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La complémentarité du solaire et de l’éolien permet de réduire massivement les besoins en stockage

Dans le cadre de la grande conférence 2017 sur le stockage massif de l'énergie qui s'est tenue à Düsseldorf, plusieurs études stratégiques présentées par Dr Christian Breyer, professeur à la Lappeenranta University of Technology (LUT), ont fait le point sur les avancées remarquables dans le domaine de l'utilisation des énergies renouvelables.

La première étude s’intitule « Exploiting resource complementarities to reduce energy storage need » (« Exploiter les complémentarités pour réduire les besoins en stockage »). Elle repose sur l’analyse des données solaires et éoliennes d’Israël, d’Arabie Saoudite, de Californie et de Finlande, et montre que se focaliser uniquement sur l’éolien (ou le solaire) n’est pas pertinent car cette approche réductrice conduit à augmenter massivement les besoins en stockage et en back-up.

Un mix 50 % solaire + 50 % éolien (VRE = Variable Renewable Energy) est plus performant qu’un mix 100 % éolien (0 % solaire) ou 100 % solaire. En effet, dans l’hypothèse d’une non acceptation de pertes de production (energy loss), le taux de pénétration maximal des VRE est de 58 % avec l’approche symbiotique 50/50, mais seulement de 38 % dans le cas du 100 % éolien, et enfin de 52 % dans le cas du 100 % solaire. Les résultats sont similaires dans les différents pays étudiés. Les chercheurs de la LUT concluent : « Nous avons trouvé que la complémentarité solaro-éolienne conduit à une pénétration des VRE significativement plus élevée, ceci tout en réduisant les besoins en stockage et en balancing ».

Accepter de perdre une partie de la production solaro-éolienne permet de réduire massivement les besoins en stockage. Avec un mix solaro-éolien 50/50 (optimal), le taux de pénétration du solaro-éolien dans le mix global monte de 58 % à 81 % dans le cas d’une acceptation d’un taux de pertes de 15 %. Parallèlement, les besoins en stockage s’effondrent de 38 % et les besoins en back-up de 34 %. Accepter de perdre 15 % de la production solaro-éolienne a donc des conséquences très positives sur l’ensemble de l’écosystème énergétique. En France, la complémentarité de l’éolien et du solaire est remarquable à l’échelle saisonnière.

La seconde étude s’intitule : « How much energy storage is needed to incorporate very large intermittent renewables ? » (« Quelle quantité de stockage est-elle nécessaire pour intégrer de très hauts niveaux d’énergies renouvelables intermittentes ? »). Quand on accepte de perdre une partie de la production solaro-éolienne, alors les besoins en puissance de back-up diminuent fortement. Dans l’exemple californien choisi par les auteurs de l’étude, avec une non-acceptation des pertes la puissance de back-up requise est de 55 GW. Elle tombe à 45 GW dans le cas d’une acceptation d’un taux de perte de 5 %, et à 40 GW pour 10 %.

Accepter de perdre une partie de la production solaro-éolienne conduit à une baisse appréciable des besoins en stockage et en back-up. Pour construire les batteries et les générateurs d’appoint, il faut consommer de l’énergie. Dans une perspective d’efficience, il convient donc de trouver le meilleur compromis. Si, pour ne pas perdre un seul kWh de production solaro-éolien on est contraint de mettre en place d’importantes capacités de stockage et de back-up, alors le résultat final sera une perte d’énergie bien plus importante que les kWh que l’on voulait absolument sauver. Les systèmes de stockage ont d’ailleurs eux-mêmes des pertes intrinsèques et pour certaines technologies ces pertes peuvent être massives. C’est le cas du Power-to-Methane.

« Une capacité de stockage correspondant à environ une journée de demande moyenne est suffisante pour parvenir à un taux de pénétration solaro-éolien de 90 %, ceci si l’on accepte un taux de perte de 20 % » affirment les chercheurs. Ce taux de perte consiste en la somme de la production non consommée et des pertes liées au rendement du stockage. 90%, c’est déjà très bien, mais comment faire pour parvenir aux 100 % d’énergies renouvelables ?

Plutôt que d’augmenter le taux de perte et/ou la capacité de stockage dans l’espoir de parvenir au 100 % solaro-éolien, les scientifiques estiment qu’il vaut mieux faire appel à d’autres sources d’énergie pour les 10 % résiduels : « Dans un système 100 % renouvelable, le back-up peut provenir d’un mix diversifié de générateurs : hydroélectricité, biomasse, générateurs conventionnels fonctionnant avec du gaz de synthèse, et les ressources marines, si elles sont co-optimisées ». Il semble donc particulièrement important de ne pas gaspiller le biogaz dans des applications où il n’est pas indispensable, pour le réserver à cette fonction de back-up. Et ainsi réduire autant que possible les besoins en électro-méthane complémentaire dont la production est peu efficiente.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

Techniques de l'Ingénieur

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