Stockage de l’électricité : peut-être des solutions, mais pas avant 10 ans.

Les énergies dites renouvelables ou « vertes » , plus précisément les énergies éoliennes et photovoltaïques, partagent le même inconvénient : elles sont intermittentes. Pour une société moderne comme dans la plupart des pays de l’OCDE les énergies intermittentes ne sont pas acceptables car elles n’assurent pas le bon fonctionnement de la société. En effet ces sociétés « fonctionnent » 24 heures sur 24 que ce soit la vie d’une grande ville ou la production d’acier, de verre ou de ciment. Pour assurer la disponibilité en énergie électrique 24h/24 puisque c’est ce dont il s’agit ici les énergies intermittentes ne peuvent être incluses dans ce que les théoriciens appellent le « mix » énergétique que si, et seulement si, des capacités de stockage existent. Ces capacités de stockage doivent être capables de fournir à la demande de l’énergie à haute densité (cf. note en fin de billet) afin d’éviter toute perturbation du réseau électrique existant lui-même, dans la majorité des cas, maintenu à l’équilibre par des sources d’énergie haute densité comme les usines de production, que celles-ci utilisent du charbon, des fractions lourdes de pétrole, de l’uranium ou encore du gaz naturel. Il y a donc conceptuellement un problème technique si on veut injecter dans le réseau électrique des sources d’énergie basse densité comme le sont ces énergies renouvelables.

À ce jour il n’existe pas de systèmes de stockage autre que les retenues d’eau en altitude alimentées (et reconstituées) par pompage. Les énergies basse densité peuvent être mises à profit pour pomper de l’eau en altitude quand il y a du vent et/ou du soleil. Malheureusement la configuration géographique n’est que très rarement favorable pour réunir les conditions de proximité de ces sources d’énergie intermittentes avec des sites de stockage d’eau en altitude. Il faudrait, en effet, dans le meilleur des cas, que l’énergie électrique basse densité provenant de panneaux photovoltaïques ou de moulins à vent soit acheminée par une réseau dédié aux pompes de relevage de l’eau. Dans les plaines du nord de l’Allemagne recouvertes aujourd’hui d’une immense forêt de moulins à vent où se trouvent les reliefs montagneux permettant de mettre en place des stockages d’eau en altitude ?

L’unique autre solution de stockage est la mise en place de gigantesques batteries d’accumulateurs auxquelles sont adjoints des onduleurs puissants et des transformateurs géants capables d’injecter dans le réseau électrique existant une puissance soutenue de haute densité sous une tension de 450000 volts. On est loin, très loin, d’atteindre une telle configuration pour toutes sortes de raisons techniques. L’un des goulots d’étranglement majeurs interdisant le stockage de l’électricité à l’aide de batteries d’accumulateurs tient à la rareté des matières premières pour la fabrication de tels accumulateurs. Les piles les plus performantes à l’heure actuelle sont celles dites lithium-ion or les disponibilités en lithium économiquement rentables sont limitées. S’il y a un point positif dans les recherches scientifiques financées dans le cadre du « changement climatique » ce sont bien celles relatives à la mise au point d’accumulateurs électriques plus économiques faisant appel à des matériaux bon marché pour leur fabrication à très grande échelle afin de trouver une utilisation rationnelle et si possible rentable des énergies intermittentes dites « vertes ».

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C’est une collaboration improbable entre l’Université de Technologie Chalmers à Gôteborg en Suède et l’Institut national de Chimie de Slovénie à Ljubljana qui est sur le point de mettre la dernière touche à la mise au point de nouvelles batteries économiques. L’anode de la batterie est constituée d’aluminium, le métal le plus abondant dans la croute terrestre avec le silicium, et la cathode est une nano-structure organique composée d’anthraquinone recouvrant le conducteur final constitué de graphite. Cet arrangement permet une beaucoup plus haute densité électrique que le graphite seul. Il reste à résoudre l’optimisation de l’électrolyte afin d’atteindre la même densité d’énergie que celle des batteries lithium-ion. Les travaux en cours sont très prometteurs car ils mettent à profit le fait que l’aluminium est un métal trivalent alors que le lithium est monovalent. En d’autres termes chaque ion aluminium « compense » plusieurs électrons alors que l’ion lithium n’en « compense » qu’un seul. Il est raisonnable d’espérer que de telles batteries puissent être produites industriellement au cours des années 2020.

Est-ce que ce nouveau type de batteries sera « LA » solution pour stocker les énergies électriques intermittentes ? Il faudra attendre encore une dizaine d’années pour avoir un retour d’expérience tant économique qu’industrielle.

En conclusion les bonnes « vieilles » usines de production électrique, qu’elles utilisent du charbon ou de l’uranium, ont encore de beaux jours devant elles et choisir des transitions énergétiques aberrantes comme l’Allemagne ou la France est beaucoup trop prématuré tant que ces solutions de stockage ne seront pas disponibles à très grande échelle afin de permettre de produire une énergie électrique de haute densité à partir du vent et du soleil …

Note. La « densité » énergétique est un terme impropre qui traduit la puissance disponible. Celle-ci s’écrit P = U x I où P est la puissance en Watts, U le potentiel exprimé en Volts et I L’intensité exprimée en Ampères. Plus les grandeurs physiques U et I sont élevées plus la « densité » d’énergie est élevée. Un laminoir industriel pour profiler des rails de chemin de fer par exemple nécessite une énergie de 100000 kW. L’électrolyse de l’alumine pour produire l’aluminium métal est effectuée à l’aide d’un courant continu de 4,2 volts et 350000 ampères soit 1,47 MW !

Source et illustration : Chalmers University et doi : 10.1016/j.ensm.2019.07.033

Pot-au-noir, dark-doldrum … dunkeflaute électrique en Allemagne !

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Dans le petit village de Taïohae au fond de la majestueuse rade en eaux profondes de Nuku Hiva (illustration Wikipedia, à droite le seul petit hôtel du village), je me souviens avoir rencontré un chirurgien opthalmologiste de Boston qui naviguait une année sur trois pour payer moins d’impôts. Il me fit un récit sinistre de la traversée du « pot-au-noir », c’est-à-dire de cette zone correspondant à l’Equateur météorologique où il n’y a pas de vent, seulement des gros nuages d’orage. Nuku Hiva (Iles Marquises) se trouve à la limite sud de ce pot-au-noir tant redouté des navigateurs qui changent d’hémisphère comme cet Américain qui avait traversé le canal de Panama et avait ensuite fait escale à Puerto Vallarta pour faire le plein d’eau et de nourriture avant de se lancer dans la traversé de la moitié de l’immense Océan Pacifique pour atteindre les Marquises. La première « terre » à l’ouest est justement Nuku Hiva après plus de 4500 miles de navigation. En anglais pot-au-noir se traduit approximativement par dark-doldrum et en allemand dunkeflaute. Il existe peut-être des mots propres aux navigateurs mais le mot allemand « dunkeflaute » signifie marasme barométrique en termes météorologiques.

Et l’ensemble de l’économie allemande redoute un dunkeflaute durable l’hiver prochain bien que ce pays ne se trouve en aucun cas près de l’Equateur. Et pourquoi ? Parce que l’Allemagne est le champion du monde de l’énergie éolienne installée par tête d’habitant. Et dans une situation de marasme barométrique comme par exemple un anticyclone persistant sur l’Europe centrale le ciel est couvert et plombé et il n’y a pas un souffle d’air. De plus les températures peuvent devenir très rudement basses. Toutes ces conditions ont été presque réunies à deux reprises durant l’hiver 2016-2017 et l’Allemagne a frôlé le back-out électrique. Seules les sources d’électricité conventionnelles telles que le nucléaire, le charbon et le gaz ont pu éviter in extremis cet incident qui se serait propagé à toute l’Europe car tous les pays sont inter-connectés. D’ailleurs la solidarité trans-nationale a joué également son rôle car aucun pays n’a intérêt pour son économie à se trouver plongé dans le noir absolu.

Un black-out ne se « répare » pas en quelques heures. Le réseau électrique étant devenu défaillant toutes les usines de production sont automatiquement déconnectées, en particulier les centrales nucléaires dont la puissance est automatiquement amoindrie avec la chute de toutes les barres de contrôle du flux neutronique, et il faut plusieurs heures voire plusieurs jours pour rétablir ce réseau étape par étape, un processus, certes, très automatisé, mais qui requiert une intervention humaine délicate dans tous les centres de dispatching importants.

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Malgré le foisonnement des moulins à vent et des panneaux solaires en Allemagne mais également dans d’autres pays d’Europe, la nouvelle marotte des écologistes qui prétendent qu’il y a toujours un peu de vent quelque part, il n’existe aucun moyen fiable de lisser, pour employer un terme de professionnel, les énergies renouvelables dans l’état actuel des technologies, ni en Allemagne ni dans aucun autre pays européen y compris le Danemark, champion dans le genre moulins à vent, qui doit faire face à une obligation quasi quotidienne de vendre à perte l’électricité d’origine éolienne et d’en acheter au prix fort quand le vent « tombe » comme chaque soir précisément aux heures de pointe de consommation, c’est tout de même de la malchance … Du coup, le prix du kWh est devenu délirant tant au Danemark qu’en Allemagne. Avec l’obligation de Madame Merkel de probablement gouverner avec les Verts dans le cadre d’une prochaine coalition gouvernementale, la situation risque de s’aggraver car il n’y a aucune possibilité d’amélioration du problème du lissage. En effet, comme en France et en Suisse il n’existe pratiquement plus de sites susceptibles d’être aménagés pour créer des retenues d’eau, seule approche de stockage fiable et économique de l’électricité par pompage puis turbinage. D’ailleurs inutile de l’envisager les Verts s’opposeraient catégoriquement à tout nouveau projet de barrage hydroélectrique.

L’agence fédérale de réseau allemande, compte tenu de l’imminence d’un incident durant l’hiver dernier, a donc mis en place des contrats avec les pays voisins dont la France à hauteur de 10,4 GW alors que la capacité nominale d’énergies renouvelables installées en Allemagne est de 90 GW ! Est-ce que cette « réserve » suffira, nul ne le sait. Selon une étude de VGB PowerTech (lien en fin de billet) il faudrait que l’Allemagne dispose d’une capacité de stockage de 21 TWh pour assurer son approvisionnement en cas de conditions anticycloniques persistant plus de 10 jours. Or l’Allemagne ne dispose que d’une capacité de stockage (pompage-turbinage) de 0,05 TWh (vous avez bien lu) et la plus grande retenue située en Thuringe d’une puissance de 1060 MW ne peut fournir en cas d’urgence de l’électricité que pendant 8 heures. Pour être totalement à l’abri d’un black-out il faudrait que l’Allemagne dispose de 2300 stations de pompage-turbinage avec retenues d’eau associées équivalentes à celle de Thuringe, cela relève de la plus pure utopie !

Autant dire qu’il est facile de comprendre devant une telle situation que l’abandon de l’énergie nucléaire exigée par les écologistes et la multiplication des moulins à vent ne feront qu’aggraver la situation mais aussi et surtout cette situation révèle au grand jour l’ineptie totale des énergies renouvelables qui ne sont pas économiquement viables.

Les estimations de Greenpeace pour pallier à ce problème de risque bien réel de black-out sont tout aussi délirantes. Il faudrait, selon cette organisation, disposer de 67 GW de centrales électriques à gaz et de 42 GW d’électrolyseurs pour stocker l’électricité sous forme d’hydrogène, une vraie usine à gaz monstrueuse totalement irréalisable de 114 GW pour lisser les heures de pointe sans vent ni soleil, ces besoins de lissage atteignant 84 GW. L’Allemagne n’est pas sortie de ses difficultés électriques et elle ne feront que s’aggraver dans le futur avec l’abandon total du nucléaire (ce que les Suisses ont aussi décidé, comme quoi la bêtise ne connait pas de frontières) et un refroidissement général du climat, synonyme de conditions anticycloniques hivernales durables comme par exemple en février 1956 : trois semaines sans vent et sans soleil et une température avoisinant les moins 25 degrés de nuit comme de jour, qui s’en souvient ? Il est illusoire d’imaginer un instant que l’exemple de l’Allemagne soit pris en compte par le frétillant ministre français de l’énergie solidaire et éolienne, énergie qui parfois n’est plus du tout renouvelable et se moque de la solidarité …

Source et illustration : sfen.org

https://www.vgb.org/studie_windenergie_deutschland_europa_teil1.html