L'Administration météorologique chinoise a déclaré qu'en raison de l'incertitude du système climatique exacerbée par le réchauffement climatique, les températures extrêmement élevées et les précipitations extrêmement fortes en Chine deviennent plus fréquentes et plus fortes.
Depuis la révolution industrielle, les gaz à effet de serre produits par les activités humaines ont entraîné des températures anormalement élevées à l’échelle mondiale, une élévation du niveau de la mer et des phénomènes météorologiques extrêmes tels que des tempêtes de pluie, des inondations et des sécheresses se sont produits dans différentes régions avec une densité et une fréquence plus élevées.
L'Organisation mondiale de la santé a souligné que la hausse des températures mondiales et la combustion excessive de combustibles fossiles sont devenues l'une des plus grandes menaces pour la santé humaine. Outre les risques de coups de chaleur, d'insolation et de maladies cardiovasculaires, le changement climatique pourrait aggraver plus de 50 % des agents pathogènes humains connus.
Le changement climatique est un défi majeur auquel l'humanité est confrontée à l'ère contemporaine. En tant que principal émetteur de gaz à effet de serre, la Chine a annoncé son objectif de « pic d'émissions de carbone et de neutralité carbone » en 2020, prenant ainsi un engagement solennel envers la communauté internationale, démontrant ainsi la responsabilité et l'engagement d'un grand pays, et traduisant également l'urgence pour le pays de promouvoir la transformation et la modernisation de sa structure économique, ainsi que la coexistence harmonieuse entre l'homme et la nature.
Les défis de la turbulence du système électrique
Le domaine de l’énergie est un champ de bataille très surveillé pour la mise en œuvre du « double carbone ».
Pour chaque degré Celsius d'augmentation de la température moyenne mondiale, le charbon contribue à hauteur de plus de 0,3 degré Celsius. Pour promouvoir davantage la révolution énergétique, il est nécessaire de maîtriser la consommation d'énergie fossile et d'accélérer la construction d'un nouveau système énergétique. En 2022-2023, la Chine a adopté plus de 120 politiques « double carbone », mettant notamment l'accent sur le soutien essentiel au développement et à l'utilisation des énergies renouvelables.
Grâce à une politique de promotion vigoureuse, la Chine est devenue le premier pays au monde en matière d'utilisation des énergies nouvelles et renouvelables. Selon les données de l'Administration nationale de l'énergie, au premier semestre 2024, la nouvelle capacité installée de production d'électricité à partir d'énergies renouvelables du pays s'élevait à 134 millions de kilowatts, soit 88 % de la nouvelle capacité installée ; la production d'électricité à partir d'énergies renouvelables s'élevait à 1 560 milliards de kilowattheures, soit environ 35 % de la production totale.
De plus en plus d'énergie éolienne et photovoltaïque sont intégrées au réseau électrique, apportant une électricité verte plus propre à la production et à la vie des populations, mais remettant également en question le mode de fonctionnement traditionnel du réseau électrique.
Le mode d'alimentation électrique traditionnel du réseau électrique est instantané et planifié. La mise sous tension signifie que vos besoins ont été calculés à l'avance et que quelqu'un produit de l'électricité pour vous en même temps. La courbe de production de la centrale et celle du réseau de transport sont planifiées à l'avance en fonction des données historiques. Même en cas de forte augmentation de la demande d'électricité, le démarrage des groupes thermiques de secours permet de la satisfaire à temps, garantissant ainsi un fonctionnement sûr et stable du réseau électrique.
Cependant, avec l'introduction massive de l'énergie éolienne et photovoltaïque, la production d'électricité dépend entièrement des conditions météorologiques, ce qui rend la planification difficile. Lorsque les conditions météorologiques sont favorables, les nouvelles centrales fonctionnent à plein régime et produisent une grande quantité d'électricité verte. En revanche, si la demande n'augmente pas, cette électricité ne peut pas être connectée à Internet. En cas de forte demande, par temps pluvieux et nuageux, les éoliennes ne tournent pas, les panneaux photovoltaïques ne chauffent pas et des pannes de courant surviennent.
Auparavant, l'abandon de l'énergie éolienne et électrique au Gansu, au Xinjiang et dans d'autres provinces productrices d'énergies nouvelles était lié aux pénuries saisonnières d'électricité dans la région et à l'incapacité du réseau électrique à les absorber à temps. L'incontrôlabilité des énergies propres complique la gestion du réseau électrique et accroît les risques opérationnels du système électrique. Aujourd'hui, alors que la population dépend fortement d'un approvisionnement électrique stable pour sa production et sa vie, toute inadéquation entre la production et la consommation d'électricité aura de graves conséquences économiques et sociales.
Il existe un écart entre la capacité installée des nouvelles énergies et la production réelle. La demande d'électricité des utilisateurs et la production des centrales électriques ne permettent pas d'atteindre les principes de « la source suit la charge » et d'« équilibre dynamique ». L'électricité « fraîche » doit être utilisée à temps ou stockée, condition nécessaire au fonctionnement stable d'un réseau électrique bien organisé. Pour atteindre cet objectif, outre la construction d'un modèle précis de prévision des énergies propres grâce à une analyse précise des données météorologiques et historiques de production d'électricité, il est également nécessaire d'accroître la flexibilité de la répartition du système électrique grâce à des outils tels que les systèmes de stockage d'énergie et les centrales virtuelles. Le pays met l'accent sur « l'accélération de la planification et de la construction d'un nouveau système énergétique », et le stockage d'énergie est une technologie indispensable.
« Banque verte » dans le nouveau système énergétique
Avec la révolution énergétique, le rôle des centrales de pompage-turbinage est devenu de plus en plus important. Cette technologie, née à la fin du XIXe siècle, visait à l'origine à réguler les ressources en eau saisonnières des rivières afin de produire de l'électricité. Elle s'est rapidement développée et a progressivement mûri dans un contexte d'industrialisation accélérée et de construction de centrales nucléaires.
Son principe est très simple. Deux réservoirs sont construits sur la montagne et au pied de celle-ci. La nuit ou le week-end, la demande d'électricité diminue et l'électricité bon marché et excédentaire est utilisée pour pomper l'eau vers le réservoir en amont. Lorsque la consommation électrique atteint son maximum, l'eau est libérée pour produire de l'électricité, permettant ainsi de la réajuster et de la répartir dans le temps et l'espace.
Technologie de stockage d'énergie centenaire, le pompage-turbinage s'est vu confier une nouvelle mission dans le cadre du processus de « double carbone ». Lorsque la capacité de production d'électricité photovoltaïque et éolienne est importante et que la demande d'électricité des utilisateurs diminue, le pompage-turbinage permet de stocker l'électricité excédentaire. Lorsque la demande augmente, l'électricité est libérée pour aider le réseau électrique à équilibrer l'offre et la demande.
Flexible et fiable, il offre des démarrages et des arrêts rapides. Moins de 4 minutes sont nécessaires pour produire de l'électricité à pleine charge. En cas d'accident majeur sur le réseau électrique, le pompage-turbinage peut démarrer rapidement et rétablir l'alimentation électrique. Il est considéré comme la dernière « allumette » pour rallumer le réseau électrique.
Parmi les technologies de stockage d'énergie les plus matures et les plus répandues, le pompage-turbinage est actuellement la plus grande « batterie » au monde, représentant plus de 86 % de la capacité de stockage d'énergie installée mondiale. Comparé aux nouveaux systèmes de stockage d'énergie tels que le stockage électrochimique et le stockage d'hydrogène, le pompage-turbinage présente les avantages d'une technologie stable, d'un faible coût et d'une grande capacité.
Une centrale de pompage-turbinage a une durée de vie nominale de 40 ans. Elle peut fonctionner 5 à 7 heures par jour et refouler en continu. Elle utilise l'eau comme combustible, présente de faibles coûts d'exploitation et de maintenance et n'est pas affectée par les fluctuations de prix des matières premières telles que le lithium, le sodium et le vanadium. Ses avantages économiques et ses capacités de service sont essentiels pour réduire le coût de l'électricité verte et les émissions de carbone du réseau électrique.
En juillet 2024, le premier plan provincial de mise en œuvre de la participation du pompage-turbinage au marché de l'électricité a été officiellement publié dans le Guangdong. Les centrales de pompage-turbinage commercialiseront toute l'électricité au comptant selon un nouveau système de « cotation quantitative » et de « pompage d'eau pour stocker l'électricité » et de « libération d'eau pour obtenir de l'électricité » de manière efficace et flexible sur le marché de l'électricité, jouant ainsi un nouveau rôle de stockage et d'accès à une nouvelle « banque d'électricité verte » d'énergie, ouvrant ainsi la voie à de nouveaux avantages commerciaux.
« Nous formulerons scientifiquement des stratégies de cotation, participerons activement au commerce de l'électricité, améliorerons l'efficacité globale des unités et nous efforcerons d'obtenir des avantages incitatifs en matière d'électricité et de tarifs d'électricité tout en favorisant l'augmentation de la proportion de nouvelle consommation d'énergie », a déclaré Wang Bei, directeur général adjoint du département de planification et de financement du stockage de l'énergie du réseau électrique du Sud.
Une technologie mature, une capacité énorme, un stockage et un accès flexibles, une production durable, un faible coût tout au long du cycle de vie et des mécanismes de plus en plus perfectionnés et orientés vers le marché ont fait du stockage par pompage le « tout-terrain » le plus économique et le plus pratique dans le processus de révolution énergétique, jouant un rôle clé dans la promotion de l'utilisation efficace des énergies renouvelables et garantissant la sécurité et la stabilité du système électrique.
Des grands projets controversés
Dans un contexte d'ajustement de la structure énergétique nationale et de développement rapide des nouvelles énergies, les centrales de pompage-turbinage connaissent un boom de la construction. Au premier semestre 2024, la capacité installée cumulée de pompage-turbinage en Chine a atteint 54,39 millions de kilowatts, et le taux de croissance des investissements a progressé de 30,4 points de pourcentage par rapport à la même période l'an dernier. Au cours des dix prochaines années, l'espace d'investissement de mon pays dans le pompage-turbinage avoisinera les mille milliards de yuans.
En août 2024, le Comité central du PCC et le Conseil des affaires d'État ont publié les « Avis sur l'accélération de la transformation verte globale du développement économique et social ». D'ici 2030, la capacité installée des centrales de pompage-turbinage dépassera 120 millions de kilowatts.
Si les opportunités se présentent, elles engendrent également un problème de surchauffe des investissements. La construction de centrales de pompage-turbinage est un processus d'ingénierie rigoureux et complexe, impliquant de multiples étapes telles que la réglementation, les travaux préparatoires et l'approbation. Dans ce contexte d'investissement florissant, certaines collectivités locales et certains propriétaires négligent souvent le caractère scientifique du choix des sites et la saturation des capacités, et privilégient excessivement la rapidité et l'ampleur du développement des projets, ce qui entraîne une série d'effets négatifs.
Le choix du site des centrales de pompage-turbinage doit tenir compte des conditions géologiques, de la situation géographique (proche du centre de charge et de la base énergétique), de la limite écologique critique, de la chute de charge, de l'acquisition foncière et de l'immigration, entre autres facteurs. Une planification et un aménagement déraisonnables peuvent rendre la construction de centrales inadaptées aux besoins réels du réseau électrique, voire inutilisables. Non seulement les coûts de construction et d'exploitation seront difficiles à gérer pendant un certain temps, mais des problèmes surgiront, tels que le dépassement de la limite écologique critique pendant la construction ; une fois les travaux terminés, si les niveaux techniques, d'exploitation et de maintenance ne sont pas conformes aux normes, cela entraînera des risques pour la sécurité.
« Il existe encore des cas où le choix du site de certains projets est déraisonnable. » Lei Xingchun, directeur général adjoint du département Infrastructures de la Southern Grid Energy Storage Company, a déclaré : « L'essence même d'une centrale de pompage-turbinage est de répondre aux besoins du réseau électrique et de garantir l'accès à de nouvelles sources d'énergie. Le choix du site et la capacité de la centrale de pompage-turbinage doivent être déterminés en fonction des caractéristiques de la distribution d'électricité, des caractéristiques de fonctionnement du réseau, de la répartition de la charge et de la structure du réseau. »
« Le projet est d'envergure et nécessite un investissement initial important. Il est d'autant plus nécessaire de renforcer la communication et la coordination avec les services des ressources naturelles, de l'environnement écologique, des forêts, des prairies, de la conservation de l'eau et d'autres services, et de veiller à respecter la ligne rouge de protection écologique et les plans associés », a ajouté Jiang Shuwen, responsable du service de planification de la Southern Grid Energy Storage Company.
L'investissement de construction de plusieurs dizaines de milliards, voire de dizaines de milliards, la superficie de construction de plusieurs centaines d'hectares de réservoirs et la durée de construction de 5 à 7 ans sont également les raisons pour lesquelles de nombreuses personnes critiquent le stockage par pompage, le considérant comme n'étant pas « économique et respectueux de l'environnement » par rapport aux autres systèmes de stockage d'énergie.
En réalité, comparée aux temps de décharge limités et à la durée de vie opérationnelle de 10 ans du stockage chimique d'énergie, la durée de vie réelle des centrales de pompage-turbinage peut atteindre 50 ans, voire plus. Grâce à une capacité de stockage importante, une fréquence de pompage illimitée et un coût par kilowattheure plus faible, son efficacité économique reste bien supérieure à celle des autres systèmes de stockage d'énergie.
Zheng Jing, ingénieur principal à l'Institut chinois de planification et de conception des ressources en eau et de l'hydroélectricité, a réalisé une étude : « L'analyse de l'efficacité économique du projet montre que le coût actualisé par kilowattheure des centrales de pompage-turbinage est de 0,207 yuan/kWh. Le coût actualisé par kilowattheure du stockage électrochimique est de 0,563 yuan/kWh, soit 2,7 fois celui des centrales de pompage-turbinage. »
« Le stockage d'énergie électrochimique a connu une croissance rapide ces dernières années, mais il présente divers dangers cachés. Il est nécessaire de prolonger continuellement le cycle de vie, de réduire le coût unitaire, d'augmenter la taille de la centrale et de configurer la fonction de réglage de phase pour garantir la sécurité, afin qu'elle soit comparable à celle des centrales de pompage-turbinage », a souligné Zheng Jing.
Construire une centrale électrique, embellir le terrain
Selon les données du Southern Power Grid Energy Storage, au premier semestre 2024, la production cumulée des centrales de pompage-turbinage de la région sud a atteint près de 6 milliards de kWh, soit l'équivalent de la demande d'électricité de 5,5 millions de ménages pendant six mois, soit une augmentation de 1,3 % par rapport à l'année précédente. Le nombre de mises en service de centrales a dépassé les 20 000, soit une augmentation de 20,9 % par rapport à l'année précédente. En moyenne, chaque centrale produit une puissance de pointe plus de trois fois par jour, contribuant ainsi de manière significative à la stabilité de l'accès au réseau électrique en énergie propre.
Dans le but d'aider le réseau électrique à améliorer sa capacité de stockage d'énergie de pointe et à fournir de l'électricité propre pour le développement social et économique, Southern Power Grid Energy Storage s'engage à construire de belles centrales électriques et à fournir des produits écologiques et environnementaux « verts, ouverts et partagés » aux populations locales.
Chaque printemps, les montagnes se parent de cerisiers en fleurs. Cyclistes et randonneurs se rendent dans le district de Yantian à Shenzhen pour s'y rendre. Reflétant le lac et les montagnes, ils se promènent dans la mer de cerisiers en fleurs, comme au paradis. Voici le réservoir supérieur de la centrale de pompage-turbinage de Shenzhen, la première centrale de pompage-turbinage construite en centre-ville du pays, véritable « parc de montagnes et de mer » prisé des touristes.
La centrale de pompage-turbinage de Shenzhen a intégré des concepts écologiques dès sa planification. Des installations et équipements de protection de l'environnement et de conservation de l'eau ont été conçus, construits et mis en service simultanément. Le projet a remporté des prix tels que « Projet national de qualité » et « Projet national de démonstration de conservation des sols et de l'eau ». Après sa mise en service, China Southern Power Grid Energy Storage a modernisé le paysage de « désindustrialisation » de la zone du réservoir supérieur en le transformant en parc écologique et a collaboré avec le gouvernement du district de Yantian pour planter des cerisiers en fleurs autour du réservoir supérieur, créant ainsi la carte de visite de Yantian, « ville de montagne, de mer et de fleurs ».
L'importance accordée à la protection écologique n'est pas un cas particulier pour la centrale de pompage-turbinage de Shenzhen. China Southern Power Grid Energy Storage a mis en place des systèmes stricts de gestion de la construction écologique et des normes d'évaluation tout au long du processus de construction. Chaque projet intègre le contexte naturel, les caractéristiques culturelles et les plans locaux pertinents, et prévoit des dépenses spécifiques pour la restauration et l'amélioration de l'environnement écologique dans le budget de protection environnementale afin de garantir une intégration harmonieuse du paysage industriel et de l'environnement écologique environnant.
Les centrales de pompage-turbinage ont des exigences relativement élevées en matière de choix d'emplacement. Afin d'éviter les lignes rouges écologiques, si des plantes rares protégées ou des arbres anciens se trouvent dans la zone de construction, il est nécessaire de communiquer au préalable avec le service des forêts et de prendre des mesures de protection sous sa direction afin de mettre en œuvre une protection sur site ou une protection contre la migration. a déclaré Jiang Shuwen.
Dans chaque centrale de pompage-turbinage de Southern Power Grid Energy Storage, un immense écran électronique affiche en temps réel des données telles que la teneur en ions négatifs, la qualité de l'air, les rayons ultraviolets, la température, l'humidité, etc. « C'est ce que nous avons demandé de surveiller nous-mêmes, afin que les parties prenantes puissent clairement visualiser la qualité environnementale de la centrale. » Jiang Shuwen a expliqué : « Après la construction des centrales de pompage-turbinage de Yangjiang et de Meizhou, des aigrettes, surnommées "oiseaux de surveillance environnementale", se sont installées en groupes, ce qui constitue la reconnaissance la plus intuitive de la qualité de l'environnement écologique, comme la qualité de l'air et de l'eau des réservoirs, dans la zone de la centrale. »
Depuis la construction de la première centrale de pompage-turbinage de grande envergure en Chine, à Guangzhou, en 1993, Southern Power Grid Energy Storage a acquis une solide expérience dans la mise en œuvre de projets écologiques tout au long de leur cycle de vie. En 2023, l'entreprise a lancé le document « Méthodes de gestion de la construction écologique et indicateurs d'évaluation pour les centrales de pompage-turbinage », qui clarifie les responsabilités et les normes d'évaluation de la construction écologique de toutes les unités participant au projet pendant le processus de construction. Ce document, assorti d'objectifs concrets et de méthodes de mise en œuvre, est d'une importance capitale pour guider le secteur dans la mise en œuvre de la protection écologique.
Les centrales de pompage-turbinage ont été construites de toutes pièces, et de nombreuses technologies et gestions sont sans précédent. L'entreprise s'appuie sur des leaders du secteur tels que Southern Power Grid Energy Storage pour piloter les chaînes industrielles en amont et en aval afin d'innover, d'explorer, de vérifier et de promouvoir en permanence la modernisation industrielle. La protection de l'environnement est également un élément indispensable du développement durable du secteur du pompage-turbinage. Elle représente non seulement la responsabilité de l'entreprise, mais souligne également la valeur écologique et le potentiel de ce projet de stockage d'énergie verte.
L'heure de la neutralité carbone sonne et le développement des énergies renouvelables continue de réaliser de nouvelles avancées. Le rôle des centrales de pompage-turbinage, en tant que « régulateurs », « banques d'énergie » et « stabilisateurs » dans l'équilibre de charge du réseau électrique, prend une importance croissante.
Date de publication : 05/02/2025
