Cet été, Révolution Énergétique se plonge dans les sites de production d’électricité bas-carbone les plus puissants du monde. Ces barrages, parcs éoliens, fermes solaires, centrales nucléaires, centrales à biomasse et autres systèmes de stockage peuvent afficher des dimensions considérables. Cette semaine, nous découvrons les sites disposant de la plus grande capacité de stockage d’électricité parmi 3 technologies : le pompage-turbinage (STEP), les batteries et l’air comprimé.

Méconnu, parfois oublié, le stockage d’électricité a pourtant un rôle très important à jouer dans la transition énergétique. Qu’il soit majoritairement renouvelable, nucléaire ou les deux, un mix électrique bas-carbone est plus fiable lorsqu’il s’appuie sur des systèmes de stockage de grande capacité.

La variabilité de la production éolienne et solaire peut, par exemple, être lissée grâce au stockage. Il peut également optimiser la production nucléaire, en accumulant ses excédents nocturnes. Enfin, les systèmes de stockage peuvent intervenir très rapidement pour stabiliser la fréquence du réseau.

Le stockage par pompage-turbinage

Plusieurs techniques permettent d’accumuler d’importantes quantités d’électricité. La plus employée sur terre est actuellement la « Station de transfert d’énergie par pompage-turbinage », aussi appelée « STEP ». Il s’agit d’un complexe hydroélectrique exploitant deux réservoirs d’altitudes différentes.

Lorsque l’eau du bassin supérieur est vidangée dans le bassin inférieur, des turbines génèrent de l’électricité : le stockage se vide. Pour le recharger, les turbines se muent en pompes, qui remontent l’eau vers le bassin supérieur.

Construire une STEP de grande capacité nécessite un relief montagneux adapté et des travaux titanesques. En rapportant le coût des travaux au mégawattheure (MWh) stockable, ce système est toutefois le moins cher.À LIRE AUSSIComment la Suisse va stocker de l’électricité dans ses montagnes

Le stockage par batterie

Bien plus coûteuse, la batterie séduit malgré tout pour sa rapidité de déploiement. Elle peut être installée n’importe-où et quasiment sans contraintes. Parfois, les batteries géantes sont placées sur les immenses terrains de centrales thermiques désaffectées ou bientôt abandonnées. Elles valorisent ainsi l’espace et profitent de la proximité de lignes électriques haute-tension.

Les batteries peuvent être empilées, réparties dans des bâtiments à étages et ainsi économiser de l’espace. Elles sont insérées la plupart du temps dans des conteneurs au format maritime prêts-à-brancher, facilitant leur déploiement. Leur empreinte environnementale est cependant très discutée au regard des ressources et de l’énergie nécessaire à leur fabrication, notamment lorsqu’elles proviennent d’Asie.

À l’avenir, les sites de stockage par batterie pourront exploiter plus massivement les accumulateurs usagés provenant de véhicules électriques.À LIRE AUSSIBatteries de stockage : une flopée de fake news

Le stockage par air comprimé

D’autres technologies un peu plus confidentielles permettent de stocker de grandes quantités d’électricités à travers un vecteur comme l’air comprimé, la chaleur, l’hydrogène, le CO2 ou le méthane. Certaines nécessitent toutefois d’être améliorées et fiabilisées. Pourtant très médiatisé, l’hydrogène doit par exemple relever de nombreux défis techniques concernant la sécurité et le rendement énergétique.

Parmi toutes ces méthodes alternatives, l’air comprimé semble la plus efficace et la mieux maîtrisée. Des sites de grande capacité sont actifs depuis plus de 40 ans et affichent des résultats convaincants. Plusieurs projets émergent également, avec des perspectives plus solides que certains projets de technologies nouvelles, mais non abouties.À LIRE AUSSICette giga-centrale va stocker de l’électricité avec de l’air comprimé

Ci-dessous, nous avons listé les sites de stockage disposant de la plus grande capacité au monde, dans chacune de leur catégorie. Nous n’avons pas considéré la puissance pour établir cette liste, puisqu’elle ne reflète pas la quantité d’électricité pouvant être stockée.

* « Autonomie sur le réseau français » : indication théorique destinée à contextualiser la quantité d’électricité stockable sur chaque site, basée sur la consommation moyenne d’électricité en France en 2021 (468 TWh).

1 – Pompage-turbinage : STEP Hongrin-Léman, Suisse

Puissance (GW)	Capacité stockage électricité (GWh)	Autonomie sur le réseau français *
0,48	100	Environ 2 h

Mise en service en 1971, la STEP Hongrin-Léman en Suisse est probablement le plus grand site de stockage d’électricité au monde. Avec 100 GWh, c’est en tout cas le plus grand parmi ceux ayant communiqué officiellement leur capacité de stockage.

Toutefois, selon les estimations de l’étudiant ingénieur et passionné de STEP Benjamin Laredo, la STEP d’Helms en Californie pourrait atteindre 170 GWh. Une donnée impossible à vérifier, le site n’ayant pas dévoilé cette information.

La STEP Hongrin-Léman est composée d’un réservoir supérieur, formé par le barrage d’Hongrin. Situé à 1 253 m d’altitude, le lac artificiel peut stocker 52 millions de m3 d’eau. Il surplombe le lac Léman, qui constitue le réservoir inférieur.À LIRE AUSSICette nouvelle STEP stocke autant d’électricité que 250 000 batteries de Tesla

L’eau chute sur une hauteur de 880 m avant d’entraîner les turbines totalisant 480 MW de puissance. 6 pompes permettent de « recharger » le lac supérieur en pompant l’eau du lac Léman. Le site restitue 1 TWh d’électricité chaque année selon Alpiq, l’un de ses propriétaires.

En 2026, la STEP Hongrin-Léman perdra son titre de plus grand site de stockage d’électricité du monde, au profit de la STEP Snowy 2.0 en Australie, actuellement en chantier. Cette dernière affichera 350 GWh de capacité.À LIRE AUSSIPourquoi EDF entretient ce tunnel inachevé depuis 40 ans ?

2 – Batterie : Centrale de Moss Landing, États-Unis

Puissance (GW)	Capacité stockage électricité (GWh)	Autonomie sur le réseau français *
0,4	1,6	~ 2 minutes

La plus grande batterie du monde se trouve actuellement en Californie, à Moss Landing au sud de San Francisco. De nombreux pays investissant dans de gigantesques sites de stockage par batterie et les sites actuels pouvant être mis à jour rapidement, sa place de leader n’est pas définitivement acquise. À ce jour, Moss Landing conserve toutefois une belle longueur d’avance avec ses 1,6 GWh de capacité.

Les batteries sont implantées sur le périmètre d’une puissante centrale à gaz. Développé en plusieurs phases, le site a ouvert une première tranche de 300 MW de puissance et 1,2 GWh de capacité en décembre 2020 après deux années de travaux. Une seconde de 100 MW et 0,4 GWh a été mise en service en aout 2021.

Vistra, l’opérateur, aménage actuellement une troisième phase de 350 MW pour 1,4 GWh de capacité. Prévue pour être connectée au réseau durant l’été 2023, elle portera le total à 750 MW de puissance et 3 GWh de capacité. L’objectif à long terme serait d’augmenter la capacité à… 6 GWh.À LIRE AUSSIComment ces batteries géantes vont booster la transition énergétique en Martinique

3 – Air comprimé : Centrale de McIntosh, États-Unis

Puissance (GW)	Capacité stockage électricité (GWh)	Autonomie sur le réseau français *
0,11	2,86	~ 3 minutes

Avec la STEP, l’air comprimé (aussi appelé « CAES » pour « Compressed air energy storage ») est l’un des plus anciens systèmes de stockage d’électricité. La toute première unité de stockage par air comprimé de grande capacité a vu le jour en 1978 à Huntorf en Allemagne (290 MW pour 1,16 GWh).

La seconde, installée en 1991 à McIntosh dans l’Alabama (États-Unis), est toujours celle qui dispose de la plus grande capacité : 2,64 GWh pour une puissance assez modeste de 110 MW.À LIRE AUSSIRemora : une technique innovante de stockage d’énergie en mer par air comprimé

Le principal avantage du stockage par air comprimé est sa faible emprise au sol. En effet, l’air est stocké dans des cavités souterraines, souvent salines, car plus hermétiques. La « recharge » s’effectue en compressant l’air dans ces réservoirs au moyen d’un puissant compresseur électrique.

Lorsqu’il se « décharge », le système décompresse l’air dans une turbine qui entraîne un alternateur. Le processus crée également de la chaleur fatale, qui peut être récupérée pour améliorer le rendement.

Le plus grand projet de stockage à air comprimé du monde est situé à Rosemond en Californie. Développé par la société canadienne Hydrostor, il développera une puissance de 500 MW pour 4 GWh de capacité de stockage.