SmartWater

Le projet SMARTWATER consistant à étudier la problématique PHES en Wallonie a permis le développement d'un un ensemble d'outils sociojuridiques, économiques, géomécaniques, hydrogéologiques, hydrauliques, hydromécaniques, électromécaniques et de simulation informatique pour l'aide à la décision dans le but de favoriser l'éclosion d'une filière du stockage hydroélectrique en Wallonie. Celle-ci peut prendre deux formes: -soit en exploitant le potentiel du sol en Wallonie; -soit en développant des compétences dans un consortium économique intégré wallon afin que celui-ci puisse proposer une solution globale (bureau d'étude/construction/exploitation) à l'exportation en allant mettre au point des systèmes PHES pour des opérateurs à l'étranger.

L'originalité de l'approche SMARTWATER a été d'étudier la capacité d'utiliser des sites géologiques spécifiques : -soit des carrières en fin de vie comme bassins de stockage; -soit des cavités souterraines comme réservoir inférieur du système PHES (Système UCES - Underground Cavity Energy Storage) afin de réduire drastiquement, en utilisant des approches innovantes, le coût initial de construction (CAPEX) dont le génie civil est souvent le coût le plus important.

Le projet SMARTWATER, une collaboration entre Multitel, Ecorem, EngieLab, Engie-Electrabel, Engie-Fabricom, IDETA, ULB-ATM, UCL-CEREM, les départments GELE et GEO de l'UMONS, les départements HECE, HGE et GGI de l'ULiège et l'ISSEP.

Grâce à un niveau de maturité technologique croissant et des politiques de soutien volontaristes destinées à favoriser une transition vers une société à faible empreinte carbone, la production d’électricité renouvelable décentralisée a connu un fort développement cette dernière décennie. Cette tendance devrait encore se renforcer à l’avenir avec le paquet énergie-climat européen Horizon 20-20-20, qui pose un objectif de 20% pour la part d’énergie renouvelable dans la consommation totale d’énergie en Europe. Pour la Wallonie, cet objectif se transpose en une part de 21% de la consommation électrique wallonne qui devra être d’origine renouvelable en 2020.

Jusqu’il y a peu, l’intégration dans les réseaux électriques d’une faible quantité de puissance renouvelable décentralisée et en grande partie intermittente (photovoltaïque, éolien) ne posait pas de problème majeur : la souplesse de production des unités centralisées était suffisante pour compenser le caractère aléatoire de cette production. En revanche, l’intégration dans le futur d’une part plus importante de production intermittente pose de gros problèmes aux gestionnaires de réseaux de distribution (GRD) et de transport (GRT). Le paradigme « fit-and-forget » (raccordement passif de la production décentralisée au réseau électrique), qui prévalait jusqu’à présent dans un réseau électrique avec une production essentiellement centralisée, évolue progressivement vers une décentralisation partielle de la coordination vers les nœuds du réseau. Aux côtés du renforcement des lignes électriques et de l’interconnexion des réseaux de transport au niveau européen, et de la gestion dynamique de la demande, le stockage apparaît comme un élément incontournable de la solution. Dans toutes les solutions de stockage envisagées (batteries, Compressed Air Energy Storage - CAES, volant d’inertie,…), le turbinage-pompage hydraulique (Pump Hydro Energy Storage – PHES), avec 99% de la capacité installée, représente certainement une filière très importante de la problématique.

Grâce à de bonnes caractéristiques techniques (bon rendement, temps de réaction de seulement quelques dizaines de secondes,..), le PHES reste une solution plébiscitée pour les projets en cours de développement qu'il s'agisse de stockage de grande capacité ou, de façon émergente, pour des capacités plus restreintes. Des modèles de pompes et turbines sont en effet maintenant disponibles dans une gamme étendue de puissances et adaptés à des hauteurs de chute variées (de 10m à 1000m). Par ailleurs, d'autres avancées technologiques accomplies cette dernière décennie concernant les machines électriques, les turbines à vitesse variable et les pompes-turbines réversibles permettent une grande flexibilité d’utilisation. Le PHES est une solution adaptée à une large palette d'applications de contrôle (en fréquence et en tension), de réserves (provision pour black-start, réglage de la fréquence), de déplacement de charge ou encore le stockage du surplus de production intermittente. Tous ces éléments font du PHES le mode de stockage préféré des gestionnaires de réseaux de transport (GRT) et également de plus en plus des réseaux de distributeurs (GRD). Elles sont bien adaptées au stockage du surplus de l’énergie produite par des sources de productions intermittentes et peuvent servir pour de la production d’énergie ou de puissance, pour les « black-starts », pour du contrôle de tension, du contrôle de fréquence, du déplacement de charge, de la réserve tertiaire ; soit, pour l’ensemble des applications réseaux liées aux problématiques de régulations des réseaux électriques.

Les systèmes utilisés sont robustes et utilisent des technologies matures. Ils n’émettent d’ailleurs pas de gaz à effet de serre et sont totalement démontables en fin de vie. Le PHES est certainement la plus écologique des approches de stockage.

Enfin, les avancées technologiques concernant les machines électriques, les turbines à vitesse variable et les pompes-turbines réversibles permettent une grande flexibilité d’utilisation. Tous ces éléments font du PHES le mode de stockage préféré des gestionnaires de réseaux de transport (GRT) et également de plus en plus des réseaux de distributeurs (GRD). Cependant, leur inconvénient majeur réside dans leur dépendance aux conditions topographiques. Ces systèmes nécessitent en effet un dénivelé important et des surfaces (haut et bas) suffisants afin d’être économiquement viables. Se pose alors le problème de leur faisabilité technique sur des sites disponibles parfois inédits, de leur rentabilité associée d'une part, à l'estimation correcte des coûts liés à leur installation (préparation/acquisition du terrain, génie civil, hydraulique, connexions au réseau, autorisations, permis,…) et, d'autre part, à l'estimation correcte des gains financiers potentiels liés à la réinjection de l’électricité sur le réseau du GRT ou du GRD. Ceci dans un contexte de marché de l’électricité complètement modifié dans sa structure par la montée en puissance des nouvelles formes de productions d'électricité renouvelables, réparties, multi-acteurs et surtout intermittentes.

Dans cette optique, l'approche visée dans le cadre du projet SMARTWATER est de mettre au point un ensemble d’outils socio-juridiques, économiques, géomécaniques, hydro-géologiques, hydrauliques, hydromécaniques, électromécaniques et de simulation et contrôle informatique pour aider l’éclosion de la filière du stockage hydroélectrique au service de la régulation des réseaux électriques des GRD & GRT, en exploitant des sites géologiques spécifiques :- soit des carrières en fin de vie comme bassins de stockage ; - soit des cavités souterraines comme réservoir inférieur du système PHES (Système UCES - Underground Cavity Energy Storage).