Centrale de Grand’Maison / Image : EDF
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.
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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.
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.
Commentaires
Je ne comprends pas bien le principe. Je ne vois pas comment, comment ca peut etre rentable, par rapport au fait d'ajuster le debit du turbinage? Si vous avez des sources complémentaires? C'est quoi le principe du court circuit hydrualique mentioné dans la discussion?
Bien évidemment que lorsqu'on fait du stockage on peut tout à la fois produire et stocker ! Ca dépend juste de ce qui entre et ce qui sort ? C'est un problème du certificat d'étude des années 60 avec le robinet qui fuit et le réservoir qui perd !
C'est la raison pour laquelle il faut stocker les énergies renouvelables - je propose une solution universelle- qui seules peuvent nous permettre d'atteindre l'indépendance énergétique , la réduction des gaz à effet de serre bien plus rapidement qu'en luttant contre le co2, sans se priver de rien !
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.
Salut! Enseignant en IUT jusqu'en 2006, j'ai traité avec mes étudiants ce projet de STEP (en allemand Pumpspeicherwerk) de sorte qu'ils étaient capables d'expliquer le système des deux bassins, ceci il y a plus de 20 ans. Le film servant de base à la discussion soulignait la réactivité du système en produisant presque instantanément de l'énergie, notamment en cas d'urgence
Et ca sert à quoi?
"Et ca sert à quoi?"
A ne pas devoir perdre de l'énergie quand toutes les productions ne sont pas consommées !
"EDF a pris la décision d’arrêter cinq réacteurs nucléaires le week-end dernier, en raison d’une forte baisse de la demande d’électricité faisant chuter les prix. (révolution énergétique )"
Et à en acheter moins grâce au stockage !
"En 2022, les importations énergétiques de la France ont atteint 148 milliards d'euros, comparativement à 58 milliards d'euros en 2019. Le solde net de la facture énergétique est passé de 46 milliards d'euros en 2019 à 116,3 milliards d'euros en 2022."
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 peut arriver, lorsque la consommation est faible (week-end, vacances Noël et Pâques,...), que nous ne voulons pas produire (descendre de l'eau) pour garantir ses bandes de réglage.
D'accord. C'est quand ça consomme peu en suisse et que vous recevez de grosses variations de charge depuis l'Allemagne.
Merci.
Vous faites encore un contresens grossier, la rentabilité d'une step est basée sur le fait qu'elle achète l'électricité lorsque les cours sont bas pour la revendre lorsqu'ils sont élevés.
Les step sont assimilables a des batteries 20 h ( si cette notion vous est compréhensible) et leur faire faire aure chose que de se charger au maxi dans ces périodes compromet leur rentabilité. Si on ne peut pas charger la step le week end pour la semaine, elle ne sert plus à rien ou presque.
Ce n'est pas pour rien que les batteries 2 ou 4 h dominent déjà le marché des nouvelles installations de réglage de fréquence ( n'importe quelle batterie connectée au réseau est capable de le faire d'une manière beaucoup plus efficace )
A chaque fois que vous abordez le sujet du stockage, vous semblez n'y rien comprendre. Est ce volontaire ?
"Vous faites encore un contresens grossier, la rentabilité d’une step est basée sur le fait qu’elle achète l’électricité lorsque les cours sont bas pour la revendre lorsqu’ils sont élevés."
C'est vraie ! Mais si vous disposez de la puissance d'une installation renouvelable vous pouvez sans vous soucier du prix de l'énergie, produire et stocker en même temps .
VOUS ne comprenez rien. Relisez l'article, il est bien dit que le court circuit sert à stabiliser la fréquence du réseau lorsqu' il est déstabilisé par une trop forte variation de production enr. Mais vous avez raison sur un point, ce n'est pas le fonctionnement normal d'une step et ce n'est pas rentable. Il s'agit encore d'un des nombreux coûts cachés causés par les enr.
Il n'est écrit cela nulle part, par contre seules les réserves primaires et secondaires participent au trés juteux marché du réglage fréquence, et les spécifications pour pouvoir faire de la réserve "primaire" sont hors des capacité normales d'une step. Capter une partie de ce marché à 2 intérêt .
Ce cas précis est plutôt un cout caché du nucléaire, en particulier de l'EPR.
La fonction réserve est indispensable pour la sécurité du réseau, quand cette réserve est disponible lui ajouter le réglage fréquence n'entraine aucune consommation supplémentaire (sauf à la marge)
Comme c’est un sujet important je me suis donné la peine de vous trouver une source fiable (ça n’a pas été facile)
« Oui, les centrales nucléaires peuvent moduler (et le font) leur production rapidement afin de répondre à l’urgence des réserves primaire et secondaire. »
« La priorité donnée aux ENR qui sont instables dans leur injection sur le réseau perturbe l’organisation actuelle de notre mix énergétique »
Le lien ne passe pas, mais vous devriez le retrouver facilement.
Comme c'est un sujet important je me suis donné la peine de vous trouver une source fiable (ça n'a pas été facile)
"Oui, les centrales nucléaires peuvent moduler (et le font) leur production rapidement afin de répondre à l'urgence des réserves primaire et secondaire."
"La priorité donnée aux ENR qui sont instables dans leur injection sur le réseau perturbe l'organisation actuelle de notre mix énergétique"
https://fr.linkedin.com/pulse/nucl%C3%A9aire-enr-une-relation-%C3%A0-sens-unique-dans-du-maxime-hbyne
« Oui, les centrales nucléaires peuvent moduler (et le font) leur production rapidement afin de répondre à l’urgence des réserves primaire et secondaire."
Faudra expliquer comment vous pouvez arrêter les rayonnements nucléaires sans que cette méthode soit considéré comme une perte d'énergie ?
Merci chatgpt pour le tissu d'âneries qu'il vous a généré...
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.
Cela dépend sûrement de topologie de l'aménagement. Sur certaines installations qui ont été dimesionées et construite pour (ou après une très grosse réhabilitation) , il est possible d'avoir des rendement supérieur à un cycle standard de pompage turbinage conventionnelle => Ceci essentiellement dû à l'économie des pertes transfo.
Bien sûr pour éviter les pertes de charge il fut définir une plage de fonctionnement adéquat (l'eau ne doit pas monter descendre).
En règle générale, en cour circuit il y a toujours de l'eau qui remonte. Le CCH est utilisé où les pompes n'ont pas de consommation variable (on off). Dans ce cas lorsque la pompe est enclenchée au lieu de ramener toute l'eau au lac de tête, une partie sera directement renvoyée sur la turbine couplé à la pompe. Résultat cette puissance mécanique fera tourné la pompe et l'énergie nécessaire restante sera soutirée du réseau.