Le stockage difficile de l’électricité renouvelable, un frein au développement de cette énergie

Le stockage d’électricité grâce à l’hydrogène est aujourd’hui un des piliers de la transition énergétique. Il permet en effet d’apporter une réponse aux principaux freins au développement des énergies renouvelables : leur intermittence et leur saisonnalité, ainsi que la difficulté à les stocker.

Les énergies renouvelables, de l’électricité de façon intermittente

La performance des actifs renouvelables, comme les éoliennes et les panneaux solaires, est aujourd’hui très variable et difficile à prévoir. Elle dépend en effet des conditions météorologiques. Une éolienne produira davantage d’électricité lors d’une journée venteuse. De la même manière, un panneau solaire photovoltaïque produira plus d’électricité pendant une journée très ensoleillée que pendant une journée où le temps est couvert. Les énergies éolienne et solaire sont alors des énergies que l’on appelle énergies intermittentes.

Les énergies renouvelables ont également une saisonnalité. A titre d’exemple, une centrale solaire en France produira en moyenne quatre fois plus d’électricité en août qu’en décembre.

Cette saisonnalité joue en la défaveur du développement des énergies renouvelables. Ces actifs produisent en effet en moyenne plus d’électricité pendant les périodes où la demande globale en électricité est la plus faible. C’est par exemple en été que les centrales solaires fournissent le plus d’énergie. Il s’agit néanmoins de la saison où la consommation énergétique des bâtiments est la plus faible.

Bon à savoir

A un instant T, la quantité d’électricité injectée sur le réseau électrique français doit être strictement équivalente à la quantité d’électricité sortante. Maintenir cet équilibre est la mission d’acteurs appelés responsables d’équilibre. En cas de production d’électricité de façon excédentaire, cette électricité est donc immédiatement perdue. C’est en cela que la saisonnalité et l’intermittence de la production électrique renouvelable entrave leur développement.

Le stockage de l’électricité est aujourd’hui limité et très coûteux

Le stockage d’électricité permettrait de répondre à ces différentes limites.

Aujourd’hui, le mode de stockage le plus utilisé de l’électricité est l’usage de batteries lithium-ion. Ces batteries permettent de stocker des quantités d’électricité faibles à moyennes, sur une durée allant de quelques heures à quelques jours. Elles ne permettent pas de stocker l’électricité à l’échelle de mois ou de saison. Si leur rendement est relativement élevé (de l’ordre de 70 à 80 %), leur coût et leurs capacités de stockage restreintes en volume et en durée en font une alternative limitée.

Le stockage d’électricité à l’aide d’hydrogène représente une alternative de premier choix. Il permet en effet stocker de l’électricité pendant plusieurs mois, et en quantité bien plus importante. D’après l’article « Stockage de l’électricité, où en est-on ? » paru sur Le Monde de l’Energie, il est ainsi possible de stocker jusqu’à 10 GWh grâce au Power-to-Power. Cela correspond à la consommation en électricité d’environ 100 000 habitants, pendant deux semaines.

IFP Energie Nouvelles (anciennement appelé l’Institut français du pétrole) va alors jusqu’à affirmer dans Tout savoir sur l’hydrogène que « le stockage d’énergie sous forme d’hydrogène permet de pallier l’intermittence des énergies renouvelables (éolien et solaire) en optimisant la capacité de production électrique ».

Service gratuit

Un conseiller spécialisé vous aide dans vos démarches

Déménagement, résiliation, coupure, devis personnalisé, question sur votre facture, le spécialiste énergie de Choisir.com vous aide par téléphone !

De 8h à 20h du lundi au vendredi, le samedi de 9h à 17h

vous préférez être rappelé ?

De 8h à 20h du lundi au vendredi, le samedi de 9h à 17h

Comment s’effectue le stockage de l’électricité par hydrogène ?

Regardons maintenant comment il est possible de transformer l’électricité renouvelable en hydrogène, puis de retransformer l’hydrogène en électricité dans le but de la consommer.

Comment fabriquer de l’hydrogène à partir d’électricité ?

L’hydrogène peut être produit à partir d’eau et d’électricité, grâce à un électrolyseur. On appelle ce phénomène l’électrolyse de l’eau.

Pour bien comprendre ce phénomène, revenons sur la composition d’une molécule d’eau. Cette molécule est également connue via sa formule chimique : H2O. En regardant de plus près cette formule, on constate alors qu’une molécule d’eau est constituée de deux atomes d’hydrogène et d’une molécule d’oxygène.

Bon à savoir

L’atome est aujourd’hui la plus petite particule existant à la surface de la Terre. Une molécule est un assemblage d’atomes différents ou identiques, unis par des liens chimiques. Il est possible de rompre ces liens chimiques. Les molécules sont alors divisibles, contrairement aux atomes.

L’électrolyse de l’eau consiste à faire passer un courant électrique dans l’eau. Elle libère une molécule de dihydrogène (H2) et une molécule de dioxygène (O2).

Comme on peut le constater, cette réaction chimique n’entraîne pas l’émission de gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone (CO2). L’électrolyse de l’eau permet donc de fabriquer un hydrogène vert. On parle également d’hydrogène propre ou d’hydrogène renouvelable.

Bon à savoir

Aujourd’hui, la quasi-totalité de l’hydrogène est produite à partir d’énergies fossiles. Il peut notamment être issu du vaporeformage de gaz naturel ou de la gazéification du charbon de bois. Il s’agit d’un procédé très polluant car fortement émetteur de gaz à effet de serre.

Comment fabriquer de l’électricité à partir d’hydrogène ?

Nous avons vu comment il était possible de produire de l’hydrogène à partir d’électricité par électrolyse de l’eau. Nous avons donc vu comment il était possible de stocker l’électricité issue d’actifs renouvelables comme les éoliennes ou les panneaux solaires.

A l’inverse, il est possible de fabriquer de l’électricité à partir d’hydrogène grâce à une pile à combustible (PAC). Les piles à combustible sont également appelées piles à hydrogène.

Comme le rappelle le Commissariat à l’énergie atomique (CEA) dans Comment ça marche ? L’électrolyseur et la pile à combustible, la pile à combustible est un générateur d’électricité qui va convertir de l’énergie chimique en énergie électrique.

Il existe différentes sortes de piles à combustible permettant de produire de l’électricité grâce à l’hydrogène. Parmi les plus répandues, on peut citer la pile à combustible à membrane échangeuse de protons dite PEMFC. Elle comporte deux électrodes appelées l’anode et la cathode. On y trouve également une membrane. Le dihydrogène (H2, comme évoqué précédemment) est introduit dans la pile au niveau de l’anode à l’état gazeux. Une réaction chimique s’y produit et permet de rompre la molécule de dihydrogène. La rupture provoque un dégagement d’électrons et de protons. Cette réaction est appelée une oxydation. Bloqués par la membrane, les électrons rejoignent la cathode via un autre chemin. Ce déplacement d’électrons crée un courant électrique. L’électricité stockée précédemment va alors être restituée. Les protons traversent eux la membrane sans difficulté, puis retrouvent les électrons et l’oxygène au niveau de la cathode. Une molécule d’eau H2O est alors créée.

Etapes pour stocker de l'électricité sous forme d'hydrogène
Source : Stockage de l’électricité grâce à l’hydrogène, Choisir.com.

Bon à savoir

L’expression anglophone Power-to-Power est de plus en plus utilisée pour désigner la transformation de l’électricité en hydrogène (Power-to-Gas), puis la transformation de cet hydrogène en électricité (Gas-to-Power). Le terme power est ici la traduction littérale du mot « électricité ».

Stockage et transport de l’hydrogène : des problématiques au cœur du développement du Power-to-Power

Entre le moment où l’hydrogène est produit par électrolyse de l’eau et le moment où il est retransformé en électricité, il doit être stocké. Cette question est au cœur du développement du stockage de l’électricité à l’aide d’hydrogène.

Stocker l’hydrogène n’est pas chose aisée. Comme le souligne l’IFP Energies Nouvelles dans Tout savoir sur l’hydrogène, l’hydrogène doit être transformé de façon à augmenter sa densité pour pouvoir être stocké « dans un volume utilisable ». Il peut alors être stocké :

  • sous forme gazeuse, à haute pression ;
  • sous forme liquide, à très basse température puisque la température de l’hydrogène liquide avoisine les -250 °C ;
  • sous forme solide.

Il est notamment possible de stocker l’hydrogène dans des cavités salines souterraines. Cette méthode de stockage est au cœur du projet Stor’Hy, lancé par Storengy – une filiale d’Engie – en mai 2021 près de Nancy.

Bon à savoir

L’hydrogène est le gaz le plus léger de tout l’Univers !

L’hydrogène doit également être transporté entre son lieu de production et son lieu d’utilisation. La fiche de l’Association française pour l’hydrogène et les piles à combustibles dédiée au transport d’hydrogène nous apprend qu’il peut s’effectuer :

  • par pipes ;
  • par transport routier ou ferroviaire ;
  • par bateaux.

Bon à savoir

Le développement d’un réseau de transport d’hydrogène performant est capital pour l’essor du stockage d’électricité par production d’hydrogène. Une consultation a été lancée par GRTgaz et Teréga auprès des acteurs de la filière de l’hydrogène pour définir les contours des évolutions du réseau de transport d’hydrogène.

Service gratuit

Êtes-vous sûr de ne pas payer votre électricité trop chère ?

Nos experts énergie calculent pour vous les économies que vous pourriez faire sur votre facture d’électricité

De 8h à 20h du lundi au vendredi, le samedi de 9h à 17h

vous préférez être rappelé ?

De 8h à 20h du lundi au vendredi, le samedi de 9h à 17h

Stockage de l’électricité par hydrogène : quelles perspectives de développement ?

Le stockage d’électricité grâce à l’hydrogène a de beaux jours devant lui. Le développement de la filière hydrogène bénéficie de nombreux appuis, que ce soit en France ou en Union européenne.

Un soutien affiché à l’échelle française et européenne

A l’échelle française, le plan hydrogène a été lancé en juin 2018 à l’initiative de Nicolas Hulot. Il fixe un objectif clair : 10 % de l’hydrogène doit être d’origine renouvelable – donc issu de l’électrolyse de l’eau – d’ici 2023. L’enveloppe dédiée à ce plan hydrogène est importante, puisqu’elle s’élève à 100 millions d’euros. Cette enveloppe est gérée par l’ADEME (agence de la transition écologique).

L’hydrogène fait également partie intégrante du plan France Relance, mis en place par l’Etat français dans le cadre de la pandémie de la covid-19.

En France, le développement du stockage de l’électricité via l’hydrogène est emmené par un projet appelé projet MYRTE. Cet acronyme signifie Mission hydrogène renouvelable pour l’intégration au réseau électrique. Ce projet rassemble différents acteurs de la filière comme l’Université de Corse, le CNRS, AREVA Stockage d’Énergie et le CEA.
Une pile à combustible permet de stocker l’électricité produite par une centrale solaire située en Corse, grâce à l’hydrogène. Comme le rappelle la Commission de régulation de l’énergie dans Développer le stockage d’électricité d’origine renouvelable dans les ZNI, « le démonstrateur consiste en une d’une plate-forme couplant 3 700 m2 panneaux photovoltaïques d’une puissance installée de 560 kW et un électrolyseur, qui convertit l’électricité en hydrogène et oxygène pendant les heures de faible consommation. Cette énergie est ensuite restituée via une pile à combustible, qui reconvertit l’hydrogène et l’oxygène en électricité sur le réseau pendant les heures de fortes consommations, c’est-à-dire le soir alors que les panneaux photovoltaïques ne produisent plus ».

A l’échelle européenne, la Commission européenne a communiqué en 2020 un certain nombre d’objectifs clairs relatifs au développement de la filière hydrogène. Ces objectifs sont les suivants  :

  • la création d’une infrastructure d’électrolyse de 6 GW au minimum. L’ambition est de produire jusqu’à 1 million de tonnes d’hydrogène vert entre 2020 et 2024 ;
  • accroître la capacité des d’électrolyseurs et la porter à 40 GWh. L’objectif est encore une fois chiffré : produire au moins dix millions de tonnes d’hydrogène vert au sein de l’Union européenne entre 2025 et 2030.

Bon à savoir

L’Alliance européenne pour un hydrogène propre (European Clean Hydrogen Alliance en anglais) rassemble des représentants de la société civile, les ministères de la Transition écologique des différents états de l’Union européenne, des collectivités territoires, la Banque européenne d’investissement et les acteurs de la filière hydrogène.

Quels sont les freins au développement du stockage d’électricité par production d’hydrogène ?

L’essor du stockage d’électricité par production d’hydrogène est aujourd’hui entravé par son coût, son faible rendement et par la difficulté à transporter et à stocker ce gaz.

Le coût du stockage par hydrogène est en effet relativement élevé. IFP Energies Nouvelles rappelle dans Tout savoir sur l’hydrogène que « l’hydrogène vert est très cher et ne pourra se déployer qu’à la condition de réduire les coûts sur l’ensemble de la chaîne de valeur, à commencer par le coût de production de l’électricité renouvelable (solaire, éolien) mais également celui des électrolyseurs ou des piles à combustible ». Ce coût s’explique notamment par le coût élevé des métaux utilisés dans les piles à combustible comme le platine.

L’efficacité énergétique du stockage par hydrogène est également limitée. Selon les technologies utilisées, son rendement est en effet compris entre 30 et 55 %. A titre comparatif, le rendement des batteries lithium-ion est proche de 100 %.

Bon à savoir

Jules Verne avait anticipé l’importance grandissante de l’hydrogène dans les années à venir. On peut lire dans L’Ile mystérieuse (1874) : « Oui, mes amis, je crois que l’eau sera un jour employée comme combustible, que l’hydrogène et l’oxygène, qui la constituent, utilisés isolément ou simultanément, fourniront une source de chaleur et de lumière inépuisables et d’une intensité que la houille ne saurait avoir. »

Le manque d’infrastructures de transport de gaz sur le territoire français nuit également au développement du stockage d’électricité par production d’hydrogène. Pour pouvoir être transporté, l’hydrogène doit en effet être soumis à haute pression ou compressé pour passer à l’état liquide. Il peut également être stocké sous forme solide. Ces processus de transformation sont à coûteux et énergivores. Ils diminuent donc à la fois le rendement financier et le rendement énergétique de l’hydrogène.

Accélérer la transition énergétique et le développement des énergies renouvelables grâce aux offres d’électricité verte

Chaque consommateur d’énergie peut à son échelle accélérer la transition énergétique. Il est en effet possible de souscrire à des offres d’électricité verte proposées par des fournisseurs comme Planète Oui ou Vattenfall.

Ces offres vous assurent qu’un certain pourcentage de votre consommation (variant de 5 à 100 %) sera réinjecté sur le réseau de distribution sous forme d’électricité verte. En termes simples, cela signifie que cette électricité est issue d’énergies primaires renouvelables comme l’énergie éolienne, l’énergie solaire ou encore la géothermie. Sa production est donc bien moins polluante que celle de l’électricité fossile. A titre d’exemple, le contenu en carbone d’un kWh d’électricité produite grâce au charbon est de 1 060 grammes (Base Carbone de l’ADEME). Il n’est que de 6 grammes pour l’énergie hydraulique.

Bon à savoir

Contrairement aux idées reçues, les offres d’électricité verte ne coûtent pas forcément plus cher pour les consommateurs. Pensez à utiliser notre comparateur des fournisseurs d’électricité pour trouver l’offre la plus adaptée à votre profil de consommation.

Service gratuit

Un conseiller spécialisé vous aide dans vos démarches

Déménagement, résiliation, coupure, devis personnalisé, question sur votre facture, le spécialiste énergie de Choisir.com vous aide par téléphone !

De 8h à 20h du lundi au vendredi, le samedi de 9h à 17h

vous préférez être rappelé ?

De 8h à 20h du lundi au vendredi, le samedi de 9h à 17h