SMARTWATER

Objectif du projet

Le projet de R&D SMARTWATER , projet de grande envergure financé partiellement par le Service Public de Wallonie dans le cadre du Programme Mobilisateur ENERGINSERE consiste en la mise au point d’un système de régulation et de stabilisation des réseaux électriques par intégration de sites carriers et souterrains pour le stockage énergétique par turbinage-pompage hydroélectrique.

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. Le paradigme «  fit-and-forget », c’est-à-dire le raccordement passif de la production décentralisée au réseau électrique, qui a prévalu 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, 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 d’une solution « SmartGrid ». Parmi toutes les solutions de stockage envisagées (batteries, Compressed Air Energy Storage-CAES, volant d’inertie,…), avec 99% de la capacité installée dans le monde, le turbinage-pompage hydraulique (Pump Hydro Energy Storage – PHES) représente certainement une filière très importante de la problématique.

Les systèmes PHES sont robustes et utilisent des technologies matures. Ils n’émettent 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.

Le projet R&D SMARTWATER, s’est attelé à étudier la problématique PHES en Wallonie. Il a développé un ensemble d’outils socio-juridiques, économiques, géomécaniques, hydro- géologiques, 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 de 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 de récupérer 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.

Les grandes retombées de cette étude holistique de la problématique PHES, nous a permis d’apporter les conclusions et infrastructures suivantes :

• Bien que la Wallonie ne possède pas de grands dénivelés comme dans les pays montagneux, le PHES possède néanmoins un certain potentiel dans les activités de régulation du réseau sur les services ancillaires. Une cartographie succincte de première analyse du potentiel wallon en nouvelles solutions PHES sur des sites carriers wallons, estime celui-ci à E=4896 MWh (P ~ 815 MW; E/P=6 réparti sur 76 sites), centré principalement sur la région de Liège (39%) si on considère tous les sites exploitables en PHES et de E=823 MWh (P ~ 140 MW; E/P=6 sur 18 sites), centré principalement sur la région de Hainaut (70%) si on ne considère que les sites non-actifs, c’est à dire mobilisables rapidement.

•L’exploitation de turbines à vitesse variable et les pompes-turbines réversibles peuvent être utilement considérées pour le PHES de site plus petits, typiquement de l’ordre de quelques MW.

•Les outils d’aide à la décision ont permis d’une part de mettre en évidence l’importance des coûts du système électromécanique dans les coûts d’investissement total (CAPEX) et d’autre part la nécessité de prendre en compte les contraintes dynamiques imposées par les pompes/turbines dans la valorisation du système PHES.

•Concernant les aspects juridiques, législatifs et socio-environnementaux, les deux principaux freins au développement de PHES sur le territoire wallon ont été identifiés: il s’agit de la complexité des procédures et des coûts engendrés par les taxations actuellement en vigueur. Des incitants financiers pourraient néanmoins être envisagés afin de faciliter leur développement. Il a ainsi été montré que la législation en vigueur et les instances de mise en application disposent déjà d’outils performants permettant la maîtrise et le contrôle des impacts environnementaux et sociaux induits par ce type de projet. Cependant, certaines adaptations sont nécessaires pour renforcer ce cadre et l’adapter à certaines caractéristiques spécifiques inhérentes aux PHES (rejets et prise d’eau par exemple).

• Enfin, le projet a mis au point un site de démonstration, d’expérimentation et de tests, situé à Froyennes, mettant en œuvre un système PHES d’une capacité de 17kWH et intégré dans un réseau autonome comprenant des sources de production photovoltaïque de 22,4kWc et à 4 mini-éoliennes de 4 fois 2,5kW.

Contribution de Multitel

Outre le rôle de coordinateur du projet SMARTWATER, Multitel a conçu une suite d’outils de simulation et d’aide à la décision destinés aux études préalables au déploiement d’une station de transfert d’énergie par pompage (STEP) et à l’affinement de son schéma d’exploitation. Le logiciel est composé de différents outils d’analyse couvrant les aspects importants dans de telles prises de décision : faisabilité, rentabilité et dimensionnement. Une partie du logiciel est donc consacrée à une aide à la prise de décision dite « stratégique (ou long terme). Des outils ont également été développés afin de pouvoir étudier l’opportunité des différents services pouvant être rendus par une unité de stockage d’électricité et les possibilités d’une gestion prévisionnelle cherchant à optimiser les services à rendre. Il s’agit ici d’aides à la décision plus court terme telles que la planification du schéma d’exploitation saisonnier (décision moyen terme) et l’optimisation de la conduite en J-1 (décision court terme). Les outils développés ont ensuite été mis en pratique sur des scénarios réalistes (carrières de Obourg et Maizeret) afin de vérifier qu’avec un minimum d’effort et d’investissement en temps, le logiciel est capable de révéler si oui ou non un projet potentiel est suffisamment prometteur pour mériter une étude plus poussée.

 

Applications

Stockage d’énergie

Coordinateur

• Multitel

Partenaires

• Ecorem
• Engie Electrabel
• Engie Fabricom
• Engie Laborelec
• IDETA
• ISSEP
• UCL ( CEREM)
• ULB ( ATM)
• ULiège ( HECE, HGE, GGI)
• UMons ( GELE, GEO)