Selon le nouveau rapport d'IDTechEx, intitulé « Marché du stockage d'énergie de longue durée 2024-2044 : Technologies, acteurs, prévisions », 1,4 TWh de stockage d'énergie de longue durée (LDES) seront installés dans le monde d'ici 2044. Si les systèmes de stockage d'énergie mécanique seront un moteur essentiel du déploiement du LDES à l'échelle mondiale, les années 2040 devraient voir une plus grande diversification des technologies LDES.
Quelles technologies LDES sont en cours de développement ?
Plusieurs technologies de stockage d'énergie liquide (LDES) sont actuellement développées et commercialisées dans des régions clés. Ces technologies se répartissent en quatre catégories : électrochimiques, mécaniques, thermiques et de stockage d'hydrogène. Grâce à des financements provenant des secteurs privé, public et gouvernemental, près de 4 milliards de dollars ont été investis dans les entreprises qui développent ces technologies (hors hydrogène).
Classification des technologies de stockage d'énergie. Source : IDTechEx
Bon nombre de ces technologies devraient s'avérer moins coûteuses que les batteries lithium-ion (en $/kWh), notamment grâce à l'utilisation de matériaux moins onéreux et à des conceptions permettant de dissocier l'énergie et la puissance. Une mise à l'échelle indépendante de la capacité énergétique signifierait que des systèmes tels que les batteries redox à flux (RFB), le stockage hydroélectrique par pompage-turbinage, le stockage d'énergie liquide et d'air comprimé, ainsi que certaines batteries zinc, bénéficieraient de coûts d'investissement réduits (en $/kWh) pour un stockage de plus longue durée. Par exemple, dans le cas du stockage d'énergie par air liquide (LAES), la taille des réservoirs de stockage d'air liquide pourrait être augmentée, tandis que celle des turbomachines ne serait nécessaire qu'en fonction de la production d'électricité. Avec l'augmentation de la part des énergies renouvelables, des systèmes de stockage à durée de vie moyenne plus longue seront nécessaires dans les régions clés. Par conséquent, d'ici les années 2030, le coût des technologies de stockage d'énergie liquide (LDES) à l'échelle commerciale devrait diminuer, démontrant ainsi leur avantage par rapport aux batteries lithium-ion.
Quelles technologies LDES s'imposeront sur le marché ?
Bien que, du fait du manque actuel de déploiements à l'échelle commerciale, il soit difficile de déterminer avec précision quelles technologies seront les plus économiques à déployer, des facteurs tels que l'efficacité aller-retour (EAR), la durée de vie et la densité énergétique seront également des facteurs clés influençant le succès de ces technologies.
À long terme, les systèmes de stockage d'énergie mécanique devraient contribuer de manière décisive au développement du stockage d'énergie à grande échelle (LDES), leur déploiement au-delà de 100 MW étant plus rentable et leur capacité de stockage plus durable. Concernant le stockage d'énergie par laser (LAES), le stockage d'énergie par dioxyde de carbone liquide (LCES) et le stockage hydroélectrique souterrain par pompage-turbinage, il est possible d'accroître la capacité et, par conséquent, la durée de vie de ces systèmes après leur mise en service initiale, ce qui constitue un autre avantage. De plus, certains développeurs prévoient déjà de déployer des systèmes de stockage d'énergie mécanique à l'échelle du gigawattheure d'ici 2030.
D'autres systèmes, dont la part de marché augmentera dans les années 2040, comprennent les batteries fer-air, les batteries zinc rechargeables (par exemple, Zn-air, Zn-Br statiques), les batteries redox à flux (RFB) et le stockage d'énergie thermique et électrothermique. Parmi les principaux fabricants de batteries alternatives figurent Form Energy, qui développe des systèmes fer-air offrant 100 heures d'autonomie, et des fabricants de batteries zinc-air tels que Zinc8 Energy et e-Zinc. La plupart de ces entreprises sont en phase pilote ou aux premiers stades de leur développement commercial. Ces technologies bénéficieront de l'utilisation de matériaux peu coûteux, même si leurs rendements de conversion énergétique plus faibles (40 à 60 %) pourraient limiter leur utilisation à des applications moins performantes, comme l'alimentation de secours. De plus, ces technologies devront impérativement atteindre des coûts d'investissement très faibles et/ou nécessiter un taux de pénétration élevé des énergies renouvelables pour être adaptées aux applications de stockage d'énergie à basse consommation (LDES).
Le stockage d'énergie thermique (SET) est déjà utilisé dans des applications telles que le chauffage urbain par énergie solaire concentrée (CSP), la chaîne du froid et le chauffage des bâtiments. Cependant, les entreprises industrielles devraient de plus en plus recourir aux systèmes de SET pour décarboner leurs procédés de production de chaleur, traditionnellement basés sur la combustion du gaz naturel. Ceci permettra de minimiser les pénalités liées au dépassement d'un certain seuil d'émissions de gaz à effet de serre (GES). Parmi les principaux acteurs développant des technologies de SET, citons Electrified Thermal Solutions, Kyoto Group, Rondo Energy et Brenmiller Energy. Le SET présente un rendement thermique plus élevé pour la conversion de la chaleur en chaleur que pour la conversion de la chaleur en électricité (environ 95 % contre 40 à 60 %) en raison des pertes liées à la conversion de la chaleur en électricité au niveau de la turbine et du générateur. Par conséquent, la plupart de ces systèmes sont conçus pour fournir de la chaleur plutôt que de l'électricité. De ce fait, leur déploiement à grande échelle est moins probable que celui d'autres technologies pour les applications de décarbonation à faible consommation d'énergie (DFGE).
Cependant, le stockage thermique (TES) pourrait également être utilisé dans les systèmes CAES et LAES, en remplacement du gaz naturel, pour fournir la chaleur de détente à l'air lors du rejet. Dans un entretien avec IDTechEx, un développeur de systèmes LAES a indiqué que la chaleur résiduelle du TES pourrait aussi alimenter les réseaux de chauffage urbain, au lieu d'être évacuée, et que les exigences de température y sont bien inférieures (100-140 °C) à celles requises pour la détente de l'air. Ceci pourrait augmenter le rendement thermique effectif (RTE) du système LAES de 55 % à 70 %. Enfin, si le TES jouera un rôle clé dans la décarbonation des procédés de chauffage industriels, certains systèmes pourraient continuer à être utilisés pour des applications LDES ou servir de technologies habilitantes pour améliorer le RTE des systèmes CAES et LAES.
Obstacles et perspectives du déploiement des systèmes de stockage d'énergie à grande échelle (LDES) :
L'un des principaux obstacles au déploiement à grande échelle des technologies LDES réside dans la nécessité d'une visibilité à long terme des revenus. Les systèmes LDES ayant pour la plupart une capacité de 100 MWh à GWh, leur valeur pourrait varier de 100 millions de dollars à 1 milliard de dollars. Les opportunités actuelles d'arbitrage sur les prix de gros de l'électricité ne sont généralement ni suffisamment importantes ni suffisamment durables pour justifier économiquement un déploiement généralisé des LDES à l'heure actuelle. Les développeurs de LDES s'efforceront d'obtenir des contrats sur le marché de capacité afin de garantir des revenus annuels élevés à long terme, mais cela ne suffira probablement pas à couvrir la majeure partie de l'investissement dans une technologie LDES. Enfin, lors d'un entretien avec IDTechEx, certains acteurs clés ont souligné la nécessité de réformes réglementaires pour la génération de revenus issus du stockage d'énergie, afin d'améliorer la rentabilité des technologies LDES et de renforcer la confiance des investisseurs. En définitive, et en fonction de la pénétration des énergies renouvelables variables (ERV), la demande de technologies LDES ne commencera à s'accélérer dans les régions clés qu'au milieu des années 2030, et la demande mondiale à plus grande échelle n'apparaîtra pas avant 2040 environ.
Auteur : Conrad Nichols, analyste technologique chez IDTechEx
