De plus en plus d'énergies renouvelables sont branchées sur les réseaux électriques australiens. L’Australie du Sud, par exemple, obtiendra 40% de son électricité d’énergie éolienne et solaire une fois Parc éolien de Snowtown est terminé plus tard cette année.
Mais si les énergies renouvelables devaient finalement dominer le marché, nous aurions besoin de moyens de stocker l'énergie afin de pouvoir l'utiliser 24 heures sur 24. La bonne nouvelle est qu'il est facile de stocker de l'énergie. Tout ce dont vous avez besoin, c'est de deux petits réservoirs, l'un haut et l'autre bas, et d'un moyen de pomper l'eau entre eux.
Cette technique, appelée «stockage d'énergie hydroélectrique pompée hors rivière», peut potentiellement fournir le stockage d'énergie dont l'Australie a besoin pour exploiter pleinement les énergies renouvelables. C'est pas cher, aussi.
Comment fonctionne la pompe hydraulique
Lorsqu'il y a un excès d'électricité, l'eau est pompée par un tuyau ou un tunnel jusqu'au réservoir supérieur. L'énergie est ensuite récupérée en laissant l'eau redescendre à travers une turbine qui la reconvertit en électricité. Des gains d'efficacité de 90% dans chaque direction sont possibles.
L'hydroélectricité pompée est de loin la forme de stockage d'énergie la plus utilisée, représentant 99% du total. À l’échelle mondiale, le stockage hydraulique pompé peut fournir environ 1 gigawatts de 150, généralement intégrés à des centrales hydroélectriques situées au bord de rivières.
Dans un système «hors-rivière», la même eau circule en boucle fermée entre les réservoirs supérieur et inférieur, éliminant ainsi la nécessité de construire l'installation sur une rivière. La quantité d'énergie stockée est proportionnelle à la différence d'altitude entre les réservoirs supérieur et inférieur (généralement entre 100 et 1000 m) et au volume d'eau stocké dans le réservoir supérieur.
Les systèmes de stockage d'électricité doivent être en mesure de fournir une sortie de puissance instantanée pour des périodes de quelques heures. Cela couvre les fluctuations à court terme des productions éolienne et solaire, les pics de demande des consommateurs (comme les après-midi d'été très chaud) et les pannes imprévues d'infrastructures de production et de transport. L'utilisation de l'énergie stockée permet également d'éviter que les lignes électriques des installations éoliennes et solaires ne soient utilisées plus longtemps.
Parmi les options de stockage d’électricité disponibles, telles que les batteries et les volants, l’hydraulique à pompe est de loin la moins chère. Il n'a pas de pertes en attente pendant que l'eau attend dans le réservoir et peut atteindre sa pleine puissance en quelques secondes 30.
Il est temps d'aller en rivière
L’Australie a peu de possibilités de développer l’énergie hydroélectrique en rivière, en raison de contraintes environnementales et autres. Cependant, les possibilités de stockage d'énergie hors-rivière à court terme sont immenses. Un site typique comprendrait une paire de petits réservoirs reliés par une conduite à travers laquelle l'eau serait recyclée quotidiennement, ainsi qu'une pompe et une turbine, une centrale et des lignes électriques.
L'Australie possède des milliers d'excellents sites potentiels situés dans des zones montagneuses en dehors des réserves de conservation, avec des différences d'altitude typiques de 750 m. Ils n'ont pas besoin d'être à proximité d'un parc éolien ou solaire.
Le stockage d'électricité hors rivière présente plusieurs avantages par rapport aux installations en rivière typiques:
- Il y a beaucoup plus de sites potentiels
- Vous pouvez sélectionner des sites qui ne sont pas en conflit avec des valeurs environnementales et autres
- Le réservoir supérieur peut être placé au sommet d'une colline plutôt que dans une vallée, ce qui permet de maximiser la différence d'altitude
- Aucune provision n'est nécessaire pour les inondations (généralement un coût important).
Un système comprenant deux réservoirs 10 par hectare, chaque profondeur de 30 m, avec une différence d'altitude de 750 m, peut fournir environ mégawatts 1,000 pendant cinq heures.
Entre 20 et 40, ces systèmes suffiraient à stabiliser un système électrique australien 100% renouvelable.
Combien ça coûte?
Comme les réservoirs sont minuscules (quelques hectares seulement) par rapport aux réservoirs hydroélectriques classiques, ils ne représentent qu’un élément mineur du coût. La majeure partie du coût réside dans les composants de puissance (conduites, pompes, turbines, transformateurs et transmission). Les estimations initiales suggèrent que le coût d'un système hors-rivière sur un bon site est d'environ 1,000 USD par kilowatt de capacité installée.
Voici une étude de cas hypothétique. Une installation solaire 200 mégawatts fournit au maximum la moitié de sa puissance au réseau en temps réel et stocke le reste pour la soirée. Aujourd'hui, au lieu d'atteindre son maximum à l'heure la plus ensoleillée de la journée, la production d'énergie solaire s'étend de 8am à 10pm (en fonction de la saison et de la couverture nuageuse), avec une puissance maximale fournie au réseau et la pompe étant chacun mégawatts 90 (après déduction des pertes). ). Le réservoir peut être rechargé la nuit en utilisant l'énergie éolienne pour couvrir le pic de demande du matin.
Lisser les pics: comment le stockage de l'énergie peut faire durer l'énergie solaire jusqu'au soir.
Les coûts autonomes du système d’énergie solaire et du système de stockage hydroélectrique à court terme sont respectivement de 2,000 USD et de 1,000 USD par kilowatt. Si l'on tient compte des pertes de stockage compensées par les économies résultant du partage du transformateur et des coûts de transmission entre les deux systèmes et par le fait que la capacité de stockage hydraulique est de moitié inférieure à celle du système photovoltaïque, le coût total du système est d'environ X $ 2500 par kilowatt. .
En d’autres termes, l’utilisation du stockage hydroélectrique pompé pour atténuer les pointes de production d’une centrale solaire n’ajoute qu’un supplément de 25% sur le coût. C'est beaucoup moins cher que d'utiliser des piles.
Emplacement, emplacement, emplacement
Passez du temps sur une carte ou sur Google Earth et repérez des dizaines d’excellents sites potentiels, sur des terres agricoles vallonnées ou le long des itinéraires de lignes à haute tension. L’Australie compte des milliers de sites candidats dans la plupart des régions habitées du pays.
Par exemple, le Tumut 3 La centrale hydroélectrique possède la plus grande capacité de stockage hydroélectrique pompée d’Australie (mégawatts 1500), une différence d’altitude de 151 m et un lac de grande taille devant faire face à de graves inondations. Mais un petit système hors-rivière pourrait être construit à proximité, comprenant deux réservoirs 13-hectare avec une différence d'altitude de 700 m, reliés par un tuyau de 5 km traversant un tracé de ligne à haute tension. Ce système stockerait suffisamment d’eau pour fournir les mégawatts 1,500 pendant trois heures et coûterait beaucoup moins cher.
Un tuyau 5 km entre deux lacs de stockage hydroélectriques pompés (points bleus) pourrait améliorer le rendement de la centrale Tumut 3 de Snowy Hydro à un coût relativement modeste (image Google Earth)
A propos de l'auteur
Andrew Blakers est directeur du Centre for Sustainable Energy Systems et du Centre ARC pour les systèmes d'énergie solaire de l'Université nationale australienne. Ses recherches portent sur les systèmes d'énergie solaire.
Cet article a été co-écrit par Roger Fulton de Jacobs / SKM, qui travaille dans l’industrie hydroélectrique depuis 1975 en tant qu’ingénieur et chef de projet.
