Technologies de stockage pour les énergies renouvelables offshore

Les parcs éoliens offshore sont l’énergie renouvelable privilégiée dans de nombreux pays pour atteindre leurs objectifs de réduction des émissions de carbone, soit pour répondre à leur demande énergétique nationale en électricité tout en limitant les émissions de gaz à effet de serre, soit pour décarboner leurs installations pétrolières et gazières. Cependant, comme toutes les énergies renouvelables, l’éolien offshore, malgré des vents plus favorables en mer qu’à terre, reste intermittent et non pilotable. Cela signifie que leur production varie en intensité au fil du temps sans aucun contrôle et pose donc plusieurs défis aux réseaux électriques et à leur gestion. On peut identifier trois types d’intermittences :

• Type I. Intermittences de quelques semaines à plusieurs mois, qui peuvent être illustrées par les variations saisonnières.
• Type II. Intermittences de quelques heures à plusieurs jours, qui peuvent être représentées par la période jour/nuit.
• Type III. Intermittences de quelques secondes à plusieurs heures : qui peuvent représenter une fluctuation du vent ou un nuage devant le soleil.
  
  Ces variations sont différentes en termes d’échelle de temps et d’intensité et peuvent être surmontées/atténuées par différentes solutions techniques telles que les VSD et les batteries pour le type I, les batteries, les HPES pour le type II, l’hydrogène pour le type III, pour ne citer que quelques exemples.
  Nous examinerons ici deux solutions techniques basées sur la technologie de pompage sous-marin, appelées :
• ROPES : réutilisation des pipelines offshore pour le stockage d’énergie
• Power Bundle : système de pipelines sous-marins dédiés au stockage d’énergie

Principe du stockage d’énergie hydroélectrique sous-marin :
Le principe consiste à pomper de l’eau de mer dans un réservoir sous-marin sous pression à l’aide d’une pompe alimentée par l’excédent d’énergie produit par un ensemble d’éoliennes offshore, puis à libérer cette eau à travers une turbine qui produit de l’électricité lorsque le vent ne souffle pas ou est insuffisant. On peut donc identifier deux sous-ensembles :

• Système ECU : unité de conversion d’énergie composée de la pompe et de la turbine
• Système de confinement sous pression PCS : qui est sous pression et reçoit l’eau de mer.
  « Le PCS peut être réalisé de plusieurs façons et à l’aide de pipelines, ce qui permet de tirer parti de la chaîne d’approvisionnement existante de l’industrie pétrolière et gazière et d’atteindre ainsi des niveaux de coûts intéressants ».
  L’ECU peut être installé en surface ou sous-marin, tandis que le PCS sera sous-marin pour les raisons suivantes :
• Aucune contrainte d’espace.
• Minimisation des pertes d’énergie grâce à l’installation sous-marine, où la température de l’eau de mer est stable, ce qui limite les pertes de chaleur et maximise l’efficacité du système.
• Exploitation de la profondeur de l’eau pour améliorer la différence de pression et donc la capacité de stockage d’énergie du système.
  Ce PCS peut être réalisé de plusieurs façons et à l’aide de pipelines, ce qui permet de tirer parti de la chaîne d’approvisionnement existante de l’industrie pétrolière et gazière et d’atteindre ainsi des niveaux de coûts intéressants.

Si des pipelines existent déjà à proximité du parc éolien offshore, nous pouvons les réutiliser, c’est le produit ROPES. Dans ce cas, les dépenses d’investissement seront limitées, car nous réutilisons les pipelines existants. Cela améliorera la valeur actuelle nette, car cela retardera leur mise hors service. D’autre part, la quantité d’énergie sera déterminée par le volume/la pression disponibles dans le pipeline, qui ne peuvent pas atteindre le niveau de stockage requis pour optimiser la production d’électricité du parc éolien.
S’il n’y a pas de pipeline à proximité, un système de stockage d’énergie optimisé peut être installé le long du parc éolien : Power Bundle. Ce système combine un système de pipelines O&G bien connu appelé « Bundle », qui consiste en un empilement préfabriqué à terre de pipelines se terminant par des structures comprenant des vannes, des commandes et des capteurs, remorqué sous l’eau jusqu’au site et déposé sur le fond marin. Cette méthodologie ne nécessite aucun navire de levage lourd et peut être mise en œuvre lors de longues périodes de beau temps. C’est pourquoi elle est largement utilisée en mer du Nord.
Ces deux systèmes sont développés et commercialisés par les sociétés Flasc et Subsea 7 et constituent des solutions de stockage d’énergie à l’échelle industrielle.
Ils ont récemment reçu une subvention du BEIS britannique pour la conception détaillée d’un démonstrateur et plusieurs engagements sont en cours avec des développeurs de parcs éoliens.
Les avantages de ce stockage d’énergie à l’échelle industrielle sont les suivants :

• Parcs éoliens offshore existants : augmentation de l’utilisation des actifs sans occuper d’espace à terre.
• Projets de nouvelle génération + stockage : solution à l’échelle industrielle adaptée aux appels d’offres conjoints nécessitant la colocalisation d’éoliennes offshore et de systèmes de stockage d’énergie.
• Décarbonisation des installations pétrolières et gazières offshore : favorise une décarbonisation plus importante en fournissant de l’énergie propre en toute sécurité.
• Production d’hydrogène vert : absorbe l’intermittence et améliore l’utilisation des électrolyseurs.