Je vous ai parlé récemment de la révolution en cours dans l’énergie solaire, alors que le taux de croissance annuel s’élève à 77 % depuis 5 ans aux États-Unis (voir : Voitures à PAC-hydrogène vs voitures électriques à batterie aux États-Unis).
Je faisais valoir que nos voisins du Sud pourraient très vraisemblablement avoir 33 % de leur production d’électricité qui s’appuie sur les énergies renouvelables à l’horizon 2030, et possiblement plus, alors que cette portion est présentement de 15 % environ incluant 9 % d’énergie hydroélectrique.
Toutefois, pour augmenter davantage les énergies renouvelables fluctuantes (solaire et éolien), il faut être en mesure de fournir de l’électricité lorsqu’il n’y a pas de vent ou de soleil. Présentement, ce sont les centrales au gaz naturel à démarrage rapide qui assurent la relève lorsque l’énergie hydroélectrique n’est pas suffisante pour le faire. Au Québec, on n’a aucun problème de ce côté puisqu’il suffit d’ouvrir plus ou moins les vannes de nos barrages.
Pour ceux qui sont moins chanceux que les Québécois, la solution idéale est de pouvoir stocker l’énergie électrique produite lorsqu’on en a de trop et de l’utiliser lorsqu’il n’y a pas de soleil ou de vent. Le stockage d’électricité est également important pour gérer les pointes de demande, généralement 3 à 4 heures par jour. L’illustration ci-dessous nous montre comment on procède aujourd’hui (une de mes diapos).
C’est encore une fois des centrales au gaz naturel à démarrage rapide qui s’activent pendant ces quelques heures pour répondre à la demande. L’électricité issue de ces centrales coûte très cher puisqu’elles sont peu utilisées. C’est comme une voiture neuve qu’on n’utilise que 5000 km par année. Le prix de revient du km va être bien plus élevé que si on l’utilisait 20 000 km par année. Présentement aux États-Unis, le prix du kwh d’électricité produit à l’heure de pointe par les centrales au gaz naturel d’appoint est approximativement de 15 ¢ à 20 ¢ du kwh.
Seulement deux techniques de stockage d’électricité arrivent à rivaliser avec ce prix. Il s’agit des centrales hydroélectriques pompées et des centrales à air comprimé qui stockent l’air comprimé dans d’immenses cavernes pratiquées dans les couches de sel souterraines. Dans le cas des centrales hydroélectriques pompées, il s’agit d’avoir deux réservoirs d’eau, généralement des lacs artificiels, situés à des hauteurs différentes. Pour stocker l’énergie, on pompe l’eau du lac inférieur vers le lac supérieur. Pour l’utiliser, on laisse couler l’eau du lac supérieur vers le lac inférieur, via un conduit où l’on a aménagé des turbines hydrauliques. Voir l’illustration ci-dessous (une de mes diapos).
Si la géographie ne permet pas d’avoir une dénivellation naturelle entre les deux réservoirs, on peut toujours creuser un puits profond et des cavernes à 2 ou 3 km de profondeur, dans le rock, pour contenir l’eau qui s’écoule. On parle alors de centrale hydroélectrique pompée souterraine (ST).
Pour plus d’information sur les technologies de stockage d’énergie utilisées, je vous recommande le site de l’Energy Storage Association ici ou encore le «DOE/EPRI 2013 Electricity Storage Handbook in collaboration with NRECA» qu’on peut télécharger ici.
Ce dernier document réalisé par les Sandia National Laboratories en juillet 2013, contient, entre autres, les fourchettes de prix pour l’électricité fournie par les différents systèmes de stockage. C’est ce qu’on appelle en anglais les « levelized costs », ou prix globaux du kwh tenant compte du coût d’installation et de financement des systèmes de stockage, de leur durée de vie, de l’efficacité aller-retour de l’électricité et du prix d’achat de l’énergie hors pointe pour les faire fonctionner.
Jusqu’à très récemment, le prix des batteries était bien trop élevé pour concurrencer les centrales hydroélectriques pompées ou le stockage d’énergie par air comprimé. Mais, la compagnie EOS Energy (www.eosenergystorage.com) va commercialiser en 2016 des batteries au zinc rechargeables, à cathode hybride, capables de rivaliser avec les technologies utilisées présentement ou même les centrales au gaz à démarrage rapide. La durée de vie est de plus de 10 000 cycles de recharge, correspondant à une longévité de 30 ans. Le prix annoncé du kwh de capacité de stockage est de 160 $/kwh. EOS Energy a déjà des batteries à l’essai dans divers endroits. Voici un graphique que j’ai réalisé pour comparer les prix du kwh fourni pour les différentes technologies, à partir des données du Hanbook cité plus haut.
J’aimerais faire remarquer que l’évaluation des prix remonte à la première moitié de l’année 2013, et que les batteries qui ont servi aux tests ont été achetées selon toute vraisemblance en 2011. Sachant que le coût des batteries Li-ion décroît de 15 % par année environ, on peut en déduire que le prix de l’électricité stockée dans ces batteries pourrait maintenant (2015) se situer entre 40 ¢ et 50 ¢ le kwh au lieu de 65 ¢ et plus. Avec la giga-usine de batteries de Tesla et le recyclage des batteries de véhicules électriques usées, on pourrait s’attendre à ce que le coût descende encore sur ce graphique pour les batteries Li-ion, pour atteindre probablement 20 ¢ à 30 ¢ le kwh dans cinq ans.
Les batteries au Zinc de EOS Energy sont livrées dans des conteneurs de 10 mètres, à raison de 1000 kwh de capacité par conteneur et de 250 kw de puissance. On peut empiler les conteneurs pour avoir une plus grosse batterie, tel qu’illustré ci-dessous.
EOS Energy mentionne que leurs batteries sont peu dispendieuses car elles sont produites dans un environnement qui ressemble à un atelier de mécanique plutôt que des salles blanches avec déshumidification comme c’est le cas pour les batteries Li-ion.
Ce que tout cela signifie, c’est qu’il sera désormais possible de faire du stockage d’énergie électrique à grande échelle dans des batteries, de façon rentable, et avoir des centrales avec de grandes étendues de panneaux solaires qui pourront produire de l’électricité 24 heures par jour. UNE RÉVOLUTION attendue depuis longtemps. Il en sera de même pour l’énergie éolienne.
Bref, il n’y a plus d’obstacles en vue pour une pénétration massive des énergies renouvelables dans les années qui viennent.
Le stockage local de l’énergie va également augmenter d’environ 25 % la capacité des lignes de transmission des réseaux, qui sont la très grande majorité du temps sous-utilisées, et qu’on surdimentionne pour prévoir les pics intenses occasionnels de la demande.
Les États-Unis pourraient donc intégrer de l’énergie solaire en provenance de leurs déserts et des toits des maisons qui pourrait atteindre les deux tiers et plus de leur demande.
Les voitures électriques ne rouleront plus au charbon aux États-Unis mais aux rayons du soleil!
En terminant, j’aimerais mentionner que ni dans le site de l’Energy Storage Association ni dans le Handbook sur le stockage d’énergie du Department of Energy (DOE) et de l’Electric Power Research Institute (EPRI) on ne mentionne l’hydrogène comme un moyen viable de stocker de l’électricité. L’efficacité est trop mauvaise (inférieure à 40 %) comparativement à celle des batteries (supérieure à 75 % aller-retour). De plus, à 160 $ le kwh pour les batteries au zinc de EOS Energy, ce qui est moins de la moitié du coût des batteries Li-ion actuelles, les systèmes à hydrogène ne sont pas capables de concurrencer au niveau des coûts.
Il semble bien que ce soit game over pour l’hydrogène dans le stockage! Et dans les véhicules également, en ce qui me concerne. Les batteries sont bien plus efficaces et moins chères, et s’améliorent constamment, tout en devenant toujours plus abordables.
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