Avec le déploiement des installations éolienne et solaire, la production d'énergie électrique devient plus variable au gré des cycles circadien et saisonnier, de la couverture nuageuse, et du régime des vents. Lisser l'offre d'énergies vertes par le stockage devient une nécessité. Il faut donc non seulement progresser dans les technologies du stockage d'énergie mais aussi créer pour le stockage un cadre réglementaire incitatif.

Définitions

Tant que la demande d'électricité ne sera pas capable de s'adapter aux fluctuations de l'offre, l'équilibrage en temps réel du réseau nécessitera une grande flexibilité de l'offre, et notamment le stockage/déstockage de l'énergie électrique produite par le soleil et le vent. Dans le système électrique, on entend par stockage d'énergie « le report de l'utilisation finale de l'électricité à un moment postérieur à celui auquel elle a été produite, ou la conversion de l'énergie électrique en une forme d'énergie qui peut être stockée, la conservation de cette énergie et la reconversion ultérieure de celle-ci en énergie électrique ou son utilisation en tant qu'autre vecteur d'énergie» (Article 2(59) de la Directive (EU) 2019/944).

La définition est très large, n'excluant apparemment aucune technologie, aucun acteur ni aucune utilisation de l'énergie stockée. Mais selon le niveau des aides publiques qui seront accordées au stockage, il faut s'attendre à des discussions plus ou moins animées entre les différentes parties prenantes de l'industrie. Par exemple, faut-il considérer les ballons d'eau chaude qui équipent 11 millions de foyers en France comme des équipements de stockage ? Oui puisqu'il s'agit de chauffe-eaux électriques à accumulation, programmables pour chauffer en heures creuses l'eau utilisable à tout instant. Non car les heures creuses sont essentiellement nocturnes et ce ne sont donc pas les panneaux photovoltaïques qui permettent d'alimenter les cumulus, alors que la réglementation européenne vise explicitement à renforcer l'intégration de l'électricité produite à partir de sources renouvelables. Ainsi, pour l'Ofgem, si l'énergie thermique n'est pas reconvertie en électricité avant usage, elle n'est pas considérée comme du stockage. Les véhicules électriques quant à eux sont présentés comme des moyens de stockage décentralisé, mais selon les heures de recharge des batteries et les lieux de branchement, leur rôle peut se révéler bénéfique ou néfaste pour le système électrique ; ils sont donc à encourager ou à décourager selon leur usage temporel et spatial.

En ce qui concerne les installations de taille industrielle, pour l'heure l'essentiel du stockage se fait dans les stations de transfert d'énergie par pompage (STEP). Mais les choses sont en train de changer. Aux Etats-Unis, il est prévu de faire passer la puissance de stockage installée de 1,2 gigawatts en 2020 à 7,5 gigawatts en 2025 avec des super-batteries lithium-ion dont le coût a fortement baissé grâce au décollage des ventes de véhicules électriques. Mais ces installations ne sont utilisables à pleine puissance que pour des durées de l'ordre de 4 heures. Elles ne permettront donc pas de résoudre les problèmes posés par les fluctuations saisonnières de la production d'électricité à partir de ressources renouvelables.

Stockage et réseau

Tout le monde n'est pas autorisé à se lancer dans l'activité de stockage. D'après les article 36 et 54 de la Directive (EU) 2019/944, les gestionnaires de réseau de distribution et de transport ne peuvent pas être propriétaires d'installations de stockage d'énergie, ni les développer, les gérer ou les exploiter... sauf si aucun tiers n'est prêt à investir dans des installations nécessaires à l'accomplissement des tâches du distributeur ou du transporteur, et à condition que l'opérateur du réseau n'utilise pas ces installations pour faire de l'arbitrage sur les marchés de l'électricité. Pourquoi l'opérateur d'un réseau de distribution ou de transport est-il autorisé à posséder des installations de stockage seulement pour assurer la sécurité du réseau ? Pourquoi ne peut-il acheter ou vendre de l'électricité sur les marchés ? On peut avancer deux raisons : l'une est d'éviter les subventions croisées entre le stockage d'énergie et les fonctions réglementées de distribution ou de transport. La seconde est le risque de voir le gestionnaire d'une infrastructure user de sa position de contrôleur du réseau pour biaiser l'accès d'autres opérateurs et assurer ainsi à ses propres installations des profits abusifs sur le marché de l'électricité.

En effet, un réseau électrique est un monopole naturel puisque sa duplication est plus coûteuse qu'une installation unique, mais c'est aussi une « infrastructure essentielle » puisque, en l'état actuel des connaissances techniques, les producteurs d'électricité doivent passer par le réseau pour alimenter leurs clients. Cela fait deux bonnes raisons pour que la distribution et le transport soient des activités régulées, avec des niveaux de qualité de service et des tarifs d'utilisation fixés par une administration publique, en France la CRE. En revanche, le stockage est une activité économique concurrentielle ... ou du moins devrait le devenir avec la baisse du coût des batteries. Donc, de même que les distributeurs et transporteurs d'électricité contrôlés par le régulateur sectoriel ne sont pas autorisés à produire d'énergie, ils ne sont pas autorisés à la stocker pour vendre sur les marchés de gros ou de détail, activités surveillées par les autorités de la concurrence.

La Directive citée prévoit même que les autorités de régulation doivent organiser au moins tous les cinq ans une consultation publique portant sur les installations existantes de stockage d'énergie afin d'évaluer la disponibilité et l'intérêt potentiels à investir dans ces installations. Si la consultation publique montre que des tiers sont en mesure d'être propriétaires et d'exploiter de manière rentable des installations, l'autorité de régulation demande au gestionnaire de réseau concerné de cesser progressivement son activité dans ce domaine dans un délai de 18 mois, éventuellement contre compensation pour récupérer la valeur résiduelle des investissements réalisés.

Stockage et marché

En plus des opérations d'équilibrage du réseau pour lesquelles une rémunération spécifique peut être arrêtée par le régulateur, les installations de stockage permettent de dégager des bénéfices sur les places de marché en achetant quand le prix est bas et en vendant quand le prix est élevé. Puisque les opérateurs de réseau sont exclus de ces transactions commerciales, les candidats potentiels sont tous les autres acteurs de l'industrie électrique (producteurs, commercialisateurs, agrégateurs, consommateurs), mais aussi les équipementiers, sans oublier les fabricants de véhicules électriques (voir le billet du 2 juin 2020). La question de savoir s'il faut en passer par la création d'un statut ad hoc d'opérateur de stockage reste ouverte (CRE).

Pour accéder aux places de marché, les opérateurs des installations de stockage ont besoin bien sûr d'une connexion physique, mais aussi d'une autorisation. Aux Etats-Unis, il a fallu plusieurs années de bataille juridique et une ordonnance de la Cour d'appel du district de Columbia donnant raison au régulateur fédéral (FERC) pour autoriser les exploitants d'installations de stockage situées dans un réseau de distribution ou derrière un compteur de détail à participer directement aux marchés de gros alors qu'ils étaient interdits d'accès par les autorités de régulation des États.

On sait que les marchés de gros fonctionnent par classement des offres et demandes par « ordre de mérite » et détermination d'un prix d'équilibre pour chaque tranche horaire ou bihoraire. L'insertion des enchères soumises par les exploitants d'installations de stockage devrait se faire selon les mêmes principes, sachant bien entendu qu'une installation peut à chaque instant se présenter comme acheteuse si le prix est bas et vendeuse s'il est élevé, donc intervenir sur les deux côtés du marché. Cette insertion passe par le calcul dynamique de la valeur de l'énergie contenue dans le « réservoir » et la comparaison de cette valeur interne avec le prix de marché, en tenant compte des pertes provoquées par la double transformation de l'énergie électrique. Reste l'épineuse question des risques de manipulation de prix par les gros opérateurs du stockage, et les gros producteurs ou les gros consommateurs d'énergie. L'intérêt d'interdire ou d'autoriser une intégration verticale producteur/stockeur ou consommateur/stockeur dépend de la configuration du réseau puisque selon le degré de congestion des lignes la même capacité d'injection ou de retrait d'électricité peut avoir des effets différents sur l'équilibre des marchés.

La progression de l'industrie du stockage d'électricité poussée par le développement des énergies renouvelables va demander une répartition claire des tâches entre les organismes de régulation. Il ne sera pas toujours facile de distinguer entre les installations entièrement dévolues à la sécurité du réseau, donc sous contrôle du régulateur sectoriel, et celles utilisées pour participer aux marchés, donc surveillées par les autorités de la concurrence. Beaucoup d'acteurs économiques sont intéressés par cette activité puisque l'appel à contributions sur le stockage de l'électricité par batteries lancé par la CRE au début de 2019 a suscité près de 50 réponses. Le recours au système du « bac à sable réglementaire » donne la possibilité d'encourager l'émergence de nouvelles idées pour encadrer de façon efficace les innovations proposées par les parties intéressées.