Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Les stations de transfert d'énergie par pompage (STEP) réalisent un stockage d'énergie en pompant de l'eau vers un réservoir situé en altitude pendant les périodes où l'électricité est abondante, pour produire de l'énergie électrique, en faisant chuter cette eau au travers de turbines, vers un plan d'eau situé plus bas, pour répondre plus tard à la demande. C'est le moyen de stockage stationnaire d'énergie électrogène le plus utilisé au Monde. Au-delà de son usage premier qui est de permettre de «stocker» l'électricité pour l'utiliser à la demande, le stockage d'énergie par pompage participe aux «services système» et constitue un secours en cas de problèmes sur le réseau. Il est actuellement en fort développement dans le Monde pour contribuer à compenser l'intermittence des énergies renouvelables solaire et éolienne.
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The principle of pumped storage plants (PSP) is to pump water up to a reservoir at a higher altitude during periods where electricty is available (cheap), then to use turbines to generate electricity during peak hours of electricity demand, water falling back into another reservoir at a lower altitude. This energy storage technology is the most widely electrical energy storage used in the world. Pumped hydro energy storage is also contributing to services to the grid, for frequency and tension regulation, and contributes to the safety of power systems. Pumped hydro energy storage is undergoing strong wotldwide development, contributing to the management of eletricity from intermittent sources (wind and solar).
Auteur(s)
-
Pierre-Louis VIOLLET : Président du comité scientifique et technique de la Société hydrotechnique de France - Professeur honoraire à l'École des Ponts – Paristech - Ancien directeur international et partenariats d'EDF R et D
INTRODUCTION
Le stockage d'énergie par pompage a été développé pour optimiser le fonctionnement des grandes centrales électriques dans les réseaux interconnectés, en face d'une demande en électricité variable dans le temps (heures pleines/heures creuses). Au début du XXIe, ce stockage d'énergie fait l'objet d'une nouvelle vague de développement, importante, en lien avec le développement des énergies renouvelables.
Le pompage est le moyen de stockage électrogène le plus économique, pourvu que l'on dispose de sites appropriés : pouvoir aménager ou utiliser un réservoir en altitude qui puisse être mis en communication, par des conduites et galeries, avec un autre plan d'eau situé plus bas. Les composants clés sont les turbines et les pompes, ou les turbines-pompes combinant les deux fonctions. Pour une grande flexibilité de fonctionnement en pompage comme en turbinage, les turbines-pompes les plus récentes sont à vitesse variable. Plusieurs exemples d'installations de grande puissance sont donnés dans cet article.
Le stockage d'énergie par pompage est à ce jour le moyen de stockage stationnaire d'énergie le plus utilisé au Monde, puisque la capacité mondiale installée des usines de stockage par pompage était déjà en 2010 d'environ 140 000 MW. En France, il y a 6 stations de pompage STEP (stations de transfert d'énergie par pompage).
Au-delà de son usage premier qui est de permettre de « stocker » l'électricité pour l'utiliser aux heures où l'on en a besoin, le stockage d'énergie par pompage contribue à de multiples services aux réseaux et systèmes électriques et constitue un secours en cas de problèmes sur le réseau. Il est actuellement en fort développement pour contribuer à compenser l'intermittence des énergies renouvelables solaire et éolienne, en Europe, mais aussi dans d'autres pays comme la Chine ou les États-Unis.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
Etat de l'art Sécurité du réseau Marché de l'électricité Energies renouvelables Stockage d'énergie Electricité Pompes Turbines Système électrique
KEYWORDS
state of art | grid safety | eletricity market | renewable energy | energy storage | electicity | pump | turbines | power system
DOI (Digital Object Identifier)
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Services rendus et valorisation économique
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1. Principes et description
Le principe de ce stockage d'énergie est de pomper de l'eau à partir d'un réservoir vers un autre réservoir situé à une plus haute altitude, pendant les périodes où l'électricité est abondante. Puis, aux moments où la demande est plus forte au regard de la production, de faire chuter cette eau au travers de turbines qui produisent de l'énergie électrique. Il y a besoin pour ce faire de deux réservoirs d'eau situés à des altitudes différentes (figure 1), de galeries, canalisations ou conduites reliant ces deux réservoirs, de pompes et de turbines, ainsi que d'ouvrages annexes.
L'énergie est stockée sous forme d'énergie potentielle de gravité. Un volume d'eau V existant à une certaine altitude h au-dessus de la mer correspond en effet à une énergie potentielle :
( 1 )
avec :
- ρ :
- masse volumique de l'eau,
- g :
- accélération de la pesanteur.
Entre deux réservoirs dont les niveaux seraient à des altitudes différentes de Hb , appelé hauteur de chute brute, il y aurait donc une différence d'énergie potentielle :
( 2 )
avec :
- V :
- volume d'eau qu'il est effectivement possible de transférer d'un réservoir à l'autre, et inversement.
Ce volume V dépend des capacités des réservoirs, sachant qu'un réservoir donné est caractérisé par un niveau d'eau minimal (au-dessous duquel on s'interdit de descendre) et d'un niveau maximal.
Comme les niveaux des deux lacs évoluent au cours d'un cycle de pompage-turbinage, la hauteur de chute Hb varie pendant ce cycle. Ainsi, l'énergie stockable est plus souvent définie par le volume utile des réservoirs.
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Principes et description
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ENGELS (K.), HARASTA (M.), BRAITSCH (W.), MOSER (A.), SCHAFER (A.) - Machine concept optimization for pumped-storage plants through combined dispatch simulation for wholesale and reserve markets. - La Houille Blanche, no 3, p. 37-43 (2012).
-
(2) - GINOCCHIO (R.), VIOLLET (P.-L.) - L'énergie hydraulique. - Eyrolles (2012).
-
(3) - MARTINS (N.), CABRAL (P.), AZEVEDO (H.) - Integrating renewable energy sources in the Portuguese power system. - La Houille Blanche, no 3, p. 26-31 (2012).
-
(4) - URSAT (X.), JACQUET-FRANCILLON (H.), RAFAI (I.) - Expérience d'EDF dans l'exploitation des STEP françaises. - La Houille Blanche, no 3, p. 32-36 (2012).
-
(5) - VENNEMANN (P.), GRUBER (K.H.), HAAHEIM (J.U.), KUNSCH (A.), SISTENICH (H.-P.), THONI (H.-R.) - Pumped storage plants – Status and perspectives. - VGB Powertech Report, avr. 2011.
-
(6)...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Société Hydrotechnique de France http://www.shf-hydro.org/
Centrales hydroélectriques en France http://www.hydroweb5.free.fr
Hydroélectricité dans le Monde http://www.hydroworld.com
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Pompes, turbines et turbines-pompes , installations électromécaniques :
ALSTOM POWER http://www.alstom.com/fr/power/renewables/hydro/
ANDRITZ http://www.andritz.com/hydro.htm
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