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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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3. Développement en Europe et dans le Monde
3.1 Panorama mondial
La puissance de turbinage des stations de stockage d'énergie par pompage cumulée au niveau mondial était de l'ordre de 140 GW en 2010, dont 21 GW aux États-Unis, 45 en Asie, 46 en Europe.
Le stockage d'énergie par pompage est, parmi les autres solutions de stockage d'énergie électrogènes, la plus utilisée, la moins chère et l'une de celles qui a le meilleur rendement énergétique. Grâce aux interconnexions des réseaux, elle peut être mutualisée et partagée. Dans le contexte général de développement des énergies renouvelables intermittentes (énergie éolienne et énergie solaire), le stockage d'énergie par pompage est au début du XXI e siècle en fort développement. Ce développement est conditionné par la maîtrise des facteurs sociaux (acceptation de la construction par les habitants) et environnementaux (maîtrise de la biodiversité). Ce développement est particulièrement visible dans un certain nombre de pays, notamment la Chine et l'Europe.
Le tableau 2 donne la liste des stations de stockage par pompage dans le Monde, de plus de 1 000 MW de puissance installée. Sur les quelque 75 stations répertoriées dans ce tableau, près de la moitié ont été mises en service depuis 2000 ou sont destinées à être mises en service d'ici 2020.
HAUT DE PAGE3.2 Chine
En Chine, il y avait en 2009 environ 11 GW de puissance installée dans les 22 stations de stockage par pompage qui existaient déjà. En 2010, cette puissance était déjà de 17 GW et les projections pour 2015 et 2020 sont respectivement de 30 GW et 50-60 GW. En 2030, cette puissance totale pourrait être comprise entre 100 et 130 GW. Les opérateurs de ce développement sont surtout les sociétés gestionnaires des réseaux : State Grid et China Southern Grid. Les modèles d'activité sont liés au besoin de suivi de charge à proximité des grands centres de consommation, en complément des centrales thermiques et nucléaires, et, plus récemment (avec la centrale de Hohhot) liés aussi au...
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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).
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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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