Dominique Meeùs
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Énergie, stockage par pompage-turbinage

Table of contents

pompage-turbinage pumped-storage hydroelectricity
PSH
station de transfert d’énergie par pompage pompcentrale
STEP

Les installations hydroélectriques utilisent un groupe turbine-génératrice où la turbine est généralement une turbine Francis (dessein génial du milieu du 19e siècle. Et cette turbine, et la génératrice sont inversibles ; le même groupe peut donc fonctionner en groupe moteur pompe. On peut transformer de l’énergie électrique en élevant l’eau d’un réservoir bas dans un réservoir haut (Wikipedia, Pumped-storage hydroelectricity) et récupérer l’énergie comme dans toute centrale hydroélectrique. C’est un des moyens les plus intéressants quant au rendement. On peut disposer de grandes puissances (de l’ordre du GW et plus) avec un démarrage très rapide. Cependant la quantité d’énergie stockée est assez limitée (quelques GWh) à cause de la grande quantité d’eau que cela représente. La capacité mondiale installée (un peu plus de 100 GW) ne représente que quelques pour cents de la capacité de production d’énergie électrique.

Par exemple, la station de pompage Dinorwig Power Station peut restituer 1,8 GW pendant six heures (ce qui ferait 10,8 GWh) : Wikipedia, Dinorwig pumped storage plant. Elle fonctionne en STOR (short term operating reserve), c’est-à-dire en réponse rapide. Elle couvre par exemple une partie de la fabrication de thé avec bouilloire électrique par les téléspectateurs pendant les passages de publicité de grands événements. On a connu des pointes de près de 3 GW de demande en puissance lors de mi-temps de coupe du monde de foot).

La station de Coo-Trois-Ponts serait aurait une puissance de l’ordre de 1 GW et peut tenir cinq heures (stockage de 5 GWh) selon fr.wikipedia.org/wiki/Centrale_de_Coo-Trois-Ponts. Le plan 2050 belge donne 1,2 GW et 5 GWh (3.3.1. p. 8, PDF p. 44).

Cela pose un problème de surface et de disposition des lieux ; il faut de grands réservoirs naturels ou sacrifier des surfaces à des réservoirs artificiels et les deux réservoirs doivent être raisonnablement proches mais avec une bonne différence de hauteur. Les possibilités sont réduites par la rareté des sites possibles en dehors des sites déjà occupés par l’hydroélectrique, surtout dans les pays développés. Il est possible que le reste du monde ait plus de possibilités non encore exploitées.

On peut diminuer la surface au sol et la contrainte « montagneuse » (i) si le réservoir haut est sur une falaise et le réservoir bas est la mer ; (ii) si le réservoir bas est souterrain. La station de pompage Dinorwig Power Station est souterraine, mais pas en profondeur. Elle est cachée dans une caverne de montagne pour des raisons esthétiques, entre deux réservoirs naturels. Certaines stations sont réellement en profondeur (http://en.wikipedia.org/wiki/Underground_power_station).

Au Limbourg néerlandais, l’avant-projet OPAC 30 (Ondergrondse Pomp Accumulatie Centrale, http://www.o-pac.nl/), à très grande profondeur donc avec des bassins réduits, aurait des performances de l’ordre de grandeur de Dinorwig. La station pourrait emmagasiner 8 GWh (en gros, tourner huit heures à 1 GW). Voir aussi http://www.limburg.nl/Beleid/Duurzaamheid_Energie_en_Klimaat/Duurzame_energie_en_energiebesparing/Projecten_en_initiatieven/OPAC, http://www.exploremagazine.nl/default.lynkx?id=23987, http://repository.tudelft.nl/view/ir/uuid%3Aa87a1047-fbed-4f39-9c86-7e829980a216/, http://www.o-pac.nl/waarom%20opac.html, http://www.lievense.com/nl/pers/Persberichten/Overschot+aan+windenergie+in+2020, http://www.sogecom.nl/energy.html.

En Belgique, le ministre Vande Lanotte annonce (mi-janvier 2013) une station de pompage en mer au large de Wenduine. Il s’agit d’une digue circulaire formant une île artificielle entourant une dépression servant de bassin bas. La mer sert de réservoir haut. Il s’agirait d’une capacité de 300 MW pouvant tenir 3 h, donc un stockage de 900 MWh. On parle d’un coût de 800 millions d’euros, soit un peu moins de 3 millions le MW de puissance, mais dans le stockage, la quantité compte au moins autant que la puissance et coût est énorme. La construction prendrait sept ans. Si les 800 millions sont un « overnight cost », le coût réel après sept ans pourrait être beaucoup plus élevé. Cela illustre les limites de ce procédé très coûteux pour des quantités d’énergie très petites.

Un architecte danois a des projets plus ambitieux, mais sans doute à plus long terme : http://www.greenpowerisland.dk/.

Par rapport aux stations terrestres classiques, les stations à l’eau de mer présentent le handicap de devoir résister à la corrosion par le sel.

Le pompage n’est pas nécessairement électrique, il pourrait être par exemple éolien direct, mais ce n’est possible que pour de petites unités (mille fois plus petites que celles mentionnées ci-dessus) : les éoliennes doivent respecter des distances et on peut difficilement concevoir une station de pompage faite de nombreuses pompes dispersées.

On propose des pompes activées par la houle. La société Ecotricity annonce des Searaser, flotteurs de 120 cm de diamètre, dont le mouvement active une pompe à piston qui pompe l’eau, soit directement dans des turbines, soit dans un réservoir alimentant les turbines. C’est trop nouveau (seulement sur le papier en janvier 2012) pour avoir des chiffres de capacité crédibles.

Ordres de grandeur du stockage d’énergie par pompage

En pensant au stockage de l’électricité, il faut garder à l’esprit qu’entre la mi-temps d’un grand match de foot et la fourniture d’électricité à tout un pays pendant une semaine sans vent, il y a de la marge. De grosses stations de pompage comme Coo, Dinorwig ou le projet OPAC, ça se compte en GWh. Tenir une semaine en Belgique sur des stocks, ça supposerait de pouvoir stocker 2 à 3 TWh. C’est plusieurs centaines de fois plus que ce qui existe. La consommation électrique mondiale d’une semaine serait aussi de l’ordre de mille fois la capacité de stockage hydraulique mondiale actuelle.

Coût d’investissement d’une station de pompage-turbinage

La station de Dinorwig a côuté 425 millions de livres sterling en 1974 (http://en.wikipedia.org/wiki/Dinorwig_pumped_storage_plant#Construction).

Notes
30
OPAC serait le sigle du projet et O-PAC celui d’un ou de plusieurs organismes ou d’un consortium créés pour le développer (ou le contraire).
Dominique Meeùs. Date: 2012-…