Sans stockage, il n'y a pas de transition énergétique efficace.
par Frank Thelen | 29.03.2020
Le tournant énergétique est une affaire de cœur pour Freigeist.
Sauver notre planète grâce à l'innovation technologique est l'un des principaux domaines d'investissement de Freigeist. Outre les solutions innovantes dans le domaine de la mobilité, comme Lilium Aviation, nous nous intéressons depuis longtemps à l'ensemble du secteur de l'énergie, depuis les approches innovantes de la production d'énergie jusqu'au stockage de l'énergie et à la gestion efficace de l'énergie.
La consommation mondiale d'énergie a augmenté de manière spectaculaire au cours des dernières décennies et l'on s'attend à ce qu'elle augmente encore de 30% d'ici 2040. Cela s'explique entre autres par l'augmentation de la population, l'accroissement de la technologie et l'urbanisation croissante. La consommation d'électricité, en particulier, devrait augmenter de manière spectaculaire au cours des prochaines années, de sorte qu'elle devrait représenter 40% de la croissance de la consommation finale d'énergie d'ici 2040.
L'impact de notre consommation énergétique croissante sur notre climat est dramatique et nous commençons déjà à ressentir les effets du changement climatique sur les écosystèmes, les économies et les sociétés.
Nous devons enfin prendre conscience de l'ampleur du problème et trouver des moyens de réduire les émissions de carbone et de stopper le changement climatique. Un facteur décisif pour cela et pour un avenir durable est le tournant énergétique, la transition vers les énergies renouvelables.
Pourquoi avons-nous besoin de stockage ?
Les sources d'énergie renouvelables, comme l'énergie éolienne et solaire, sont certes très "propres", mais elles ont actuellement encore un "problème de fiabilité", comme l'a qualifié Bill Gates. Les conditions météorologiques varient. Le vent pour les éoliennes souffle indépendamment de la demande en électricité et le soleil pour l'énergie solaire brille ou non, indépendamment du moment où la demande en électricité est la plus élevée. En conséquence, l'approvisionnement en électricité à partir de l'énergie éolienne et solaire est également volatil - et donc "non fiable".
Nous avons donc besoin de technologies qui permettent une certaine flexibilité afin de pouvoir répondre à la demande de manière fiable 24 heures sur 24 avec de l'électricité issue de sources renouvelables. Le stockage de l'énergie, idéal pour équilibrer les fluctuations de l'approvisionnement en électricité à partir de sources d'énergie renouvelables, est une solution prometteuse.
Une étude récente estime que si nous voulons passer à 100% d'énergies renouvelables dans le monde d'ici 2050, nous aurons besoin d'environ 15.000 TWh de capacité de stockage d'énergie. Pour l'Europe, la puissance de stockage nécessaire serait d'environ 2 250 TWh. La majeure partie de la puissance restante nécessaire provient du nord-est de l'Asie (environ 5.000 TWh) et du sud de l'Asie (environ 3.000 TWh). Même si une transition vers les énergies renouvelables à 100% est difficilement réalisable, le besoin en capacité de stockage est énorme.
En 2015, la capacité de stockage mondiale ne s'élevait toutefois qu'à 29 TWh, principalement à partir de centrales de pompage-turbinage. Cela ne représente que 0,2% de ce dont nous aurons besoin d'ici 2050.
Il existe divers domaines d'application pour le stockage de l'énergie, dont les deux plus importants sont l'intégration des énergies renouvelables et les applications pour la stabilité du réseau.
Le stockage d'énergie permet l'intégration des énergies renouvelables
Les énergies solaire et éolienne sont volatiles à différents moments de la journée et de l'année. Le phénomène quotidien de décalage entre les heures où la demande d'électricité est la plus forte et les heures où la production d'électricité renouvelable est la plus élevée est notamment connu sous le nom de "Californian Duck Curve". Alors que la production d'énergie solaire est la plus élevée aux alentours de midi, la demande d'électricité est la plus forte en soirée.
La "Californian Duck Curve" montre la demande nette d'électricité provenant de sources non renouvelables en Californie, en fonction de l'heure de la journée, dans le cas où la demande d'électricité provenant de sources renouvelables (dans ce cas, l'énergie solaire) est entièrement injectée dans le réseau. On constate que la demande d'électricité issue de sources non renouvelables chute très largement aux alentours de midi, car la production d'énergie solaire est alors très élevée. Cela montre globalement le risque de surproduction à midi, si l'on considère l'offre globale. Après 15 heures, la demande d'électricité non renouvelable augmente très rapidement et atteint son maximum le soir. Plus la part d'énergie solaire est élevée, plus cette augmentation soudaine de la demande d'électricité provenant d'autres sources est forte en fin d'après-midi. Ce changement brutal de la demande en électricité et - par conséquent - de l'approvisionnement en électricité dans un laps de temps très court pour répondre à l'évolution de la demande est extrêmement stressant pour le réseau électrique.
Le stockage d'électricité peut aider à lisser la "Californian Duck Curve", comme le montre la figure 2. Pour ce faire, ils stockent de l'électricité pendant les heures de midi, lorsque la production d'énergie solaire est élevée et la demande faible, et la déplacent vers les heures du soir où la demande est élevée et où la production d'énergie solaire est très faible ou inexistante. Cela permet de lisser la courbe et de réduire l'augmentation soudaine de la demande en électricité produite à partir d'énergies non renouvelables pendant les heures de fin d'après-midi.
Source des données : Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems et al. (2018)
Les données du Fraunhofer Institute sur le marché allemand de l'électricité montrent que la production d'électricité à partir de sources éoliennes et solaires ne varie pas seulement quotidiennement, mais qu'elle est également extrêmement changeante au fil des semaines et des saisons.
De 2008 à 2018, la part de l'énergie éolienne et solaire est passée de 8,3% à 28,8%. Cela représente une multiplication par 3,5 en 10 ans.
L'intégration de ces énergies renouvelables volatiles est de plus en plus importante et devient urgente avec l'augmentation de la part d'énergie éolienne et solaire en Allemagne.
Rien qu'en 2017, l'Allemagne a exporté à l'étranger de l'électricité qui aurait suffi à alimenter 15,4 millions de foyers pendant un an.
Une pratique courante pour les jours de (trop) forte production est actuellement ce que l'on appelle l'écrêtage, qui consiste à arrêter temporairement les installations ou à réduire leur production, par exemple pour éviter une surcharge du réseau électrique.
Une autre option, également souvent utilisée, consiste à exporter de l'électricité, mais cela surcharge les réseaux électriques des pays voisins et affecte leurs prix de l'électricité. Aucune de ces deux options n'est particulièrement utile pour atteindre les objectifs climatiques de manière durable.
Le stockage de l'électricité peut rendre la régulation et l'exportation d'électricité superflues, car l'électricité excédentaire pourrait ainsi être facilement stockée pour des besoins ultérieurs.
Rien qu'en Allemagne, 5,5 TWh d'électricité issue de sources renouvelables ont été régulés en 2017 et environ 77 TWh ont été exportés. Pour donner un exemple et une idée des chiffres : Un ménage de 4 personnes dans une maison individuelle consomme environ 4 à 5 MWh par an. Cela signifie que l'électricité exportée aurait permis d'alimenter (gratuitement) 15,4 millions de ménages allemands pendant un an. Au lieu de cela, nous avons exporté l'électricité à des prix majoritairement négatifs. En d'autres termes, nous avons payé les autres pour qu'ils achètent notre électricité, alors que dans le même temps, les ménages doivent payer des prix de l'électricité toujours plus élevés.
De plus, les jours où la production d'électricité à partir de sources renouvelables est faible, des centrales de pointe sont activées. Il s'agit de centrales qui ne fonctionnent que quelques jours par an et qui ont généralement des coûts marginaux très élevés, qui sont répercutés sous la forme de prix de l'électricité plus élevés. De plus, elles fonctionnent généralement avec des ressources limitées. En Allemagne, la charge de pointe de 82 GW est principalement couverte par des centrales à gaz, à charbon et nucléaires et est en outre souvent utilisée comme argument contre une sortie rapide du charbon. Le stockage d'électricité peut ouvrir la voie à la sortie du charbon et à la transition énergétique en offrant une solution plus durable que ces centrales de pointe et en les remplaçant complètement à long terme.
Le stockage d'énergie soulage notre réseau et favorise la stabilité du réseau
Mais du point de vue des gestionnaires de réseau, les accumulateurs d'électricité sont également nécessaires et extrêmement utiles.
En réduisant la charge du système aux heures de pointe, ils peuvent prolonger la durée de vie du réseau sans gaspiller d'électricité.
En outre, ils contribuent à garantir une qualité élevée et constante de l'électricité : un écart entre l'offre et la demande peut avoir un impact négatif sur la qualité de l'électricité. Cela peut entraîner des instabilités sur le réseau et éventuellement endommager les terminaux. Un exemple qui est probablement familier à la plupart des Allemands est celui des horloges qui fonctionnent mal. Ces horloges utilisent la fréquence de 50 Hz pour mesurer le temps. En raison de fortes fluctuations dans le réseau, la tension peut varier, ce qui peut entraîner un mauvais fonctionnement des horloges.
Les fluctuations de tension peuvent toutefois être facilement corrigées si l'alimentation électrique peut y répondre. Le stockage d'énergie peut offrir des solutions bien plus avantageuses que les options actuelles.
De plus, le stockage d'électricité peut être utilisé pour atténuer les effets des retards d'investissement dans l'extension du réseau. L'Allemagne prévoit d'étendre son réseau électrique de 7700 km. Sur ce total, 1050 km ont été construits à ce jour, soit moins de 14%. Les investissements nécessaires sont estimés à 50 milliards d'euros. En 2018, 150 km ont été construits, ce qui est tout simplement insuffisant.
Combiné à l'augmentation de la demande en électricité, cela entraîne des goulets d'étranglement dans l'approvisionnement de certaines régions. Ce n'est pas seulement mauvais pour la fiabilité et la qualité de l'approvisionnement en électricité, mais aussi pour le réseau lui-même.
Le stockage de l'électricité peut donc ouvrir la voie aux énergies renouvelables en lissant les fluctuations quotidiennes, hebdomadaires et saisonnières. Ils peuvent rendre les coupures superflues et remplacer les centrales de pointe. De plus, elles peuvent augmenter la stabilité et la fiabilité du réseau et prolonger sa durée de vie.
Kraftblock, la première solution de stockage économiquement et écologiquement viable
Depuis des années, chez Freigeist Capital, nous analysons le stockage de l'électricité et comparons les solutions de stockage disponibles. Jusqu'à présent, cependant, les accumulateurs disponibles n'étaient ni particulièrement durables, ni écologiquement viables, en raison de leurs cycles de charge limités. De plus, les solutions de stockage telles que les batteries sont extrêmement coûteuses et l'extraction des matières premières nécessaires nuit à la fois à l'environnement et à la population locale.
Dans Kraftblock, nous avons trouvé pour la première fois une solution qui est durable, écologiquement viable, économiquement raisonnable et évolutive. C'est pourquoi nous avons investi.
Kraftblock est un accumulateur d'énergie modulaire et évolutif avec des capacités allant de 4 MWh à 10.000 MWh. Grâce à sa technologie innovante, il est nettement moins cher que les batteries lithium-ion courantes et plus propre, car il ne présente aucun risque pour l'environnement : Elle est composée à 85% de matériaux recyclés et, par rapport aux ressources disponibles critiques comme le cobalt, elle est composée à presque 100% de ressources illimitées. De plus, le matériau de stockage est recyclable à 100 %. De plus, il a une durée de vie pratiquement infinie et ne contient pas de substances toxiques. Grâce à son coût de stockage très avantageux de 1 à 4 centimes/ KWh, il n'est pas seulement écologique et durable, mais aussi très économique.
La particularité de Kraftblock réside dans ses granulés d'accumulation, qui peuvent stocker des températures extrêmement élevées, jusqu'à 1300 degrés, dans un espace très réduit. La densité de stockage est 3 à 10 fois plus élevée que celle des accumulateurs thermiques comparables et la température de stockage élevée permet une réinjection d'électricité extraordinairement efficace. Tous ces avantages font de Kraftblock une solution extrêmement avantageuse et durable, capable de répondre aux besoins de stockage d'énergie afin de permettre une transition énergétique réussie.
Une transition vers les énergies renouvelables est inévitable si nous voulons limiter les dégâts qu'une consommation d'électricité en constante augmentation cause à notre environnement et à notre climat. Dans le cas contraire, nous ressentirons les effets de l'augmentation des émissions de gaz à effet de serre sous la forme du changement climatique, qui nous affectera en tant que société, économie et individus.
Les énergies solaire et éolienne sont "propres", mais elles sont soumises à de fortes fluctuations, car le soleil et le vent ne sont pas contrôlables. C'est pourquoi nous avons besoin d'un stockage d'énergie afin de garantir un approvisionnement en électricité fiable grâce aux sources d'énergie renouvelables. Kraftblock offre une solution idéale à cet égard et constitue donc une étape importante sur la voie d'un avenir avec un approvisionnement énergétique à la fois durable et fiable.