Pourquoi stocker l’énergie électrique ?

Aujourd’hui, l’attention des consommateurs et pouvoirs publics se porte de plus en plus sur les questions environnementales, en particulier en ce qui concerne la production et la consommation d’énergie. L’émergence des énergies renouvelables pour épauler et, on l’espère à terme, remplacer les énergies fossiles et le nucléaire constitue un pas dans la bonne direction. Toutefois, l’inconvénient majeur des énergies renouvelables est qu’elles sont en grande partie intermittentes : elles ne fonctionnent pas en continu et, pour certaines, il n’est pas possible de prévoir longtemps à l’avance leur production à un moment donné.

C’est par exemple le cas :

  • de l’énergie solaire qui ne produit de l’électricité qu’une partie de la journée, différente selon l’orientation et l’inclinaison des panneaux solaires. Ils fonctionnent uniquement lorsque le soleil brille et que le temps est relativement dégagé. Il est difficile de prédire les conditions météorologiques plus de deux semaines à l’avance ;
  • de l’énergie éolienne qui dépend elle aussi du temps qu’il fait. Bien que certaines zones soient très souvent venteuses, la production d’électricité éolienne ne peut être prévue plus de quinze jours à l’avance et des périodes sans vent surviennent régulièrement ;
  • de l’énergie marémotrice et des hydroliennes qui dépendent des marées. Celles-ci peuvent être prévues plusieurs années à l’avance, mais cette énergie reste intermittente, car il n’y a pas de production d’électricité lorsque la mer est étale (lorsqu’elle n’est ni montante ni descendante).

Le problème est alors celui de l’offre et de la demande : il se peut que la production d’électricité verte se fasse lorsque les consommateurs n’en ont pas besoin et qu’au contraire, ces énergies propres ne produisent pas assez lors des pics de consommation. Pour répondre à cette problématique sans utiliser des centrales thermiques très polluantes ou des centrales nucléaires dont la gestion des déchets reste compliquée, une seule solution : le stockage de l’énergie pour une utilisation ultérieure. Cependant, le stockage d’énergie électrique renouvelable n’est pas si simple et le développement de cette branche de la gestion des énergies nécessite du temps et, surtout, des investissements conséquents. C’est dans cette optique qu’EDF a annoncé son plan de stockage électrique en 2018.

L’électricité renouvelable non-intermittente

Il est faux de penser que toutes les énergies vertes sont intermittentes et nécessitent de stocker de l’électricité ou de faire appel aux énergies fossiles. Plusieurs énergies propres sont actuellement exploitées ou étudiées pour une utilisation future, notamment :

  • l’énergie hydraulique, très utilisée en France et facilement pilotable pour s’adapter à la demande, mais qui a l’inconvénient de ne pas permettre de nouveaux développements, tous les sites adaptés étant actuellement exploités ;
  • la géothermie, l’aquathermie et l’aérothermie qui consistent à exploiter les calories présentent dans un milieu, respectivement la terre, l’eau et l’air ;
  • l’énergie houlomotrice qui exploite les vagues qui se forment le long des côtes. La France est un candidat de choix pour le développement de l’exploitation de cette ressource du fait de son littoral très étendu ;
  • l’énergie osmotique qui vise à profiter de la différence de concentration en sel entre eau de mer et eau douce pour générer de l’électricité ;
  • l’énergie maréthermique qui se sert de la différence de température entre eaux de surface et de profondeur dans les océans pour produire de l’énergie.

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Comment stocker l’électricité ?

Nous l’avons évoqué précédemment, le stockage de l’électricité est compliqué. Il y a une raison bien précise à cela : l’électricité est une énergie qui ne peut pas être emmagasinée telle quelle avec les technologies actuelles, elle doit être stockée sous une autre forme. La première solution envisagée est souvent le stockage électrique dans une batterie, qu’il s’agisse d’un smartphone ou ordinateur portable, d’un appareil électroménager ou de bricolage, d’une pile, d’un véhicule électrique ou encore du stockage de l’électricité d’une maison alimentée par des panneaux photovoltaïques.

La batterie est un mode de stockage électrochimique : elle ne contient pas d’électricité, mais le potentiel d’en créer sur demande lorsqu’elle est chargée. Elle possède également la capacité de se charger, c’est-à-dire d’augmenter son potentiel, lorsqu’elle est vide et alimentée en électricité. La recherche scientifique est encore très active dans le domaine des batteries pour les rendre plus légères, moins polluantes, améliorer leur rendement, leur durée de vie, etc.

Il faut souligner qu’il est tout à fait possible de stocker l’électricité sans batterie, et les plus grandes réserves qui existent aujourd’hui sont d’ailleurs d’un autre type. Le stockage mécanique notamment existe depuis longtemps. Il consiste à utiliser l’électricité en surplus pour déplacer un fluide, un gaz, ou un solide, puis de se servir du déplacement de cette substance pour produire de l’électricité lors des pics de consommation. Plusieurs technologies ont été développées à partir de ce principe, par exemple :

  • le stockage d’électricité dans un barrage grâce à une Station de transfert d’énergie par pompage (STEP) qui « remplit » le réservoir en heures creuses. Lorsque l’électricité doit être injectée sur le réseau, l’eau est utilisée pour actionner une turbine et ainsi produire de l’électricité ;
  • le stockage d’électricité par air comprimé fonctionne de la même manière : il vise à augmenter la pression dans un espace fermé en y pompant de l’air en période de faible consommation puis à utiliser cette pression pour mettre en marche un alternateur lorsque les besoins en électricité augmentent ;
  • le volant de stockage solaire utilise quant à lui l’inertie d’un cylindre tournant sur lui-même sous vide. Le mouvement continue donc jusqu’à ce que le volant restitue son énergie en entraînant un alternateur (ce qui produit de l’électricité) ;
  • le stockage électrique dans une grue à blocs de béton dont le principe est très semblable à une STEP : des blocs de bétons sont empilés lorsque l’électricité est abondante et c’est la gravité qui est utilisée pour générer de l’électricité lors de la descente des blocs. Ces tours sont actuellement à l’état de prototype.

Les formes de stockage électrochimique (les batteries) et mécanique (les technologies listées ci-dessus) ne sont pas les seules voies actuellement explorées pour améliorer le stockage de l’électricité dans le futur. Citons par exemple :

  • le stockage chimique qui consiste à stocker l’électricité sous une forme qui pourra être utilisée pour générer une réaction chimique contrôlée actionnant un mécanisme générant de l’électricité ; c’est le cas de l’hydrogène. En effet, il est produit en utilisant de l’électricité, puis peut être associé à une pile à combustible pour générer de l’électricité ultérieurement. L’avantage est qu’il se stocke très bien, dans des bonbonnes spéciales très résistantes et facilement transportables (pour des véhicules propres par exemple) ;
  • le stockage thermique où l’électricité est transformée en chaleur conservée pour produire à nouveau de l’électricité lorsque celle-ci est nécessaire. Cela peut se révéler difficile car la chaleur est elle aussi difficile à stocker. Il existe depuis plusieurs années le stockage électrique par sels fondus, mais il a l’inconvénient d’être très cher. En utilisant du silicium chauffé à blanc, des chercheurs du MIT (Massachusetts Institute of Technology) ont développé une méthode de stockage électrique par métal fondu surnommé « sun in a box » (soleil dans une boîte) qui est lui aussi à l’état de prototype. En Europe, ce sont les projets Amadeus et Nathalie qui explorent cette option ;
  • les « smart grids », littéralement réseaux intelligents, dont l’idée est notamment de développer un système « vehicle-to-grid » (V2G) qui permet d’utiliser les batteries des véhicules électriques comme réserve lorsqu’ils sont immobiles et branchés : il serait alors possible de puiser automatiquement dans leurs batteries lorsque la demande sur le réseau est forte et de les charger lorsque la demande est plus faible que la production.

Certaines de ces méthodes de stockage (batteries, STEP, air comprimé et hydrogène en particulier) sont utilisées depuis longtemps déjà, mais ces dernières années ont vu s’accélérer les projets de stockage d’électricité à grande échelle, notamment du fait de la baisse rapide des coûts de stockage : une étude de 2020 par le cabinet BloombergNEF estime le prix du stockage de l’électricité en batterie à 137 dollars par kilowattheure (kWh), contre 1 100 dollars par kilowattheure en 2010. Le géant français EDF s’est engagé en 2018 à s’impliquer fortement sur ce marché, en France et à l’étranger.

Qu’en est-il du stockage virtuel d’électricité ?

Le stockage virtuel d’électricité, contrairement à ce que son nom implique, n’est pas réellement une méthode de stockage de l’électricité produite. Le consommateur y ayant recours injecte l’électricité (souvent photovoltaïque) produite et non consommée sur le réseau sans la facturer. Le « stock » correspond en fait à une quantité d’électricité que ce consommateur peut ensuite consommer depuis le réseau sans avoir à la payer, puisqu’elle y a déjà été injectée.

Qu’est-ce que le plan de stockage électrique d’EDF ?

Le plan de stockage électrique d’EDF est lancé le 27 mars 2018, avec comme ambition pour l’énergéticien français de devenir le leader européen sur le marché du stockage d’électricité d’ici 2035 ; l’objectif affiché est en effet de s’arroger 10 à 15 % de parts de marché en France, au Royaume-Uni, en Belgique et en Italie en 2035. Pour ce faire, le groupe compte installer 10 gigawatts (GW) de nouvelles capacités de stockage d’ici 2035 et estime que l’investissement nécessaire sera de 8 milliards d’euros. Les détails du plan de stockage électrique d’EDF tel qu’annoncé en 2018 se concentrent autour de trois axes :

  1. l’adaptation des réseaux électriques aux énergies renouvelables intermittentes en installant 6 GW de nouvelles capacités de stockage en France et à l’étranger pour « lisser l’intermittence des énergies renouvelables » d’après le P.-D.G. d’EDF Jean-Bernard Lévy ;
  2. l’autoconsommation pour les particuliers, entreprises et collectivités équipées de panneaux photovoltaïques en France. L’objectif est de vendre 4 GW de batteries qui seraient couplées aux panneaux solaires et à un compteur Linky pour participer à la régulation du marché en faisant faire des économies aux utilisateurs ;
  3. l’accès à l’électricité pour les personnes vivant dans des zones non desservies par un réseau, particulièrement en Afrique, grâce à des kits solaires photovoltaïques comprenant une batterie. L’objectif est de taille : « 1,2 million de kits solaires installés en Afrique subsaharienne d’ici à 2035 » d’après Alexandre Perra, responsable du plan stockage électrique d’EDF.

Le groupe EDF précise que ce plan ne consistera pas en des investissements sur fonds propres, mais qu’il compte s’appuyer sur des partenaires industriels et financiers pour atteindre ses objectifs. Son P.-D.G. affirme lors de l’annonce du plan : « Le stockage est un sujet d’avenir, mais aussi un sujet très partenarial. » Cela signifie qu’EDF ne compte pas fabriquer ses batteries et autres systèmes de stockage en interne, mais collaborer avec des entreprises spécialisées dans ce domaine. M. Lévy précise « Nous sommes un énergéticien, nous ne sommes pas un équipementier. » et M. Perra explique « Notre métier consiste à monter les projets, sélectionner les fournisseurs, intégrer les technologies et les dimensionner aux besoins du réseau. » EDF cherche tout de même à poursuivre et encourager l’innovation en interne, et le responsable du plan de stockage détaille qu’entre 2018 et 2020, le groupe souhaite « investir dans l’innovation en consacrant 70 millions d’euros à la R&D [Recherche et développement, N.D.L.R.] sur le stockage ».

Concernant les technologies qui seront utilisées, leur proportion ou les projets qui seront mis en place dans le cadre de ce plan de stockage d’électricité, aucune précision au moment de son annonce. EDF exploite alors environ 5 GW de stockage répartis sur six sites différents, via des STEP associées à des barrages hydroélectriques en France et 100 MW (ou 0,1 GW) sous forme de batteries réparties sur quatre continents ; le plan de stockage vise donc à tripler les capacités de stockage du groupe.

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Que penser du plan de stockage électrique d’EDF ?

Pendant longtemps, le groupe EDF s’est très peu intéressé aux énergies renouvelables et au stockage d’électricité de grande ampleur : ces technologies sont considérées trop expérimentales, trop chères et pas assez efficaces. De plus, l’investissement massif dans le nucléaire civil en France qui commence dans les années 50 et s’emballe dans les années 70 rend ces équipements inutiles aux yeux du groupe : les centrales nucléaires sont facilement pilotables et s’adaptent parfaitement à la demande des Français.

Dans ce contexte, les plus sceptiques quant à l’engagement réel d’EDF pour la transition écologique observent les dates clés qui entourent ce plan de stockage :

  1. en mai 2017, Nicolas Hulot devient ministre de l’Écologie et du Développement durable, ce qui aura pour conséquence de faire baisser fortement l’action en bourse du groupe. En effet, M. Hulot avait par le passé exprimé publiquement sa conviction de la nécessité de sortir du nucléaire ;
  2. au deuxième semestre 2017 a lieu en France le processus d’élaboration de la Programmation pluriannuelle de l’énergie (PPE) qui doit fixer d’ici fin 2018 les objectifs de la loi de transition énergétique pour la période 2023-2028 dans le but de réduire la part du nucléaire à 50 % (contre 70 à 75 % à l’époque) ;
  3. début novembre 2017, Nicolas Hulot demande un « plan précis » à l’énergéticien, dont l’État est actionnaire à hauteur de 83,40 %. L’objectif est de savoir en détail comment le groupe va s’investir dans le développement des énergies renouvelables, notamment en vue de réduire la part du nucléaire dans le mix énergétique français ;
  4. en décembre 2017, EDF lance son plan solaire ;
  5. en mars 2018, EDF annonce son plan de stockage électrique.

À l’époque, nombreux sont ceux qui pensent que ce plan de stockage est une annonce dont le but est stratégique et politique, et non un véritable virage écologique et économique. Il s’agirait de montrer un enthousiasme approprié compte tenu des préoccupations du gouvernement et des citoyens. Autrement dit, EDF est suspecté de réagir à la pression politique sans chercher à s’investir réellement dans la transition énergétique.

Cela semble d’ailleurs appuyé par le fait que les 10 GW de stockage annoncés représentent « moins de 5 % des besoins mondiaux » estimés par le cabinet BloombergNEF pour 2035 d’après le responsable du plan stockage Alexandre Perra. De plus, seules les grandes lignes du plan sont fixées : il n’est pas possible d’avoir plus de précisions quant aux projets qui seront réalisés en France et à l’étranger, ni de savoir à quel horizon ils seront concrétisés. Ce plan est perçu comme manquant d’ambition, particulièrement pour le deuxième producteur d’électricité au monde.

Il est bien évidemment très difficile de connaître les vraies motivations d’un géant de l’énergie comme EDF, mais il convient de rappeler que le groupe a pris des engagements forts ces dernières années pour diminuer son empreinte carbone :

  • en 2018, à l’annonce du plan de stockage, le P.-D.G. d’EDF annonce que le groupe vise « un système énergétique 100 % décarboné à l’horizon 2050 ». Certes, cela inclut le nucléaire et l’hydraulique déjà en place, mais implique également une augmentation significative de nouvelles capacités de production d’électricité verte ;
  • quelques mois avant l’annonce du plan de stockage d’électricité, EDF lance son plan solaire qui est de son côté considéré comme ambitieux. Ce sont 30 GW de photovoltaïque qui doivent être installés en France entre 2020 et 2035, soit un investissement estimé à 25 milliards d’euros ;
  • le plan de stockage constitue un investissement conséquent (8 milliards d’euros) qui ne peut que favoriser l’essor des énergies renouvelables.

Si ce plan n’est pas exempt de tout reproche, il constitue un pas dans la bonne direction ; si les investissements sont faits de manière stratégique et avec un objectif final clair de promouvoir la transition vers un système fondamentalement plus propre, il peut faire une vraie différence et participer au respect des objectifs fixés par la France dans le cadre de l’Accord de Paris.

Où en est le plan de stockage d’EDF en 2021 ?

À ce jour, EDF n’a fait aucune annonce en ce qui concerne l’avancée de son plan, ni revu ses objectifs pour 2035. Cependant, certains projets ont vu le jour depuis le démarrage du plan de stockage, par exemple :

  • la centrale photovoltaïque Toucan 2 d’une puissance de 5 MWc (1 megawatt-crête = 1 000 kilowatt-crête) et d’une surface de près de 5 hectares qui a pour but de participer à rendre la Guyane autonome énergétiquement à l’horizon 2030. Cette centrale photovoltaïque est équipée d’un système de stockage par batteries et d’un dispositif de pilotage qui permet d’optimiser en continu la puissance injectée sur le réseau. Ce projet est en marche depuis août 2017 (soit avant le plan solaire) et vient compléter la centrale solaire avec stockage sur batteries de Toucan, en exploitation depuis 2015 ;
  • le parc éolien en mer de Blyth et l’installation de stockage par batteries de West Burton B au Royaume-Uni ont été inaugurés en juin 2018. Ce projet, lui aussi démarré avant le lancement du plan de stockage électrique d’EDF, comprend cinq turbines d’une puissance totale de 41,5 MW et l’installation de stockage a une puissance de 49 MW ;
  • l’acquisition de la start-up britannique Pivot Power par le groupe EDF en novembre 2019. Celle-ci est spécialisée dans le stockage électrique par batteries et l’infrastructure de recharge de véhicules électriques d’avancer vers son objectif d’obtenir et maintenir une position de leader en Europe sur ce marché ;
  • l’offre de stockage proposée aux clients industriels et tertiaires en Allemagne qui inclut des batteries lithium-ion connectées à un système de pilotage intelligent et autonome. Le but de cette installation est d’alléger la charge sur le réseau électrique tout en faisant faire des économies aux clients. Cette solution a été mise en service dans deux usines à Rostock et à Heidenau en février 2020.

D’autres projets sont en cours, c’est notamment le cas :

  • du projet Big Beau Solar+Storage né d’un appel d’offres de septembre 2017, situé en Californie et dont la mise en service devrait intervenir d’ici à fin 2021. Cette centrale photovoltaïque prévoit une capacité de 128 MWac (une unité semblable au MWc mais mesurant un courant alternatif plutôt que continu) et une installation de stockage d’électricité sur batteries de 40 MW ;
  • du projet solaire de Noor Midelt I au Maroc développé par un consortium dont fait partie EDF et dont la validation est annoncée en mai 2019 et qui devrait entrer en fonctionnement en 2022. Cette centrale solaire hybride d’une puissance de 800 MW associera le solaire thermodynamique (ou CSP pour Concentrated Solar Power) au photovoltaïque pour stocker de la chaleur en journée qui sera utilisée pour produire de l’électricité en soirée grâce au système CSP ;
  • de la future centrale photovoltaïque de Chuckwalla au Nevada qui prévoit une puissance de 200 MW couplée à un système de stockage par batteries de 180 MW. Elle sera développée, construite et exploitée par EDF et devrait être mise en service fin 2023.

Pour le moment, il semble donc qu’EDF fournisse des efforts conséquents pour se tenir à son plan de stockage électrique, il est toutefois encore trop tôt pour se faire une idée de sa capacité à remplir ses objectifs. À court terme, ces nouvelles installations ne devraient pas impacter les consommateurs, mais chaque kilowatt de production d’électricité verte participe à réduire les émissions de CO2 et autres gaz à effet de serre. Au niveau individuel, il est également possible de faire la différence, par exemple en diminuant sa consommation électrique, ou en optant pour une offre d’électricité verte. Pour faire le meilleur choix en fonction de leurs convictions, habitudes de consommation et budget, les consommateurs peuvent comparer les offres d’électricité en ligne ; les conseillers Choisir.com sont également joignables par téléphone pour accompagner les particuliers qui le souhaitent dans cette démarche (service gratuit et sans engagement).

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