Jusqu’à présent en 2023, les émissions de carbone du secteur électrique britannique ont atteint leur niveau le plus bas jamais enregistré. En avril, un nouveau record d’intensité carbone sur une demi-heure a même été établi : seulement 33 gCO2/kWh.
Mais quelle est la contribution réelle du stockage d’énergie par batteries à la baisse des émissions de carbone ?
Quels sont les faits marquants ?
Le stockage d’énergie par batteries a réduit de plus de 1 % les émissions du secteur électrique britannique depuis 2021
La réponse en fréquence explique presque la totalité de ce bénéfice
La Dynamic Containment est (de loin) l’action la plus bénéfique pour le climat actuellement réalisée par les batteries
La méthodologie
Comment mesure-t-on les émissions de carbone du secteur électrique ?
L’intensité carbone mesure la quantité d’émissions de carbone générée par la production d’électricité. Elle s’exprime en gCO2/kWh. En d’autres termes, pour chaque kWh d’électricité produite, quelles étaient les émissions associées ?
L’intensité carbone d’une technologie donnée dépend de plusieurs facteurs : par exemple, le combustible utilisé et le rendement.
National Grid ESO calcule et publie l’intensité carbone du réseau toutes les demi-heures – vous pouvez consulter les données ici.
Comment le stockage d’énergie par batteries peut-il réduire les émissions de carbone ?
Le stockage d’énergie par batteries peut réduire les émissions de carbone du réseau de deux façons :
- Effets directs sur les émissions – dus à l’énergie importée ou exportée sur le réseau.
- Effets indirects – liés à la fourniture de services réseaux (comme la réponse en fréquence).
Mais comment quantifier ces effets ?
Bénéfice carbone des actions énergétiques directes
À chaque fois que les batteries importent ou exportent de l’énergie sur le réseau, cela modifie la charge nette du système, ce qui a un impact carbone correspondant.
Le stockage d’énergie par batteries à l’échelle du réseau importe ou exporte généralement pour l’une de ces trois raisons :
- Arbitrage énergétique en réponse aux prix.
- Actions du mécanisme d’équilibrage suite aux instructions de National Grid ESO.
- Services réseaux – par exemple, décharge après une baisse de fréquence.
En multipliant ces volumes d’import/export par l’intensité carbone à chaque demi-heure, on peut calculer leur impact carbone.
- Depuis le lancement de la Dynamic Regulation, les actions énergétiques des batteries ont en réalité contribué à 8 000 tonnes d’émissions.
- Mais ce chiffre reste négligeable – le secteur électrique a généré 123 millions de tonnes de CO2 sur la même période !
En somme, les actions énergétiques du stockage par batteries ne réduisent pas l’intensité carbone du réseau. Alors, comment les batteries permettent-elles de baisser les émissions ?
Bénéfice carbone des services réseaux
La majeure partie du temps, les batteries sont sous contrat pour fournir différents services de réponse en fréquence. Il existe quatre principaux services de réponse en fréquence assurés par les batteries :
- Dynamic Containment – un service très rapide, post-incident.
- Dynamic Moderation – un service très rapide, pré-incident.
- Dynamic Regulation – un service rapide, pré-incident.
- Firm Frequency Response – un service plus lent, pré- et post-incident.
Ces services impliquent effectivement des cycles de charge/décharge des batteries (comme évoqué plus haut). Mais leur principal bénéfice est de permettre à National Grid ESO d’exploiter le réseau en toute sécurité, tout en réduisant les émissions.
Quel est donc le bénéfice carbone du stockage par batteries dans ces services ? On peut l’estimer en analysant les actions qui auraient été nécessaires sans ces batteries.
Mandatory Frequency Response
Le système électrique a besoin de réponse en fréquence pour maintenir la stabilité. Lorsque National Grid ESO ne peut pas obtenir le niveau requis via les quatre services mentionnés ci-dessus, son centre de contrôle fait appel à la Mandatory Frequency Response.
Les CCGT fournissent l’essentiel de la Mandatory Frequency Response. Ainsi, l’intensité carbone moyenne des systèmes assurant ce service était de 391 gCO2/kWh entre avril 2022 et mars 2023.
Ce service est plus lent que les trois nouveaux services de réponse dynamique – il est donc moins efficace pour fournir la même réponse. Cela implique qu’il faut plus de mégawatts pour obtenir le même effet. Par exemple, la Dynamic Containment basse fréquence peut nécessiter jusqu’à trois fois le volume de Mandatory Frequency Response pour la remplacer.
Émissions évitées liées à la Mandatory Frequency Response
En théorie, la symétrie entre la réponse haute et basse fréquence devrait équilibrer l’impact carbone de la Mandatory Frequency Response. Mais jusqu’à récemment, National Grid ESO a largement privilégié la réponse basse fréquence – en particulier via la Dynamic Containment.
Utiliser la Mandatory Frequency Response au lieu de la Dynamic Containment basse fréquence entraîne plus d’émissions de carbone – ainsi, en fournissant la Dynamic Containment basse fréquence, les batteries réduisent les émissions. Depuis 2021, cela a permis d’éviter environ 480 000 tonnes de CO2.
Efficacité accrue du système
Un autre effet de la Mandatory Frequency Response est de réduire l’efficacité globale du système. Souvent, les centrales qui fournissent ce service doivent être repositionnées pour garantir la capacité nécessaire. Les CCGT fonctionnent idéalement à pleine puissance pour un rendement optimal – mais pour fournir la Mandatory Frequency Response, elles sont souvent ramenées à un niveau inférieur.
Pour équilibrer l’énergie du système, une autre centrale doit augmenter sa production (souvent une CCGT moins efficace). Cela réduit l’efficacité globale des deux centrales et augmente donc l’intensité carbone totale des deux sites.
L’impact peut sembler minime – à peine 0,5 % d’augmentation de l’intensité carbone sur les deux centrales. Mais cette hausse concerne toute la production, pas seulement le volume de Mandatory Frequency Response. Cela génère donc davantage d’émissions.
Ce n’est pas tout. La Mandatory Frequency Response peut parfois entraîner des conséquences encore plus négatives – par exemple, l’arrêt de l’éolien, ce qui aurait un impact carbone beaucoup plus élevé.
En moyenne, 1 MWh de Mandatory Frequency Response engendre une hausse de 4 % de l’intensité carbone pour la production équivalente.
Depuis 2021, cela représente 637 000 tonnes de CO2 évitées.
Actions évitées de gestion de l’inertie
L’inertie est une caractéristique physique des réseaux électriques qui ralentit la variation de la fréquence du réseau. Elle est principalement assurée par de gros générateurs synchronisés. National Grid ESO doit garantir un niveau minimal d’inertie pour la stabilité du système.
L’inertie fournie par le marché peut parfois passer sous ce seuil. Le centre de contrôle doit alors réduire l’éolien ou les interconnexions (qui n’apportent pas d’inertie) et augmenter la production des CCGT – ce qui accroît les émissions du réseau.
On observe une baisse de l’inertie moyenne et du minimum requis. Le lancement de la Dynamic Containment et du Accelerated Loss of Mains Change Programme a permis de sécuriser le réseau même à des niveaux d’inertie plus faibles.
Il convient de noter que les données publiées par National Grid ESO sur l’inertie du système ne sont que des estimations et peuvent ne pas refléter la réalité à l’instant T.
Quel impact sur les émissions carbone ?
Quand le ESO a besoin d’inertie, il fait généralement appel aux CCGT via le mécanisme d’équilibrage. L’éolien est alors souvent réduit.
La Dynamic Containment permet d’exploiter le réseau avec des niveaux d’inertie plus faibles. Le ESO a donc moins besoin de s’appuyer sur les CCGT pour gérer les baisses d’inertie.
Cela a permis d’éviter environ 174 000 tonnes de CO2 depuis 2021.
Incertitudes autour de ces chiffres
Modéliser les émissions évitées grâce au stockage par batteries est complexe – et certaines hypothèses sont nécessaires.
Globalement, les chiffres présentés ici sont en réalité assez prudents.
Comment le bénéfice carbone du parc de batteries pourrait-il évoluer à l’avenir ?
En plus des bénéfices carbone déjà évoqués, d’autres leviers permettront au stockage par batteries de réduire les émissions à l’avenir.
- Réduire la limitation de l’éolien et du solaire. Actuellement négligeable, ce levier pourrait devenir significatif, notamment avec le développement du stockage dans les régions contraintes. Plus d’informations ici.
- Remplacer les générateurs fossiles dans les services de réserve. Ces réserves sont aujourd’hui presque exclusivement assurées par des générateurs à forte intensité carbone. Avec l’arrivée de nouveaux produits de réserve, le stockage par batteries pourra-t-il en remplacer une partie ? Plus d’informations sur la Quick et Slow Reserve ici, et sur la Balancing Reserve ici.
- Marché de capacité – éviter la construction de nouvelles centrales fossiles. Avec 1,3 GW de capacité de stockage par batteries ayant remporté des contrats lors du dernier T-4 (voir ici), observe-t-on déjà ce phénomène ?
