Évolution et développement du stockage par pompage

Évolution et développement du stockage par pompage

La valeur fonctionnelle unique des centrales de pompage-turbinage en fait un élément essentiel du réseau électrique de la plupart des pays. Dans mon pays, la modernisation de la structure énergétique et le développement du réseau électrique nécessitent des centrales de pompage-turbinage d'une certaine envergure. Par conséquent, ces centrales revêtent une importance capitale pour la transformation énergétique et la construction de nouveaux réseaux électriques.

Le rôle des centrales de pompage-turbinage

L'assèchement des crêtes et le remplissage des vallées

La centrale de pompage-turbinage est un type particulier de centrale hydroélectrique. Lors des pics de consommation, elle fonctionne comme une centrale hydroélectrique classique pour produire de l'électricité et contribuer à la régulation de la demande. En période de faible consommation, elle sert également de station de pompage pour absorber l'électricité excédentaire et ajuster la production grâce au stockage par pompage. L'écart entre les pics et les creux de consommation permet d'améliorer le profil de charge du réseau électrique et les conditions de fonctionnement des grandes centrales thermiques et nucléaires. Parallèlement, elle permet de réduire les coûts de production d'électricité, de limiter la pollution et de diminuer les dépenses liées à la protection de l'environnement des centrales thermiques. Ainsi, l'avantage économique d'une centrale de pompage-turbinage par rapport à une centrale thermique est considérable en matière d'écrêtement des pointes de consommation.

alimentation de secours

Les groupes des centrales de pompage-turbinage démarrent et s'arrêtent rapidement. Le passage de la mise en service à la pleine puissance ne prend généralement que 2 à 3 minutes, et l'arrêt est encore plus rapide (environ 3 minutes). Les incidents survenant généralement de manière soudaine sur le réseau électrique, il est essentiel d'investir rapidement dans des capacités de réserve d'urgence afin de garantir la sécurité du réseau et l'approvisionnement des utilisateurs. La centrale de pompage-turbinage constitue la solution optimale pour assurer l'alimentation de secours du réseau électrique et représente une solution idéale pour une alimentation électrique de sécurité en cas d'urgence.

Assumer des tâches temporaires

La station de pompage-turbinage présente une vitesse de démarrage rapide et un taux de réussite élevé. Elle est capable d'assurer des fonctions temporaires, par exemple en cas d'arrêt ou de redémarrage tardif de certaines centrales à charbon, nécessitant ainsi un remplacement temporaire. De plus, comme elle peut servir à la fois de source d'énergie et de charge, la station de pompage-turbinage contribue efficacement aux essais de délestage et de vibrations à pleine charge lors de la mise en service de centrales nucléaires, hydroélectriques et thermiques de forte puissance, optimisant ainsi la gestion du réseau.

Réalisez la modulation de fréquence et la modulation de phase.

La production d'électricité se caractérise par une simultanéité de la production, de la fourniture et de la vente. Si l'offre excède la demande, la fréquence augmente, et inversement. La fréquence standard nationale est de 50 Hz, avec une tolérance de 49,8 à 50,2 Hz, sous peine de voir la qualité de l'alimentation électrique compromise. Grâce à leur flexibilité d'utilisation, leur forte capacité de montée en puissance, leur rapidité de montée et de descente en fréquence, et leur capacité à s'adapter rapidement aux variations de charge du réseau, les centrales de pompage-turbinage sont parfaitement adaptées à la modulation de fréquence et constituent la solution idéale pour cette application. Par ailleurs, l'équilibre entre la puissance active et la puissance réactive est essentiel au sein du réseau électrique pour garantir la stabilité de la tension. Un déséquilibre compromet la qualité de l'alimentation, et certaines unités du réseau doivent donc assurer la modulation de phase. La modulation de phase des centrales de pompage-turbinage, peu énergivores et faciles à contrôler, représente la solution optimale pour la modulation de phase dans le réseau électrique.

Brève introduction au développement du stockage par pompage

La centrale hydroélectrique à accumulation par pompage a vu le jour en Suisse en 1882, et sa vocation première était le stockage de l'eau. Durant la première moitié du XXe siècle, le développement de ces centrales a été lent. Jusqu'à la fin de la Seconde Guerre mondiale en 1945, seules une cinquantaine de centrales de ce type étaient en service dans le monde, principalement aux États-Unis, au Japon et dans certains pays européens.

Des années 1960 aux années 1980, les centrales de pompage-turbinage ont connu un développement intense, notamment durant les années 1970 et 1980, période faste pour leur développement. Après la Seconde Guerre mondiale, les pays européens et américains ont connu vingt années de croissance économique rapide, entraînant une augmentation de la demande en électricité et une amélioration du niveau de vie, ce qui a creusé l'écart entre la consommation d'électricité en période de pointe et en période de creux. Les centrales de pompage-turbinage, grâce à leurs performances en matière d'écrêtement des pointes et de lissage des creux, ont ainsi offert des opportunités de développement rapide. Dans les années 1960, la capacité installée de ces centrales a progressé en moyenne de 1 259 MW par an, contre respectivement 3 051 MW et 4 036 MW dans les années 1970 et 1980.

Après les années 1990, le taux de croissance de l'économie mondiale a fortement chuté. Ce ralentissement économique a entraîné un ralentissement de la croissance de la demande en électricité. Le taux de croissance annuel moyen de la construction de centrales de pompage-turbinage est passé de 6,45 % dans les années 1980 à 1,55 %.

D’après les dernières données du « Livre blanc sur la recherche sur l’industrie du stockage d’énergie 2023 », la capacité cumulée de stockage d’énergie mondiale en service en 2022 atteindra 237,2 GW, soit un taux de croissance annuel de 15 % ; la part de la capacité installée cumulée du stockage par pompage sera inférieure à 80 % pour la première fois, soit une baisse de 6,8 % par rapport à l’année précédente.

Le développement des centrales hydroélectriques à accumulation par pompage dans mon pays a été relativement tardif. Dans les années 1960, une turbine à flux oblique réversible d'une puissance unitaire de 11 000 kW, importée du Japon, a été installée à la centrale hydroélectrique de Gangnan, dans la province du Hebei, tandis que deux turbines de fabrication nationale ont été installées à la centrale hydroélectrique de Miyun, à Pékin. Grâce à ces turbines à flux oblique réversible d'une puissance unitaire de 11 000 kW, les centrales de Gangnan et de Miyun forment des centrales hybrides, capables à la fois de produire de l'électricité de manière conventionnelle et de stocker l'énergie par pompage d'eau.

Ces dernières années, avec la transition énergétique vers des énergies vertes et bas carbone, le secteur des centrales de pompage-turbinage en Chine connaît une expansion constante et une chaîne de valeur est désormais bien établie. Selon les données de l'Administration nationale de l'énergie, la capacité de pompage-turbinage nouvellement installée en Chine atteindra 8,8 GW en 2022. Fin 2022, la capacité installée cumulée de ces centrales s'élèvera à 45,19 GW, soit une hausse de 24,18 % par rapport à 2021, représentant 25 % du marché mondial. Ce dernier représente 38 % de la production mondiale.

En 2021, l'Agence nationale de l'énergie a publié le « Plan de développement à moyen et long terme du stockage par pompage (2021-2035) » afin d'orienter la construction de centrales de ce type et d'accélérer la mise en œuvre de cette politique. On estime que la capacité installée atteindra 62 GW d'ici 2025 et environ 120 GW d'ici 2030. En tant que technologie de conversion d'énergie, le stockage par pompage permet d'améliorer la structure et la sécurité du réseau électrique et bénéficie d'une grande importance de la part de l'État.

Problème de positionnement des stations de pompage-turbinage

L'évaluation des centrales de pompage-turbinage repose généralement sur le prix de l'électricité sur le réseau. Cette vision relativement unilatérale conduit à une méconnaissance de leur rôle fonctionnel au sein du système électrique. On se focalise alors uniquement sur les inconvénients à court terme de ces centrales, sans tenir compte de leurs différences fonctionnelles avec les centrales conventionnelles. On néglige ainsi l'aspect économique du système et leur rôle crucial dans la sécurité et la stabilité du réseau, ainsi que dans la garantie de la qualité de l'approvisionnement en électricité. La prise en compte, souvent passive, des prix élevés de l'électricité sur le réseau et de la faible rentabilité des centrales de pompage-turbinage a gravement nui à une évaluation correcte de ces dernières.

La centrale de pompage-turbinage repose principalement sur les avantages dynamiques du réseau électrique. Le prix de l'électricité injectée sur le réseau ne reflète que la quantité d'électricité produite par la centrale, relativement faible comparée à celle des centrales hydroélectriques conventionnelles (environ un quart de leur production). De plus, la production des centrales de pompage-turbinage est souvent étroitement liée au niveau de charge du réseau, à la structure des sources d'énergie et au développement économique régional, ce qui rend sa détermination difficile. Cette faible production est une conséquence inévitable de l'optimisation du système. Si le prix de l'électricité injectée sur le réseau était le seul critère de localisation des projets de pompage-turbinage, cela aurait un impact négatif important sur l'approbation des projets, ce qui serait extrêmement défavorable à l'ajustement actuel de la structure du réseau électrique. Enfin, le réseau électrique privilégie la fourniture d'une plus grande quantité d'électricité. L'apparition de ces problèmes empêche de pleinement apprécier les avantages des centrales de pompage-turbinage et freine indirectement l'enthousiasme pour leur construction.

L'idée de développement du stockage par pompage

Coordination et intégration avec la planification énergétique

La planification des centrales de stockage par pompage doit être guidée par la planification du développement du secteur de l'énergie électrique et doit être planifiée de manière unifiée avec les autres sources d'énergie et les réseaux électriques, afin de jouer efficacement le rôle actif des centrales électriques pour assurer la sécurité et la stabilité du réseau électrique, améliorer l'efficacité opérationnelle du système et réaliser l'allocation optimale des ressources dans la plus large mesure possible.

Hautement adaptable à la stratégie énergétique

La planification des centrales de stockage par pompage doit s'adapter à la stratégie nationale globale de développement énergétique, à la situation actuelle d'ajustement de la structure énergétique, au développement vert, à faible émission de carbone et propre, et répondre aux nouvelles exigences en matière de sécurité d'exploitation du réseau électrique et de développement des énergies nouvelles pour la construction de centrales de stockage par pompage.

Renforcer la planification unifiée des centrales électriques

La construction d'une centrale de pompage-turbinage doit prendre en compte la structure du réseau électrique, son aménagement, le développement du réseau électrique, les caractéristiques de la charge, le réseau national et d'autres facteurs connexes, ainsi que le positionnement judicieux des fonctions de la centrale aux extrémités émettrice et réceptrice, afin de déterminer les proportions, l'agencement et le calendrier de construction appropriés, de sorte que la construction et le développement des centrales de pompage-turbinage se déroulent de manière scientifique et ordonnée.

Compte tenu des avantages globaux de la diversification

Dans le cadre de la promotion de la construction de centrales hydroélectriques à accumulation par pompage, il est essentiel de réaliser une étude et une sélection rigoureuses des ressources nécessaires afin de garantir une taille adaptée, des conditions optimales, des indicateurs de performance satisfaisants et un impact minimal sur l'environnement. C'est sur cette base que l'on peut évaluer les avantages énergétiques globaux des centrales à accumulation par pompage et élaborer des plans de construction détaillés.

Accélérer les travaux préliminaires de la centrale électrique

Conformément aux principes de proximité du centre de charge, de conditions géologiques et de terrain favorables et d'indicateurs techniques, procéder de manière exhaustive et systématique à la sélection des sites pour les centrales de pompage-turbinage, améliorer l'avancement des travaux préliminaires, préparer à l'avance les réserves du projet et assurer la mise en œuvre des plans de construction des centrales de pompage-turbinage.

Visez un retour sur investissement raisonnable

Actuellement, les coûts de construction et d'exploitation des centrales de pompage-turbinage en Chine sont principalement supportés par les gestionnaires de réseau électrique, ce qui accroît considérablement leur charge de travail. À l'avenir, une évaluation plus précise des coûts d'investissement et d'exploitation de ces centrales sera mise en œuvre, et des efforts seront déployés pour les intégrer pleinement aux coûts d'exploitation du réseau. Un mécanisme de tarification de l'électricité scientifique et complet sera également établi.

En résumé, grâce au développement continu de l'industrie du stockage d'énergie par pompage dans mon pays et à l'orientation proactive des politiques nationales, les centrales de stockage d'énergie par pompage se verront confier davantage de responsabilités et de missions. Dans un avenir proche, mon pays connaîtra un âge d'or pour cette industrie.