doprateur de stockage, le dveloppement du stockage seradifficile.


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2. Cration dun tarif dautoconsommationNous avons mis en vidence dans la premire partie le vif intrt que suscite le stockage dans lecadre de la production intermittente, notamment si les dispositifs de stockage sont placs en soutiendirect des units de production dEnR. Cet aspect concerne galement les consommateurs

particuliers qui peuvent installer des panneaux photovoltaques. Grce aux systmes de stockage, unconsommateur (particulier ou industriel) peut contrler sa consommation dnergie en dcidant soitdautoconsommer sa production dEnR soit de la stocker en cas de surproduction.

Cependant, compte tenu du niveau du tarif de rachat des nergies intermittentes, qui est plus levque le prix de llectricit, il est plus intressant pour le consommateur de rinjecter sa productiondEnR sur le rseau puis de racheter de llectricit pour la consommer que dautoconsommer saproduction dEnR, surtout quand la production et la consommation des foyers sont asynchrones.Ainsi, en instaurant un tarif dautoconsommation, on inciterait les consommateurs non seulement lautonomie nergtique, mais on vite galement des renforcements de rseau qui viseraient supporter linjection dune tropforte production photovoltaque ou olienne.Nanmoins, nous nutiliserons pas cette hypothse dans nos scnarios, nayant aucune donneprcise relative des tarifs dautoconsommation.

3. Vers une production conventionnelle dEnRGrce lintgration du stockage en soutien direct de la production dEnR, les problmesdintermittence seraient en trs grande partie rsolus et les producteurs dEnR pourraient treconsidrs comme des producteurs conventionnels. Ainsi, les tarifs dobligation dachat des nergiesintermittentes pourraient tre supprims et les producteurs dEnR auraient la possibilit departiciper aux marchs de lnergie, de capacit, au mcanisme ajustement, ou encore de seproposer comme rserve primaire ou secondaire. Par exemple, un parc olien devrait pouvoir

proposer 100 % de sa puissance en rserve primaire (donc obligatoirement grce un systme destockage).


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Vision prospective pour 2030

I. Mise en place des hypothsesLobjectif de cette tude tant dtablir un scnario dimplantation du stockage lhorizon 2030, ilest important de commencer par se doter dune vision raliste de lvolution de la situation sousplusieurs aspects :

situation doffre/demande en France en 2030 ; services valorisables ; volution des technologies (maturit, cot).

1. Hypothses sur lvolution de loffre et de la demandePour fonder notre modle conomique sur des bases ralistes, nous sommes partis dun travailprospectif ralis par RTE : Bilan prvisionnel de lquilibre offre-demande dlectricit en France.

Cette tude sappuie sur quatre scnarios dvolution de lquilibre offre/demande : un scnariomdian, un scnario consommation forte, un scnario nouveau mix et un scnario croissance faible.

Nous dcidons de partir du scnario mdian, qui se fonde sur les paramtres suivants :

Tableau 5 - Hypothses prises en compte pour le scnario mdian

Principales hypothses pour le scnario mdian Valeur

Taux de croissance annuel moyen du PIB en volume de sur la priode 2011-2030. 1,75 %

Croissance dmographique

Population en 2030 (millions) 68,5

Nombre de mnages en 2030 (millions) 32,3

Population active en 2030 (millions) 29,7

Efficacit nergtique en 2030 (TWh) 82,4

Part du nuclaire 63 %

Part des Enr 29 %

InterconnexionsCapacits supplmentaires lexport (GW) Capacits supplmentaires limport (GW)

67

Ces hypothses poses, RTE a dvelopp tout le scnario mdian dquilibre offre/demande pour la

France en 2030.

En particulier, on note les lments suivants qui pourront servir dans notre propre tude :


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Tableau 6 - Paramtres d'Offre/demande issus du scnario mdian

Paramtres dOffre/demande Valeur

Demande

Demande totale annuelle (TWh) 540

Dont Industrie130

OffreOffre olienne offshore (GW)Offre olienne terrestre (GW)Offre photovoltaque (GW)Capacits supplmentaires ncessaires en moyens de pointe (GW)Renforcement du rseau de transport (G) (source UFE)Renforcement du rseau de distribution (G) (source UFE)

52520

11,540

100

2. Hypothses sur les services valorisablesComme nous lavons montr dans la premire partie de ce rapport, le stockage pourrait rendre denombreux services aux producteurs, aux gestionnaires de rseaux, aux consommateurs rsidentielscomme industriels et plus gnralement la socit. Nanmoins, tous ces services ne sont pasvalorisables, cest--dire quils ne donnent pas tous lieu une rmunration du stockeur. Or ce pointest bien essentiel pour un ventuel dveloppement du stockage en France.

Aujourdhui, comme nous lavons expliqu dans la partie sur les modles rglementaires, la Francena pas encore mis en place les outils juridiques et lgislatifs ncessaires limplantation du stockage.Nanmoins, condition que la rglementation volue dans ce sens, certains mcanismes existantsaujourdhui permettraient de valoriser certaines applications.

Dans ces conditions, les services potentiellement valorisables en France mtropolitaine en 2030seront :

Tableau 7 - Services valorisables en 2030 en France mtropolitaine

Services valorisables Mcanismes de rmunration

Arbitrage prix Marchs Epex/Spot

Rserve de puissance primaire Rmunration des services systme

Rserve de puissance secondaire Rmunration des services systme

Rserve dnergie Rmunration du mcanisme dajustement

Capacit de pointe Rmunration via le march de capacitLissage de la consommation industrielle Gains sur la puissance souscrite et les dpassements (tarifs)

Intgration des EnrReport des investissements rseaux et rmunration des services

systmes

Nanmoins, pour amortir le cot dinvestissement important des technologies de stockage, cesservices doivent tre mutualiss. Ainsi il faut trouver les bonnes combinaisons technologies/servicesmutualiss pour obtenir un optimum conomique viabilisant linvestissement dans la solution destockage.


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3. Choix des technologies pour le scnario

a. Hypothses sur la maturit des technologiesEn termes de maturit des technologies de stockage horizon 2030, nos entretiens avec trois acteursmajeurs concerns par le stockage que sont EDF SEI (production et distribution intgrs), ERDF(distribution) et SAFT (fabricant), nous ont permis de faire voluer la figure 20 reprsentant lamaturit des technologies en 2012 vers la figure suivante :

b. Freins au dveloppement de certaines technologiesCertaines technologies se heurtent des obstacles notables :

les STEP marines se heurtent lacceptabilit de la socit quant la remonte en bassindeau de mer.De laveu dEDF SEI, il y a peu de chances pour quon les voit se dvelopper

en France mtropolitaine ;

le stockage dhydrogne est trs proche des STEP et CAES en termes de comportementtechnique mais avec un rendement beaucoup plus faible et un cot dinvestissement plus

lev ;

les super-condensateurs sont chers et adapts de trs rares situations (uniquement de

linjection courte pour rglage du signal).

Figure 23 - Niveau de maturit des diffrentes technologies de stockage stationnaire dlectricit en 2030


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les SMES peuvent difficilement coupler les services cits prcdemment et sont destinsspcifiquement aux injections trs courtes pour amliorer la qualit du signal. En outre,

la faible densit nergtique et le processus cryognique sont dimportants freins leur

dveloppement ;

les batteries circulation pchent par leur faible densit nergtique, la complexit deleur architecture, les cots de maintenance et surtout le risque de fuite de llectrolyte.

Elles ont des rendements infrieurs aux batteries Li-ion et cotent plus cher. Bien

quelles puissent atteindre des temps de dcharge bien suprieurs, la faible densit

nergtique ne permet pas de menacer les STEP ou les CAES ;

Nous ne voyons donc pas un dveloppement significatif sur le territoire franais destechnologies voques dans les 5 points ci-dessus.

en ce qui concerne les technologies de batteries classiques, nous voyons essentiellementun dveloppement des batteries Li-ion pour le stockage, pour les raisons suivantes :

o elles ont un trs bon rendement ;o les filires de fabrication sont dj bien en place ;o le cot du MWh est en constante diminution ;o SAFT (fabricant leader du secteur) axe sa stratgie sur cette technologie.

c. Hypothses sur le rendement et le cot des technologiesPour ce qui est des cots et des rendements des technologies, voici les hypothses que nous ferons :

Tableau 8 - Hypothses d'volution des caractristiques technologiques et des cots

TechnologieRendement Cot(/kW) Cot(/kWh) Dure

de vie2012 2030 2012 2030 2012 2030

STEP 80 % 85 %600 1 500

600 60 ans

CAES (2012)A-CAES (2030)

50 % 70 %500 1 000

750 40 ans

Batterie Li-ion 75 % 85 % 1 000 500 12 ans

Volant dinertie85 %

95 %90 %

300

3 000350 20 ans

Source pour les chiffres A-CAES :

Adiabatic Compressed Air Energy Storage for the Grid Integration of Wind Power

Stefan Zuft, Christoph Jakiel, Martin Koller and Chris Bullough

Nous ne donnons ici que les cots qui nous seront ncessaires : en effet, pour les STEP et les CAES,llment dimensionnant pour le cot dinvestissement sera la puissance. Les batteries Li-ion sonttrs chres au kWh ; plus on souhaitera allonger le temps de dcharge plus le cot dinvestissementsera important. Enfin le volant dinertie ne sera utilis quen puissance sur des plages de temps trscourtes, que seule la puissance pourra dimensionner.


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d. Hypothses sur les capacits installes horizon 2030En ce qui concerne les STEP, si la totalit des capacits hydrauliques prvues dans la ProgrammationPluriannuelle des Investissements de production dlectricit sur la priode 2009-2020 est quipede turbines rversibles, les capacits supplmentaires en STEP seront de 3 GW. La limite en capacits

hydrauliques de la France sera alors proche et nous ne tablons pas sur des capacits supplmentairespour la priode 2020-2030 :

capacits supplmentaires en STEP dici 2030: 3 GW.Quant aux autres technologies, avec les hypothses de diminution des cots et daugmentation desrendements prsentes ci-dessus, et en tenant compte de linertie du dveloppement des filires etdes projets, lUnion Franaise de llectricit (UFE) prvoyait en novembre 2011 dans sa publication lectricit 2030 les capacits suivantes :

capacits supplmentaires en A-CAES dici 2030: 1 GW ; capacits supplmentaires en batteries Li-ion dici 2030: 1 GW ; capacits supplmentaires en volant dinertie dici 2030 : 1 GW.

Il est difficile denvisager un dveloppement plus massif des capacits de stockage dici 2030, comptetenu du cot bien trop lev aujourdhui des technologies hors STEP.


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II. Scnario conomiqueLes parties prcdentes ont montr que ces technologies taient plus ou moins adaptes auxdiffrents besoins du systme et que pour rendre le stockage viable, il sera ncessaire de conjuguerles applications pour optimiser la rmunration.

Ainsi, en considrant que les mcanismes actuels seront encore prsents en 2030, on pose :

Tableau 9 - Services rendus par chaque technologie

TechnologieArbitrage

prixRserveprimaire

Rservesecondaire

Rservednergie

Marchde

capacits

Report desrenforcements

rseaux

Lissage dela conso

industrielle

STEP

A-CAES

BatterieLi-ionVolantdinertie

On nattribue au volant dinertie que de la rserve primaire, car cette technologie cote trs cher etnest pas trs adapte avoir une capacit nergtique importante, ncessaire au report desrenforcements rseaux.

1. Valorisation des servicesa. Arbitrage prix

La valorisation de ce service est assez simple. Il sagit pour lexploitant de la solution de stockage decharger pendant les priodes o llectricit est peu chre (heures creuses) pour se dcharger aumoment o elle est maximale (heures de pointe).

Si lon pose:

(Sur lanne 2012, les prix moyen pointe et hors pointe taient 63 /MWh et 48/MWh; nous avonsopr une diminution de 12 % du prix moyen hors pointe pour 2030 cohrent avec laugmentationdans le scnario mdian de la part des nergies sans cots marginaux.)

Alors on a :

( )


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b. Rserves primaire et secondaireLes rserves de puissance primaire et secondaire sont mises disposition de RTE pour tre actives la hausse ou la baisse selon les besoins du rseau. La rserve primaire doit pouvoir tre active enmoins de 30 secondes aprs rupture de lquilibre quant la rserve secondaire, cest en quelques

minutes.La rmunration de la puissance primaire et secondaire mise disposition de RTE est :

Capacit (Rserves primaire et secondaire) :

Energie (Rserve secondaire uniquement) : Source des donnes :RTE, Document technique de rfrence, Chapitre 8 Trames-type

Article 8.10 Modle de contrat de participation aux services systme,

4.4 Rmunration du Responsable de Programmation pour sa contribution au rglage de la frquence, p 21

Le processus dlaboration de la prescription, qui seffectue en J-1, se base sur des estimations

prcises des besoins de la part dRTE. On considrera que 90% de la rserve secondaire mise disposition J-1 pour une plage horaire est rellement active J. Ainsi, condition dallouer enpermanence une part de sa puissance la rserve de puissance, on a la valorisation suivante :

Recette due la capacit mise disposition (rserves primaire et secondaire) : Recette due lnergie active (rserve secondaire) :

c. Mcanisme dajustementLe mcanisme dajustement fait partie de la rserve tertiaire. Elle est active non plusautomatiquement mais sur appels tlphoniques lorsque la rserve secondaire est puise. Ellermunre lnergie rellement active et non pas une puissance mise disposition.

Les volumes activs sont :

la hausse : 3,5 TWh annuels soit 9,6 GWh par jour un prix moyen de 70 /MWh; la baisse : 3,9 TWh annuels soit 10,7 GWh par jour un prix moyen de 50 /MWh.

Ainsi la valorisation de ce service est la suivante :

d. March de capacitsLe march de capacits qui dbutera en France en 2015 est une incitation linvestissement dansdes moyens de pointe. Il rmunre la mise disposition de capacits aux heures de forte pointe, soitenviron 400 heures par an. Une diffrence majeure avec la rserve de puissance est lchelle detemps : ici, loffre de capacit se ngocie 3 ans lavance (la rserve de puissance est propose laveille pour le lendemain). La seconde diffrence importante est que la capacit vendue sur le marchde capacit est cumulable avec les autres usages. Les prvisions actuelles placent la rmunrationvers 30 /MW par heure de mise disposition.

La valorisation est trs simple :


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e. Report des renforcements rseaux (dus limplantation dnergiesintermittentes)

La premire tape pour cette valorisation consiste estimer la part des renforcements du rseau dedistribution prvus dici 2030 qui est due aux nergies intermittentes (le rseau de distribution est le

principal concern).Ainsi, la comparaison entre les diffrents scnarios UFE pour 2030 permet de dterminer lasensibilit des investissements rseaux laugmentation de 1 W dEnr:

Il suffit alors de multiplier cette valeur par la capacit en Enr terrestres qui seront installes dici2030 :

Retirons maintenant la part de ces renforcements rseaux due la construction des lignes ddiesposte-source/parc olien : 50 %.

Maintenant, dimensionnons la capacit de stockage : on souhaite quelle soit capable dabsorber unesurproduction olienne hauteur de 40 % de sa puissance nominale pendant au minimum 3 heures.Cela nous donne :

3Les renforcements rseaux reports sont donc :

pour 911 MW de batteries Li-ion (on verra plus tard que le reste des batteries sera

chez les industriels) : pour 1GW de A-CAES :

Afin de reporter ces renforcements rseaux, il faut que la batterie soit ddie 100 % cette tchedurant les priodes de surproduction. Calculons maintenant le nombre dheures annuelles desurproduction dune olienne:

le facteur de charge moyen dune olienne est de 20 %. Elle produit donc virtuellement

pleine puissance pendant 20 % de lanne; lolienne est en surproduction pendant les heures creuses de la journe, soit environ

6 heures ;

cela nous donne un total de :

Enfin un dernier paramtre prendre en compte lorsque nous calculerons le TRI (taux de retour surinvestissement), est la dure de vie dune batterie, estime dans notre cas 12 ans en 2030.Compare la dure de vie dune ligne qu i est plutt 40 ans, on comprend que le gain rapport une batterie est moindre.

On calcule donc le gain annuel rapport (on calcule le cot du capital dERDF au taux rel avantimpt de 5,5 %, correspondant au taux nominal avant impt de 7,25%) :


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Nous avons donc dtermin les gains annuels quapportent nos technologies de stockage en termesde report dinvestissement rseaux. Pour que ces gains soient effectifs, nous avons montr que lestockage doit tre ddi cette tche 100 % pendant 438 heures chaque anne. Le reste du tempspeut tre consacr dautres applications.

f. Lissage de la consommation industrielleCette application est destine un certain profil dindustriels: on parle de moyenne grandeindustrie, avec un profil de consommation journalire qui contient une pointe forte et relativementcourte, par exemple le matin, au moment du redmarrage dun certain nombre de machines et lallumage des chauffages dans les bureaux.

On donne un exemple de profil de consommation :

Le tarif vert A8 dEDF en France (au-dessus de 3 MW au compteur) est constitu dune primeannuelle fixe proportionnelle la puissance souscrite laquelle sajoute une tarification de lnergieconsomme, avec diffrentes plages de tarifs selon lheure de la journe et la saison.

Le gain le plus significatif concerne la prime de puissance souscrite, mais lindustriel gagneragalement un peu sur le plan de lnergie consomme.

Dautre part, le tarif vert dEDF prvoit des pnalits importantes sur les dpassements occasionnels

de puissance souscrite. Un dimensionnement intelligent de la batterie permettrait dabsorber tousles dpassements et ainsi dviter ces pnalits importantes.

Enfin, le fait de lisser sa consommation au moment de la pointe nationale (sil y a concordance,comme sur notre exemple) permet de proposer RTE des capacits deffacement et dtrermunr.

Dimensionnement de la batterie :

Dans notre cas, on souhaite quelle puisse absorber 2MW de puissance pendant au moins 1 heure. Sion ajoute cela labsorption des dpassements, qui peuvent atteindre 1 MW pendant 15 minutes,notre batterie doit au moins pouvoir absorber 3 MW pendant 15 minutes et 2 MW pendant 45minutes. Donc les caractristiques minimales pour notre batterie sont 3 MW, soit 2,25 MWh. Afin de

ne pas user trop vite la batterie, il faut viter les cycles de charge et dcharge complets. Nouschoisirons donc une batterie de : .

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

0h 4h 8h 12h 16h 20h

Puissance(kW)

Courbe de charge sansstockage

Courbe de charge avecstockage

Figure 24 - Exemple de profil de consommation pour une grande industrie


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Calcul des recettes annuelles :

prime fixe annuelle (vert A8) : 97,32 /kW souscrit.Le calcul de la puissance souscrite est un peu complexe (mais trs bien expliqu sur la fichedescriptive du tarif vert sur le site dEDF). Ainsi, dans notre exemple, on ne gagne pas 2 MWde puissance souscrite, mais seulement 1,67 MW.

Do un gain sur puissance souscrite de :

le gain sur lnergie consomme se calcule en sommant les gains, suivant les diffrentestarifications de la priode 8 h-10 h au cours de lanne. On obtient :

le gain sur les dpassements est simple : pour 10 dpassements annuels dont 6 en pointe

et 4 en heures pleines hiver (selon la pri

etude projet elect

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