Avenir de l'énergie

Existe-t-il un moyen éprouvé de stocker l'énergie excédentaire ? NCE rend compte du potentiel de l'hydroélectricité de stockage par pompage au Royaume-Uni et examine le projet de Coire Glas.

Alors que le monde s'éloigne lentement de la production d'électricité à partir de combustibles fossiles et vers des alternatives renouvelables, un obstacle majeur doit encore être surmonté : l'intermittence.

Les panneaux solaires ont besoin de lumière du jour et les éoliennes ont besoin d'une forte brise. Sans les deux, le réseau national pourrait être en difficulté par une soirée d'hiver calme, sombre et sous zéro. D'autres sources d'énergie sont nécessaires pour empêcher l'extinction des lumières et l'hydroélectricité à accumulation par pompage en est une.

Au Royaume-Uni, il n'y a que quatre installations de stockage par pompage, avec des capacités allant de 300 MW à 1,8 GW. La dernière à être construite était la centrale électrique de 1,8 GW de Dinorwig au Pays de Galles, qui a ouvert ses portes en 1984.

Près de quatre décennies plus tard, les plans de la station de pompage-turbinage de 1,5 GW de Coire Glas dans les Highlands écossais progressent. En mars, la société énergétique SSE Renewables a déclaré qu'elle investissait 100 millions de livres sterling dans la prochaine phase de conception et de raffinement détaillés du projet. Il indique que la construction de Coire Glas ferait plus que doubler la capacité totale actuelle de stockage d'électricité du Royaume-Uni.

Les systèmes de stockage par pompage ont un bilan sans problème remontant à la plus grande partie d'un siècle.

Leur principe de fonctionnement est simple ; lorsqu'il y a un surplus d'électricité disponible, les turbines l'utilisent pour pomper l'eau d'un lac ou d'un réservoir inférieur vers un réservoir supérieur.

En cas de pénurie, les turbines s'inversent et l'eau s'y écoule pour produire de l'électricité en quelques minutes, parfois même en quelques secondes.

Le besoin de stockage de longue durée devient plus pressant pour assurer une plus grande pénétration des énergies renouvelables

Il existe environ 80 stations de pompage-turbinage d'une capacité de plus de 1 GW dans le monde et environ 80 autres sont en construction ou en voie d'achèvement.

Les coûts d'investissement sont élevés et l'empreinte carbone pendant la construction est importante, mais ces facteurs sont généralement jugés acceptables compte tenu des faibles coûts de fonctionnement et de la durée de vie de plusieurs décennies qui peuvent être attendues. Le vrai problème est le manque de sites adaptés.

Une différence de hauteur d'au moins 500 m entre les réservoirs supérieurs et inférieurs est essentielle si l'efficacité de récupération d'énergie économique - la différence entre l'énergie nécessaire pour pomper l'eau en amont et l'énergie récupérée lorsqu'elle descend à travers les turbines - de 80 % ou plus doit être atteint.

Cela limite effectivement l'emplacement des systèmes de stockage par pompage aux terrains montagneux - et explique pourquoi les systèmes existants du Royaume-Uni se trouvent au Pays de Galles et en Écosse.

L'installation proposée de Coire Glas de 1,5 GW sera située sur la rive du Loch Lochy, entre Inverness et Fort William. Il générera suffisamment d'électricité pour alimenter les maisons de 3M pendant 24 heures dans les cinq minutes suivant sa mise en service.

La construction devrait nécessiter un investissement en capital de plus de 1,5 milliard de livres sterling. Le projet a reçu l'autorisation de planification du gouvernement écossais en 2020, la planification de la construction et l'approvisionnement progressant jusqu'en 2023 et au début de 2024.

SSE Renewables espère prendre une décision finale d'investissement sur le projet en 2024 et mettre en service le système de stockage par pompage d'ici 2031. Elle a nommé Stantec comme concepteur de référence global, tandis que Cowi est responsable de la conception de référence des structures souterraines.

Environ la moitié de l'investissement récent de 100 millions de livres sterling sera allouée à la phase de raffinement de pré-construction du projet Coire Glas. Cela comprend un ensemble complet de travaux d'investigation au sol, qui ont déjà commencé.

L'entrepreneur spécialisé Strabag a commencé à forer et à dynamiter une galerie d'essai de 1 km dans le flanc de la montagne tandis que Fugro fore d'en haut pour l'enquête au sol.

La galerie en forme de fer à cheval de 5 m sur 5 m sera boulonnée et projetée dans la roche car elle traversera une zone de roche métamorphique endommagée connue sous le nom de Great Glen Fault Zone avec jusqu'à 700 m de couverture rocheuse. L'épaisseur de la zone, son degré d'endommagement et sa stabilité à cet endroit sont des informations cruciales qui influenceront fortement la décision finale d'investissement de SSE Renewable.

Si cela va de l'avant, de nombreux tunnels et structures souterraines seront construits.

Fugro a commencé des enquêtes au sol plus tôt cette année pour évaluer les risques potentiels au sol

Le directeur technique de Cowi UK, Chris Jack, a déclaré qu'il y avait des leçons à tirer du projet hydroélectrique de Glendoe, car la géologie des deux sites est similaire. Là, en août 2009, des éboulis ont provoqué l'effondrement de l'un des tunnels reliant le réservoir aux turbines, ce qui a entraîné trois ans de retard de construction.

Jack ajoute : "Les principales zones souterraines qui nous intéressent particulièrement sont celles où les tunnels traversent la zone de faille de Great Glen en général, le complexe de la centrale électrique en général et le puits de pression.

"L'épaisseur de la zone de faille de Great Glen est une incertitude importante qui justifie la nécessité de la galerie exploratoire. La meilleure estimation actuelle, et c'est vraiment une estimation, est d'environ 500 m, mais cela dépend des conclusions de la galerie."

Le Loch Lochy servira de réservoir inférieur, d'où quatre turbines de 324 MW sont prévues pour pomper l'eau sur plus de 500 m jusqu'à une coire naturelle - un terme gaélique signifiant chaudron. Celui-ci sera transformé en réservoir supérieur par la construction d'un barrage en enrochement à revêtement en béton de 92 m de haut.

Ce sera le barrage le plus haut du Royaume-Uni, dépassant de seulement 1 m le barrage en enrochement de Llyn Briane construit dans les années 1970. Une fois plein, ce réservoir supérieur stockerait environ 25,9 Mm3 d'eau. Il n'y a pas d'afflux naturel d'eau dans la coire, en dehors des précipitations abondantes dans la région. Le remblai rocheux serait des déblais recyclés provenant d'environ 18 km de tunnels jusqu'à 10 m de diamètre et d'autres structures souterraines. Les turbines elles-mêmes reposeront profondément sous terre.

L'emplacement relativement éloigné et le terrain vertigineux de Coire Glas posent de sérieux défis logistiques, mais il a un avantage unique. Le Loch Lochy fait partie du canal calédonien vieux de 101 ans, qui peut encore accueillir des navires jusqu'à 45 m de long avec des tirants d'eau jusqu'à 4 m. Cela pourrait être une voie de transport très pratique pour certains des composants les plus importants de la centrale électrique, tels que les turbines.

"Le besoin d'un stockage de longue durée devient de plus en plus pressant pour assurer une plus grande pénétration des énergies renouvelables dans le système et pour fournir un net zéro", déclare Matthew Macleod, ingénieur principal en conception chez SSE.

"L'hydroélectricité à accumulation par pompage est la technologie de stockage de longue durée la plus rentable et la mieux établie disponible.

"Les développements futurs ne deviendront que plus pertinents à mesure que nous recherchons des solutions fiables et efficaces pour décarboner notre système électrique."

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