Le stockage d’énergie : un monde qui change rapidement et qu’il faut saisir

Tous ceux qui suivent les prévisions de développement du réseau électrique s'accordent pour le dire : l'avenir des technologies de stockage de l'énergie (SE) laisse présager une multitude de possibilités plus passionnantes les unes que les autres. Selon Navigant Research, la valeur du marché mondial du stockage d'énergie devrait passer de 1,3 à 16,5 milliards de dollars entre 2016 et 2024Note de bas de page 1. En revanche, les opinions divergent sur la nature des technologies qui s'appropriera la part du lion dans cette expansion, sur la manière dont on pourrait optimiser le coût, la performance et la sûreté des technologies pour qu'elles profitent des débouchés futurs quand ils se concrétiseront, et sur les moyens de comparer objectivement les projections relatives aux trois attributs précités.

Prenons la conversion de l'électricité en gaz (P2G), par exemple. Cette technologie est unique en ce sens qu'elle utilise les surplus d'électricité renouvelable pour produire de l'hydrogène (H2) par électrolyse de l'eau. Ensuite, le gaz est stocké, transporté et employé à diverses fins. Dans le numéro de notre bulletin d'information de l'hiver 2016, nous avions évoqué quelques situations dans lesquelles la technologie P2G pourrait devenir une technologie SE rentable (lien vers l'article). Parmi les avantages de cette méthode de stockage, mentionnons la durée (stockage saisonnier), une infrastructure existante (gazoducs actuels), une grande capacité (des térawatts d'espace disponible) et des débouchés potentiels (véhicules, procédés industriels).

Certaines de ces voies commerciales bénéficient déjà d'une réglementation favorable, sous la forme de normes de carburant à faible teneur en carbone (LCFS), aux échelons provincial et fédéral. La réglementation des LCFS favorisera l'usage de carburants moins riches en carbone et d'autres sources d'énergie, ainsi que les technologies connexes, comme la gestion de la demande d'électricité renouvelable, le gaz naturel renouvelable, l'hydrogène et les carburants renouvelables. La technologie P2G touche tous ces marchés.

Évaluer la P2G et la comparer aux autres solutions SE qui satisfont aussi aux exigences du marché peut toutefois s'avérer difficile, car chacune de ces solutions a son propre système, et leurs attributs (coût, rendement, sécurité) diffèrent. Beaucoup s'appuient sur des technologies nouvelles sur lesquelles on possède peu de données factuelles, données qui permettraient de vérifier les affirmations et les projections du fournisseur ou du développeur. Uniformisés, les codes, normes et règlements n'ont pu suivre la demande et, pour l'instant, ne peuvent servir de cadre de référence pour faciliter le choix entre les technologies concurrentielles.

À mesure que les technologies d'électrolyse de l'eau prennent de la maturité et que la fabrication des installations et de l'équipement gagne en rentabilité grâce à l'expérience et aux économies d'échelle, on verra baisser les coûts d'immobilisation et d'exploitation, mais jusqu'où? Il faut recourir à une méthode cohérente et robuste pour prévoir les perfectionnements dont bénéficieront les technologies de pointe et préciser les limites dont on pourrait s'approcher.

Comme l'illustre notre exemple, combinées à la nécessité d'obtenir des données cohérentes sur les coûts, le rendement, la sécurité et la durée (sans parler des normes et des codes), les projections relatives à la diminution des coûts d'immobilisation, à une plus vaste adoption des énergies renouvelables et à la transformation des réseaux d'électricité (mise au rencart d'une infrastructure vieillissante) expliquent pourquoi les membres de l'industrie ont besoin d'outils décisionnels pour évaluer et comparer les technologies SE (à certains stades de leur développement) d'après la myriade de services qu'ils seront appelés à offrir.

Besoins relatifs à l'évaluation des technologies

Les outils employés pour évaluer l'utilité technique et la valeur économique des technologies de stockage ne manquent pas. Malheureusement, ils reposent trop sur les données associées aux coûts et à la performance. Or, ces données émanent de diverses sources, qui vont de la collecte pure et simple d'informations par sondage des fournisseurs à l'application de techniques d'estimation paramétriques, en passant par la formulation d'hypothèses s'appuyant sur l'expérience. Une nouvelle technologie de stockage, qui n'est pas encore commercialisée ou qui n'a fait l'objet d'aucune démonstration, n'aura guère de données permettant de la valider. Essentiellement, la plupart des outils actuels d'analyse et d'évaluation des technologies SE pèchent par l'absence de données récentes sur les progrès technologiques, par des informations lacunaires sur l'évolution du marché et par un accès restreint à des jeux de données cohérents sur les technologies.

Conséquence? Les estimations et les projections relatives au rendement varient énormément, y compris pour les technologies d'un même groupe. Ainsi, le coût des batteries au lithium-ion pour les applications qui facilitent le transport et la distribution de l'électricité des réseaux MW varie de 1 800 à 4 100 $/kW dans certains outils d’évaluation de stockage d’énergie. Pour établir des études de cas comparatives, on a absolument besoin de valeurs repères au niveau des coûts et d'analyses de la valeur correspondantes. Dans le meilleur des cas, cependant, ces études ne serviront qu'à titre indicatif, en donnant une idée des coûts et des capacités du système, pour guider de manière très générale les intervenants.

L'harmonisation des données sur les coûts et la performance technique laisse aussi à désirer. En effet, les données portant sur les différents maillons de la chaîne d'approvisionnement (fournisseurs de technologies, intégrateurs, promoteurs et utilisateurs) présentent des lacunes, et il revient souvent aux décideurs de les combler.

Ces problèmes sèment la confusion et engendrent des désaccords au sujet du coût et du rendement de chaque technologie. Par voie de conséquence, les gestionnaires et les technologues n'accordent guère confiance aux outils qu'ils utilisent pour leurs évaluations et pour prendre des décisions stratégiques ou pour poursuivre le développement de leur produit.

On a clairement besoin d'un cadre général qui permettra la comparaison des données les plus pointues, mais aussi la formulation de projections sur le coût et la performance des technologies SE, afin que les intervenants puissent prendre des décisions stratégiques plus éclairées.

Plusieurs organisations internationales ont pavé la voie dans la prévision des tendances empruntées par les coûts. Cependant, ces tendances ne tiennent pas toujours compte du fait que les technologies émergentes se perfectionnent constamment en fonction des objectifs de performance associés à des services précis du réseau d'électricité. Or, on doit prendre en compte l'interaction des coûts avec le développement de la technologie.

La matrice de développement technologique

Le CNRC est actuellement à la recherche de partenaires et de partisans pour l’élaboration d’une matrice de développement technologique (MDT) qui répondra spécifiquement à ces besoins.

Cet outil consiste en une base de données centrale rassemblant des informations utiles, actualisées en permanence, sur les paramètres techniques et les facteurs de coût de chaque technologie SE digne d'intérêt. Les données incluront les paramètres des technologies de pointe actuelles et des projections sur les futurs paramètres techniques, mais aussi la performance et les coûts à mesure que la technologie, les procédés de fabrication et les marchés prennent de la maturité. Les données seront présentées et comparées pour illustrer de façon limpide à quel stade de son développement en est rendue une technologie, et ce qu'il faudrait pour que celle-ci parvienne à maturité. Grâce à cet outil, les décideurs comprendront mieux ce que proposent les diverses technologies et pourront effectuer des comparaisons objectives : le déploiement des technologies de stockage ira s'accélérant à mesure que les risques et les incertitudes se précisent et qu'on les surmonte.

Notons que, pour être couronné de succès, le déploiement du SE ne devrait pas reposer uniquement sur la performance de la technologie et son coût, mais aussi sur d'autres éléments comme la sûreté, la conformité aux codes et aux normes, le degré de maturité de la technologie et du marché, la fabricabilité, la taille du marché, la chaîne d'approvisionnement et le reste. La MDT inclura des données sur ces éléments.

La MDT du CNRC associera les besoins du marché aux attributs de la technologie et aux principaux paramètres techniques d'une manière cohérente, qui facilitera la comparaison. Grâce à cette approche, on pourra comparer l'éventail complet des technologies SE et procéder à des analyses plus détaillées sur un type de technologie SE, quand elle est constituée de composants secondaires.

Cadre de la MDT

Le cadre d'évaluation de la MDT dépendra des paramètres associés aux applications du SE dans chaque étude de cas, que l'on comparera aux facteurs associés à la performance (caractéristiques de la technologie) et aux coûts (intégrés au niveau du sous-système, voire des composants).

Les projections de coût seront établies de deux façons. Tout d'abord, par une analyse du haut vers le bas qui débutera par une évaluation de la technologie ainsi que du niveau de maturité du marché et de la fabrication pour la technologie de pointe, que l'on combinera aux courbes d'expérience usuelles (mais cohérentes) pour le type de technologie examiné, de manière à obtenir les extrapolations. En second lieu, on comparera les résultats à ceux d'une estimation effectuée en sens inverse, servant de valeur plancher. Les projections pourront alors orienter les décisions à long terme sur la technologie.

Possibilités de participation

L'élaboration de la MDT et l'application de cette dernière aux technologies de stockage de l'énergie ne sont qu'une des nombreuses activités que le CNRC poursuit actuellement avec les parties prenantes afin de s'assurer que l'on dispose de toute l'information requise pour prendre les décisions stratégiques. Voici deux projets en cours reposant sur le cadre de la MDT.

  • LiBTec (batteries au lithium-ion) – Ce projet collaboratif met l'accent sur la recherche préconcurrentielle et facilitera le développement rentable des technologies liées aux batteries au lithium, ainsi qu'à l'approvisionnement en matières premières au Canada.
  • VFBTec (batteries électrochimiques redox vanadium) – Ce projet de recherche multipartite à venir atténuera les risques spécifiques à cette technologie et réduira le coût des batteries en question.

Prenez contact avec nous pour en savoir plus sur la façon dont votre organisation pourrait tirer parti de ces projets et d'autres initiatives connexes à la MDT.

Notes de bas de page

Note de bas de page 1

Navigant Research, Community, Residential and Commercial Energy Storage, janvier 2015

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