Dans une centrale de stockage hydroélectrique, le turbinage désigne le processus où l’eau est libérée d’un réservoir supérieur pour passer à travers des turbines, entraînant un générateur afin de produire de l’électricité. À l’inverse, le pompage remonte l’eau vers ce même réservoir. En temps normal, ces deux opérations ne peuvent pas se dérouler simultanément. Cependant, afin d’optimiser le fonctionnement des centrales, un système de pompage et turbinage simultanés a déjà été expérimenté dans l’une de nos installations en France, et les résultats se sont avérés prometteurs.
La décarbonation des systèmes énergétiques s’appuie largement sur l’intégration des énergies renouvelables, notamment le solaire et l’éolien. Toutefois, cette transition soumet à rude épreuve certaines infrastructures électriques existantes, dont les stations de transfert d’énergie par pompage-turbinage (STEP). Historiquement, ces centrales de stockage étaient utilisées pour accumuler l’énergie durant la nuit et les weekends, pour ensuite la libérer pendant les jours ouvrés.
Cependant, avec l’arrivée des énergies renouvelables, le cycle de stockage et de déstockage des STEP a évolué pour répondre à l’intermittence du solaire et de l’éolien. Ces centrales doivent maintenant accumuler de l’énergie lorsque le soleil brille ou que le vent est fort, et pallier les déficits lorsque ces sources ne suffisent pas. Face à ces nouveaux défis, des améliorations infrastructurelles sont nécessaires. C’est dans ce contexte que s’inscrit l’une des initiatives du projet européen Xflex Hydro centré sur l’hydroélectricité. Dans ce cadre, un concept de pompage et turbinage simultanés (PTS) a été expérimenté à la STEP de Grand’Maison, en Isère, dans le but d’y apporter une mise à niveau afin de mieux correspondre au changement du paysage énergétique.
À lire aussi Il fabrique sa centrale hydroélectrique avec une imprimante 3DUn court-circuit hydraulique
La centrale de stockage de Grand’Maison est la plus grande STEP de l’Union européenne avec une puissance de 1800 MW. Elle dispose de 12 turbines, dont 8 sont réversibles. C’est en 2021 que l’équipe de Xflex Hydro y a testé ce que l’on appelle un « court-circuit hydraulique ». Cette technique consiste en la réalisation simultanée de pompage et de turbinage avec deux unités différentes. Cela est possible grâce à la configuration des conduites d’eau, car celles-ci se croisent en certains points. Pendant le pompage, l’eau qui atteint ces intersections est donc partiellement redirigée : une partie monte vers le bassin d’eau supérieur tandis que l’autre est déviée vers une turbine pour générer de l’électricité. Grâce à cette méthode, 40% du pompage s’effectue en TPS.
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Le principal intérêt du PTS est le soutien qu’il offre au réseau électrique en aidant à en maintenir l’équilibre. En temps normal, lors des phases de pompage, la STEP ne peut réguler la fréquence du réseau, qui doit être constamment maintenue à 50 Hz. Cette régulation n’est possible que durant le turbinage. Selon Xflex, le PTS a permis à Grand’Maison de gagner une réserve (ou puissance) d’équilibrage de 240 MW. En cas de surproduction d’électricité, ou de trop forte demande, cette réserve est activée afin de stabiliser le réseau. Les 240 MW supplémentaires correspondraient à 20 % du besoin français en matière de puissance d’équilibrage. En outre, le système pourrait remplacer les centrales fossiles, avec un potentiel d’économie d’environ 90 000 tonnes de CO2 par an en se substituant des centrales à gaz.
À lire aussi À quoi sert cet énorme trou béant creusé il y a 50 ans par EDF ?La gestion des risques du système PTS
La complexité de la modification apportée au système de stockage de Grand’Maison a exposé l’installation à de sérieux défis. La démonstration de concept réalisée en 2021 avait pour but d’évaluer l’impact de la technique de PTS sur les infrastructures existantes. Cette évaluation a porté sur plusieurs facteurs, tels que les effets de la haute pression et les changements dans le cycle de l’eau. Pour vérifier la compatibilité du système avec le PTS, des simulations numériques ont été employées, permettant d’analyser le comportement dynamique de l’installation. Les résultats ont indiqué que la centrale résiste bien aux pressions élevées requises et que les ajustements apportés restent dans les limites acceptables.
Par ailleurs, des simulations de divers scénarios de PTS ont également été réalisées pour anticiper les risques potentiels. Parmi les risques envisagés, la perte d’énergie était plausible, mais elle s’est révélée minime pour Grand’Maison. Et bien que le PTS puisse influencer la stabilité des flux, les simulations ont montré que les impacts étaient négligeables.
Suite à la validation du concept pour Grand’Maison, EDF prévoit désormais de le mettre en pratique dans la centrale de stockage de Super-Bissorte, en Savoie.
Un petit schéma des flux serait pas mal.
Il faut ajouter à l’article qu’en couplant renouvelables et stockage STEP on conserve des capacités de stockage supplémentaires pour le réseau et on valorise d’autant mieux économiquement le barrage qui fonctionne de manière plus continuelle alors que sa durée de vie est en pratique très longue.
Les modélisations confirment qu’il y a bien lieu d’utiliser de manière optimale l’ensemble des technologies renouvelables dont l’éolien, contrairement ce qui est faussement répandu pour des opportunités électoralistes d’incompétents en énergie !
Hello
Super article, mais un peu en retard sur son temps. En Suisse le concept de cour circuit hydraulique est validé et utilisé à grande échelle depuis plus de 8 ans.
Et ca sert à quoi?
À faire du réglage (fréquence et/ou bilan consommation production) avec un point de fonctionnement négatif.
=> pour la stabilité du réseau
Le réseau suisse est instable ???
Le réseau suisse n’est pas plus instable que le réseau français (je dirais presque le contraire mais on dira qu’ils se valent). Les réseaux de transport des différents pays sont interconecté. Le réglage pour la stabilité du réseau se fait dans touts les pays. Des échanges entre pays se font aussi pour garantir la stabilité à grande échelle. Le cour circuit hydraulique est juste une forme de flexibilité supplémentaire. L’avantage et de pouvoir offrir ces bandes de réglages avec un point de fonctionnement négatif. Des quantités minimum fixe de bande de réglage sont définies par pays, et sont obligatoires. Il… Lire plus »
D’accord. C’est quand ça consomme peu en suisse et que vous recevez de grosses variations de charge depuis l’Allemagne.
Merci.
C’est aussi quand il il y peu de consommation en Europe et qu’il est trop coûteux de réduire le nucléaire et pas assez pour dessandre de l’eau.
Mais le fait de remonter de l’eau en même temps ça ne fait pas de grosses pertes de charge ? J’aurais crû qu’il vallait mieux ne rien faire.
Donc pour résumer: les enr perturbent tellement le réseau qu’on en vient à gâcher du potentiel de stockage step pour le reconvertir en capacité de stabilisation de la fréquence du réseau.
Bien, j’ai une autre idée: on met fin à cette idéologie enr très coûteuse et complétement aberrante et on revient à ce qui fait la fierté de la France depuis 40 ans: un mix 80% nucléaire 20% hydro. (Où le nucléaire produit en base et où les step servent à passer les pics de conso)
Bizarre que personne ne trouve cela parfaitement idiot : pomper et turbiner en même temps… C’est comme accélérer et freiner en même temps… Pourquoi ne pas pomper juste le nécessaire ou turbiner juste le nécessaire ? Peut-être on veut chauffer l’eau avec les pertes, qui elle, ne s’annulent pas… En tout cas, ça n’est pas cet article qui explique la raison pour laquelle on en vient à cette solution intuitivement idiote.
(Mais pas si bête en fait si on a compris le vrai problème technique non expliqué dans l’article)