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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.
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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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4. Conclusion
Le stockage d'énergie par pompage et turbinage hydraulique est amené à continuer son développement au plan international, en lien avec la poursuite du développement des énergies solaire et éolienne. Il représente en effet la moins chère des solutions de stockage d'énergie électrogènes et bénéficie d'un très bon rendement énergétique. Pour apporter aux réseaux la flexibilité dont ont besoin les systèmes électriques, le stockage d'énergie est en concurrence avec les moyens de production de pointe brûlant du gaz et émetteurs de CO2 . La poursuite du développement du stockage d'énergie passe par la valorisation économique des nombreux services rendus aux systèmes électriques :
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report des heures creuses vers les heures pleines et complément des énergies intermittentes, qui sont les motivations premières pour développer le stockage ;
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réglage de la fréquence et de la tension sur le réseau ;
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disponibilité d'une énergie en secours à des problèmes réseau, etc.
Ce développement serait facilité par une harmonisation des réglementations nationales, au moins au niveau européen.
L'auteur remercie Olivier Teller d'Alstom qui a bien voulu relire l'article, et Jean-Charles Galland d'EDF qui a fourni les illustrations qui concernent les stations de Revin et Grand Maison.
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BIBLIOGRAPHIE
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(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).
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(2) - GINOCCHIO (R.), VIOLLET (P.-L.) - L'énergie hydraulique. - Eyrolles (2012).
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(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).
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(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).
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(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.
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...
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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