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L'un des moyens de surmonter l'intermittence des énergies renouvelables telles que le vent et le soleil est le stockage de l'énergie hydraulique par pompage (PHES).

Le pompage-turbinage n'est pas une idée nouvelle, mais ses atouts et son aspect pratique sont de plus en plus convaincants pour les pays désireux d'améliorer la résilience de leurs réseaux énergétiques et de dépendre davantage des énergies renouvelables. Les systèmes de stockage par pompage peuvent stocker de l'énergie à l'échelle d'une région ou d'un pays, pendant des heures ou des jours. Pour situer le contexte, la station de pompage-turbinage du comté de Bath, l'une des plus grandes au monde, a une capacité de production de 3 GW et peut stocker 24 GWh, tandis que les plus grandes installations de stockage en batterie opérationnelles peuvent stocker 1 à 2 GWh.

La mise à disposition d'une grande capacité de stockage de longue durée améliore la résilience du réseau lorsqu'elle est utilisée en combinaison avec une production intermittente ou très variable. L'énergie stockée peut être distribuée en cas de besoin, ce qui améliore la fiabilité du réseau, en particulier pendant les périodes de forte demande ou les pannes. Le stockage de l'énergie réduit également la nécessité de réduire l'utilisation des énergies renouvelables pendant les périodes de forte production et de faible demande. Il maximise donc la valeur de l'énergie renouvelable à faibleémission de CO2.

Comme c'est souvent le cas dans la transition énergétique, même si cette technologie a fait ses preuves, il existe de nombreux obstacles au développement qui nécessitent une approche multidisciplinaire expérimentée et du temps pour être surmontés. Les installations PHES nécessitent une capacité de stockage de l'eau avec une topologie appropriée, ainsi qu'une géologie et une hydrologie favorables et la proximité des infrastructures de réseau et des centres de demande. Ces exigences limitent le nombre de sites potentiels et les nouvelles opportunités de PHES peuvent sembler limitées - alors comment les PHES pourraient-elles devenir une partie plus importante de la transition énergétique ?

De l'hydroélectricité à l'énergie solaire photovoltaïque

Chez Arup, nous nous sommes interrogés sur la meilleure façon d'étendre l'utilisation des centrales hydroélectriques et de fournir aux réseaux électriques le stockage à long terme dont ils ont tant besoin. Dans le monde entier, il existe un grand nombre d'actifs hydroélectriques, mais comme l'indique le rapport 2022 Hydropower Status Report de l'IHA, seuls 12 % de cette capacité offrent actuellement un système de pompage-turbinage.

Cependant, sur les 88 % restants, les clients et les exploitants commencent à envisager la modernisation des installations PHES dans les centrales hydroélectriques existantes. Cela peut impliquer l'ajout d'un nouveau réservoir supérieur et d'une centrale PHES à un réservoir inférieur existant, ou l'introduction d'installations de pompage dans une série de réservoirs en cascade pour renvoyer les flux en amont. L'approche de la modernisation pourrait permettre d'augmenter la valeur des actifs hydroélectriques en tant qu'installations de production et de stockage, tandis que l'utilisation de réservoirs existants pourrait aider à limiter les impacts environnementaux des centrales hydroélectriques de pointe et à surmonter certains des défis de développement associés aux nouveaux projets d'infrastructure.

Nous savons tous que la transition énergétique doit s'accélérer, c'est pourquoi il est important de chercher à réduire les délais de livraison des systèmes de stockage de l'énergie. Tous les sites ne seront pas adaptés à l'ajout d'installations PHES, mais il pourrait s'agir d'une opportunité de stockage d'énergie incroyablement précieuse à explorer et à envisager.

Par ailleurs, certains sites post-industriels offrent également un potentiel pour le développement de systèmes photovoltaïques. Les mines ou les carrières qui pourraient être converties ou les réservoirs utilisés pour l'irrigation et le stockage saisonnier de l'eau pourraient être adaptés pour y ajouter des installations photovoltaïques. La modernisation de ces sites peut permettre d'atténuer bon nombre des difficultés liées à la sélection des sites, de limiter les changements importants dans l'utilisation des terres et de réaffecter des terres qui ne sont plus utilisées à d'autres fins.

Comprendre les possibilités de stockage d'énergie par pompage

La transformation d'installations hydroélectriques en systèmes d'accumulation d'énergie par pompage offre des possibilités (et des défis) dans un certain nombre de domaines de la conception et de l'ingénierie. Voici comment nous abordons chaque projet :

PHES framework
PHES framework

Sélectionner des sites exploitables

Comme pour tout grand projet d'infrastructure énergétique, la sélection d'un site PHES est une tâche complexe. En travaillant avec des clients sur des projets PHES dans différentes zones géographiques, nous avons appris qu'il est important de prendre en compte les caractéristiques sociales et environnementales d'une région ainsi que les défis techniques posés par les PHES. Il est nécessaire d'avoir une compréhension technique approfondie de la topographie, de la géologie et des risques d'inondation, mais les développeurs doivent également apprécier le caractère et le patrimoine du paysage et avoir une connaissance approfondie de l'écologie et de la biodiversité locales afin de s'assurer que chaque installation est aussi durable que possible. Les actifs de modernisation offrent la possibilité d'utiliser des sites déjà adaptés à l'hydroélectricité ou à l'utilisation industrielle et d'apporter des avantages supplémentaires à l'environnement et aux communautés locales.

Ces actifs sont des investissements à long terme et s'assurer qu'ils répondent aux besoins des marchés de l'énergie, de la société et de l'environnement tout au long de leur durée de vie est un équilibre délicat, qui repose souvent sur les dernières connaissances et analyses scientifiques, telles que des prévisions climatiques de haute qualité et des modélisations énergétiques complexes, afin de garantir qu'un site restera efficace et durable à long terme.

Notre feuille de route sur les centrales hydroélectriques à pompage pour le gouvernement de la Nouvelle-Galles du Sud, en Australie, s'est appuyée sur ce type d'enseignements pour dresser le tableau d'un avenir plus durable pour un pays qui tente de s'affranchir d'une longue dépendance au charbon.

Des investissements positifs pour la nature

Les préoccupations environnementales seront toujours au cœur des projets PHES, car la construction de barrages et de nouvelles zones d'inondation a un impact sur les habitats existants, mais avec une planification et une gestion méticuleuses, les projets peuvent également avoir un impact positif sur l'écologie, la faune et les paysages locaux. La conservation de l'environnement local et le maintien du caractère et du paysage existants ont été des considérations essentielles pour notre travail sur la phase 1 du projet d'atténuation des inondations de Leeds, l'un des plus importants de ce type au Royaume-Uni. À une échelle encore plus grande, le reboisement, les nouvelles plantations et les travaux de terrassement naturels sont utilisés pour gérer l'eau et réduire les risques d'inondation sur la côte du Pérou dans le cadre de l'initiative "Peru Reconstruction with Changes".

La modernisation des mines, des carrières et des réservoirs pourrait offrir de précieuses possibilités d'améliorer l'environnement local - ce que nous avons réalisé à la centrale hydroélectrique souterraine de Bendingo. Les possibilités de créer de nouveaux habitats pourraient être envisagées, de même que les investissements visant à garantir une biodiversité positive nette dans la zone environnante. Redonner une valeur à un site anciennement productif en lui donnant une nouvelle fonction pourrait aider à financer la remise en état du site et la restauration des habitats et de l'écologie, ce qui serait autrement difficile à réaliser.

Stockage d'énergie à faible teneur en carbone

S'il est indéniable que la construction de nouvelles installations PHES de grande envergure entraîne d'importantes émissions de carbone, les installations PHES elles-mêmes peuvent être plus performantes que les autres technologies actuelles de stockage de l'énergie si l'on considère l'ensemble de leur cycle de vie. La modernisation des infrastructures existantes peut réduire considérablement ces émissions, ce qui renforce encore les références environnementales de la technologie.

Le carbone opérationnel est également précieux. Les systèmes PHES peuvent atteindre un rendement aller-retour allant jusqu'à 82 %, ce qui est très favorable par rapport à d'autres systèmes de stockage d'énergie à grande échelle, et garantit que les pertes d'énergie dues à l'entrée et à la sortie du stockage sont maintenues à un niveau bas.

Un investissement pour l'avenir

Il est vrai que l'investissement initial requis pour les systèmes PHES peut sembler décourageant, surtout si on le compare à d'autres technologies de stockage. Cependant, lorsqu'on l'évalue sur l'ensemble de sa durée de vie, la technologie PHES apparaît comme la solution de stockage la plus rentable et représente donc plus de 90 % de la capacité de stockage d'énergie dans le monde. Les installations PHES font partie des technologies de stockage d'énergie les plus durables, avec des durées de vie supérieures à 80 ans. Cette longévité, combinée à la stabilité relative et aux revenus peu risqués générés par les installations PHES, devrait en faire une option attrayante pour les investissements à long terme tels que les fonds de pension.

En outre, la flexibilité inhérente au fonctionnement des systèmes PHES leur confère une grande capacité d'adaptation et de réaction à la dynamique du marché de l'énergie. Les opérateurs peuvent pomper pendant les périodes creuses, lorsque les prix de l'énergie sont bas, et produire pendant les périodes de pointe, ce qui crée des opportunités de rendements substantiels en plus des incitations potentielles du marché pour la capacité d'équilibrage et les services auxiliaires.

Accélérer la décarbonisation

Trouver des moyens à faibles émissions pour décarboniser l'énergie est une priorité mondiale. Compte tenu de ses nombreux atouts, la technologie PHES devrait jouer un rôle majeur et croissant dans la transition énergétique en cours. En explorant les possibilités de modernisation des infrastructures existantes, nous pouvons non seulement minimiser les coûts et les émissions, mais aussi potentiellement trouver des utilisations productives pour les friches industrielles négligées et apporter de nouvelles opportunités économiques aux communautés. Le moment est venu de faire preuve d'audace et de réfléchir de manière créative aux nombreuses possibilités qui s'offrent à nous.