Stockage par Air Comprimé pour le Réseau Electrique – SACRE

Malgré le bon fonctionnement de Huntorf, le CAES n’a pas connu le développement attendu dans les années 80. Il apparaît pourtant, dans leur gamme de puissances, comme la seule alternative aux stations hydroélectriques de pompage-turbinage. Les évolutions du contexte énergétique et technique modifient cette situation.
D’une part, des techniques « adiabatiques », intégrant la récupération de la chaleur produite à la compression, permettraient des rendements globaux de 70%, surtout si, de plus, on recherche systématiquement des améliorations, au niveau du train de compression, de la turbine, des matériaux de stockage de la chaleur et de l’échangeur associé ; et qu’on vérifie la disponibilité de vides souterrains proches du réseau.
D’autre part, la possibilité d’un stockage de l’énergie produite accroît l’intérêt de sources d’énergie intermittentes, dont l’éolien, et les préoccupations environnementales conduisent à évaluer les avantages du stockage plus complètement, en y intégrant le bilan carbone, la gestion et le dimensionnement du réseau de transport.
Le premier volet de SACRE est donc une modélisation, d’abord statique, du système électrique français, qui permettra de dégager une localisation optimale des stockages. Une modélisation d’une journée-type permettra un dimensionnement plus fin des caractéristiques du stockage. La rentabilité sera jugée par une approche marginale ; on mettra aussi en œuvre une méthode de valorisation comparant deux modèles d’équilibre avec et sans unités CAES, les gains étant élargis à la diminution des besoins d’investissement pour la pointe et à la réduction d’émissions de CO2.
Plusieurs concepts de train de compression seront envisagés. On examinera plusieurs positionnements du stockage de chaleur dans le train, un éventuel découplage permettant le stockage de la chaleur à basse pression, et l’usage de matériaux avancés. On examinera le pré-dimensionnement d’une turbine axiale à un ou deux corps pour s’affranchir du laminage en sortie de caverne. D’autres améliorations résideront dans le filtrage des débris, causes d’arrêts, et dans la capacité à monter rapidement en pleine puissance.
Un second volet concerne l’étude des techniques de stockage de l'air, cavités salines, aquifères, cavités minées et, en référence, stockages de surface. On réalisera une cartographie des sites disponibles, accompagnée de fourchettes de coûts du KWh stocké, et une étude de conception détaillée : problèmes d’architecture de puits, de grands diamètres de tubes, de corrosion par l’air salé et de protection de l’environnement (fin du cycle de vie). Le retour d’expérience de Huntorf montre un écaillage de la paroi assez intense mais tolérable. Le calcul numérique précisera comment extrapoler à d’autres profondeurs, formes et natures du cycle appliqué ; et comment adapter à ces conditions un programme expérimental.
Un CAES adiabatique est aussi un stockage de chaleur dans des conditions exigeantes– typiquement 650°C, 70 bars et air chargé en sel. Pour le matériau de stockage, on s’oriente vers des céramiques issues du traitement des déchets. Il peut s’agir d’une innovation décisive. On effectuera l’optimisation de l’architecture de l’échangeur ; les matériaux feront l’objet d’une caractérisation complète. On disposera ainsi des données nécessaires à la réalisation d’un prototype d’un m3. Les conditions d’extrapolation à échelle 1 seront discutées ainsi que les répercussions de l’approche par stockage étagé et du choix de l’enveloppe du matériau.
L’assemblage des divers éléments techniques se fera à travers l’étude du comportement de l’air pendant la compression et la détente. Un premier dimensionnement d’un système adiabatique avancé sera effectué la première année ; il constituera une colonne vertébrale pour la suite du projet, permettant l’évaluation des résultats des diverses parties du programme et une mise à jour permanente au fur et à mesure des progrès qu’elles auront permis.