Bibliographie & annexes
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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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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
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 XXI e, 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
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Développement en Europe et dans le Monde
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2. Services rendus et valorisation économique
Le modèle d'activité historique des STEP est de réaliser des transferts d'énergie entre heures pleines et heures creuses. Historiquement, cela s'est développé dans des systèmes électriques locaux, non ou mal interconnectés (voir encart historique). Dans les systèmes électriques interconnectés d'aujourd'hui, les STEP ayant un rendement meilleur et des conditions économiques plus avantageuses que les autres formes de stockage d'énergie sont en mesure de procurer des services de stockage sur toute l'étendue du réseau.
2.1 Transfert d'énergie entre heures pleines et heures creuses
Il s'agit du modèle de base (et du modèle historique) d'utilisation du stockage d'énergie : pomper pendant les heures creuses et turbiner pendant les heures pleines. La valorisation de ces transferts d'énergie s'effectue grâce aux mécanismes des marchés de l'électricité. Plus grande est la différence de prix de gros de l'électricité entre heures creuses (pendant lesquelles on pompe) et heures pleines (pendant lesquelles on turbine), meilleures sont les chances de rentabilité économique des STEP.
En simplifiant à l'extrême, et en supposant que le prix de gros de l'électricité soit constant, et noté G c (en heures creuses), pendant la phase de pompage, et de nouveau constant, G p (en heures pleines), pendant la phase de turbinage, le revenu dégagé par un cycle serait :
Comme l'énergie turbinée E t est inférieure à l'énergie pompée E p , sur un cycle, à cause des pertes, la condition pour que ce revenu existe (R > 0) est que le rapport des prix de l'électricité heure creuse /heure pleine soit inférieur au rendement :
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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.
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Société Hydrotechnique de France http://www.shf-hydro.org/
Centrales hydroélectriques en France https://www.edf.fr/groupe-edf/espaces-dedies/l-energie-de-a-a-z/tout-sur-l-energie/produire-de-l-electricite/les-differents-types-de-centrales-hydrauliques
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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