Stockage thermique de grande capacité · Glossaire

Un stockage thermique de grande capacité est une installation technique qui absorbe de la chaleur à grande échelle, la conserve pendant un certain temps, puis la restitue. La chaleur est destinée à un réseau de chaleur, à un procédé industriel ou à un groupe de bâtiments. Il ne s'agit donc pas des ballons d'eau chaude ou des ballons tampons de maisons individuelles, mais d'installations destinées à de nombreux consommateurs ou à de grands sites. Selon le type de construction, la durée de stockage va de quelques heures à plusieurs jours, voire à plusieurs mois. Le stockage ne produit pas d'énergie supplémentaire. Il se contente de décaler le moment où la chaleur disponible est utilisée.

Grandeurs caractéristiques : énergie, puissance, température

Ce qui est stocké, c'est de l'énergie thermique. Elle s'exprime en kilowattheures, en mégawattheures ou en gigawattheures. Il faut en distinguer la puissance thermique, qui indique à quelle vitesse la chaleur peut être stockée ou déstockée. Les deux valeurs sont importantes pour l'exploitation. La capacité de stockage détermine pendant combien de temps le stockage peut fournir de la chaleur. La puissance détermine s'il peut couvrir de brèves pointes de charge ou absorber une production fluctuante. Un stockage de grand volume, mais doté de raccordements et de pompes de petite taille, ne peut donc être chargé et déchargé que lentement.

Pour les stockages à eau, le contenu énergétique dépend du volume et de l'écart de température utilisable, c'est-à-dire de la différence entre le départ et le retour. En première approximation, un mètre cube d'eau stocke environ 1,16 kWh par kelvin d'écart de température. Pour un écart de 40 K, cela représente environ 46 kWh par mètre cube. Un stockage de 60 000 mètres cubes fonctionnant entre environ 90 °C et 40 °C atteint, par le calcul, un ordre de grandeur de 3,5 GWh par charge complète. Il en résulte que de faibles températures de retour dans le réseau augmentent la capacité utilisable sans que le réservoir doive grandir. Pour que cela fonctionne, le stockage a besoin d'une stratification thermique stable : l'eau chaude se trouve en haut, l'eau plus fraîche en bas, et les deux se mélangent le moins possible.

Intégration dans le chauffage urbain et la transition thermique

Les stockages thermiques de grande capacité font généralement partie du chauffage urbain, car de nombreux consommateurs y sont raccordés à un réseau commun. Le réseau relie dans l'espace les producteurs, le stockage et les preneurs de chaleur. Le stockage peut recevoir de la chaleur issue de la cogénération, d'une pompe à chaleur de grande puissance, du solaire thermique, de la géothermie, de la chaleur fatale industrielle, de l'incinération des déchets ou du power-to-heat. Production et demande coïncident rarement. Les ménages ont besoin de beaucoup de chaleur le matin et le soir, le solaire thermique fournit de la chaleur à midi et en été, et les pompes à chaleur fonctionnent de la manière la plus avantageuse lorsque les prix de l'électricité sont bas. Grâce à un stockage, un réseau peut exploiter ses producteurs de façon plus régulière, à moindre coût ou mieux adaptée à la situation du réseau électrique.

Les stockages thermiques de grande capacité montrent que la transition thermique ne se limite pas au remplacement de chauffages individuels. Dans les zones densément bâties, l'approvisionnement en chaleur peut être organisé comme une infrastructure, avec plusieurs sources, des réseaux communs et des stockages. C'est pourquoi la question de l'opportunité et de l'emplacement d'un stockage est de plus en plus tranchée dans le cadre de la planification communale de la chaleur et des plans de transformation des gestionnaires de réseau.

Distinction par rapport aux stockages d'électricité et aux stockages en bâtiment

Dans les débats de politique énergétique, les stockages thermiques de grande capacité sont souvent assimilés à des stockages d'électricité. C'est trompeur. Un stockage par batterie absorbe de l'électricité et restitue de l'électricité. Un stockage thermique de grande capacité absorbe de la chaleur et restitue de la chaleur. Sans technique propre de reconversion en électricité, il ne peut pas réinjecter d'électricité dans le réseau. Pour le système électrique, il n'agit qu'indirectement : l'électricité est transformée en chaleur lorsqu'elle est abondante ou bon marché, et la chaleur est utilisée plus tard. À l'inverse, une pompe à chaleur de grande puissance sans stockage doit généralement fonctionner au moment même où la chaleur est demandée. La flexibilité pour le système électrique ne naît que de l'interaction entre producteur de chaleur électrique, réseau, stockage et règles d'exploitation adaptées.

Le stockage thermique de grande capacité se distingue d'un ballon tampon installé dans un bâtiment par sa taille, son intégration et son pilotage. Un ballon tampon stabilise avant tout l'installation de chauffage sur place. Un stockage thermique de grande capacité peut en revanche modifier l'ordre d'appel de plusieurs producteurs, économiser du combustible, lisser les pointes de charge dans le réseau et coupler des producteurs électriques aux prix de l'électricité ou à la situation du réseau électrique.

Types de construction et durée de stockage

Stockages en réservoir : réservoirs en acier ou en béton remplis d'eau, installés en surface, le plus souvent pour des durées allant de quelques heures à quelques jours. Les réservoirs sans pression restent en dessous de 100 °C, les stockages sous pression peuvent fonctionner à des températures plus élevées. Plus le réservoir est grand, plus sa surface est petite par rapport au volume. Cela réduit les pertes thermiques relatives.
Stockages en bassin enterré : grands bassins d'eau étanchéifiés creusés dans le sol, avec une couverture isolée, souvent flottante. Ils conviennent au stockage saisonnier. Un exemple connu est Dronninglund, au Danemark : un bassin de 60 000 mètres cubes y est en service depuis mai 2014 dans une ancienne gravière. Il est chargé avec de la chaleur solaire estivale jusqu'à environ 90 °C. La température maximale est limitée par le matériau de la membrane d'étanchéité.
Stockages par sondes géothermiques : ils stockent la chaleur directement dans la roche ou le sol, au moyen d'un champ de forages. Ils fonctionnent généralement à des températures plus basses et nécessitent souvent une pompe à chaleur pour le déstockage.
Stockages thermiques en aquifère : ils utilisent des couches rocheuses aquifères du sous-sol. Cela requiert une géologie appropriée et une autorisation au titre du droit de l'eau.

Un stockage thermique saisonnier vise à déplacer des excédents de l'été, par exemple de la chaleur solaire ou de la chaleur fatale, vers la période de chauffage. De tels stockages sont techniquement exigeants, nécessitent beaucoup de surface ou un sous-sol approprié et dépendent davantage des conditions locales qu'un réservoir. Les pertes dépendent de la température, de l'isolation, de la surface, de la durée de stockage et du mode d'exploitation. Pour Dronninglund, une évaluation sur cinq ans fait état d'un rendement de stockage d'environ 90 pour cent. Les auteurs l'attribuent notamment au fait que le stockage a été entièrement renouvelé plus de deux fois par an. Il ne sert donc pas seulement de manière saisonnière, mais aussi à court terme. Cette valeur ne peut donc pas être transposée sans autre examen à n'importe quel stockage en bassin enterré.

Importance pour le système électrique

Une part croissante de l'approvisionnement en chaleur est produite par voie électrique. Les pompes à chaleur de grande puissance et les installations power-to-heat, comme une chaudière à électrodes, augmentent la consommation d'électricité, mais créent en même temps une demande pilotable. Lorsqu'elles fonctionnent en période de forte production éolienne et solaire et remplissent alors le stockage, il faut réduire moins de production renouvelable. Lorsque l'électricité est rare, elles peuvent être bridées pendant que le stockage continue d'alimenter le réseau. Le stockage ne décale donc pas la demande de chaleur, mais la demande d'électricité de la production de chaleur, et ce vers des périodes de faible charge résiduelle. Il contribue ainsi à la flexibilité du système. De même, il découple les installations de cogénération de la demande de chaleur instantanée : elles peuvent s'orienter selon le marché de l'électricité, et la chaleur produite simultanément est stockée temporairement.

Rentabilité et responsabilités

L'utilité d'un stockage résulte de plusieurs effets. Les chaudières coûteuses de pointe fonctionnent moins souvent, les prix d'électricité avantageux deviennent exploitables pour la production de chaleur électrique, et moins de puissance de production doit être tenue en réserve. La rentabilité de l'investissement dépend de la taille du réseau, du niveau de température, du parc de producteurs, de la structure des prix de l'électricité, des redevances de réseau, des prix des combustibles et du CO₂, ainsi que des aides et de la régulation. Deux malentendus sont répandus. Premièrement : rapportés à l'énergie stockée, les stockages thermiques sont souvent nettement moins chers que les batteries. Mais le calcul global inclut aussi le terrain, l'ouvrage, l'isolation, les pompes, les échangeurs de chaleur, les autorisations et l'intégration dans la salle de contrôle. Deuxièmement : tous les stockages ne devraient pas fonctionner de manière saisonnière. Dans de nombreux réseaux, un stockage pour quelques heures ou quelques jours apporte plus qu'un stockage saisonnier.

S'y ajoute un problème institutionnel. Le système électrique profite d'une production de chaleur flexible, mais l'investissement est réalisé dans le secteur de la chaleur. Les régies municipales (Stadtwerke), les planificateurs de la chaleur, les gestionnaires de réseau et l'industrie n'ont pas automatiquement les mêmes incitations. Les tarifs d'électricité, les redevances de réseau, les prélèvements et les règles d'aide contribuent à décider si un stockage sert le système dans son ensemble ou n'optimise que l'exploitation sur place.

Aides en Allemagne (état : novembre 2026)

La loi sur la cogénération (Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz, KWKG) accorde une prime pour les stockages de chaleur nouvellement construits. Dans la version du 18 décembre 2025, les conditions suivantes s'appliquent. La chaleur doit provenir majoritairement d'installations de cogénération. La chaleur fatale et la chaleur renouvelable sont assimilées, tant que la part de cogénération représente au moins 10 pour cent de la chaleur injectée. Les pertes thermiques moyennes doivent être inférieures à 15 watts par mètre carré de surface du réservoir. En outre, une autorisation du BAFA est requise. La prime s'élève à 250 euros par mètre cube d'équivalent eau. Pour les stockages de plus de 50 mètres cubes, elle est plafonnée à 30 pour cent des coûts d'investissement imputables, et à 10 millions d'euros au maximum par projet. Sont subventionnés les stockages mis en service au plus tard le 31 décembre 2026. Des mises en service ultérieures ne sont possibles que si, à cette date, toutes les autorisations sont disponibles ou, lorsqu'aucune n'est nécessaire, si les principaux travaux de construction ont fait l'objet d'une commande ferme. Dans les deux cas, le stockage doit être mis en service dans un délai de quatre ans par la suite.

Par ailleurs, l'aide fédérale pour les réseaux de chaleur efficaces (Bundesförderung für effiziente Wärmenetze, BEW) soutient les stockages de chaleur. Sont en principe éligibles toutes les installations qui stockent temporairement de la chaleur afin de compenser les fluctuations entre fourniture et demande, y compris expressément les stockages saisonniers. La condition est un réseau de chaleur comptant plus de 16 bâtiments ou plus de 100 unités d'habitation. Dans les réseaux existants, un stockage n'est éligible comme mesure individuelle que s'il existe un plan de transformation. Les taux d'aide et les procédures précis dépendent de la directive en vigueur et de la notice du BAFA.

Sources

Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz, Abschnitt 5: Zuschlagzahlungen für Wärmespeicher und Kältespeicher (§§ 22–25) — buzer.de (konsolidierter Gesetzestext); Fassung durch Art. 24 G. v. 18.12.2025, in Kraft ab 23.12.2025. § 22 Abs. 1, 2 und 4; § 23 Abs. 1
Bundesförderung für effiziente Wärmenetze (BEW) — Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA); unbekannt. Abschnitt Was wird gefördert? (Module 2 und 3)
Förderprogramme – Bundesförderung für effiziente Wärmenetze (BEW) — Förderdatenbank des Bundes (BMWE); unbekannt. Volltext, Gegenstand der Förderung: Wärmespeicher
Long-term thermal performance analysis of a large-scale water pit thermal energy storage — Technical University of Denmark (DTU Orbit); unbekannt. Abstract
Dronninglund solar district heating in Denmark — Copenhagen Centre on Energy Efficiency (UNEP-CCC); unbekannt. Projektbeschreibung

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Edited by eCMS on 12.11.2026 05:05