Qu'est-ce qu'un système de stockage de l'énergie électrique ?

Les systèmes de stockage de l'énergie électrique (EESS) sont des technologies conçues pour capturer et stocker l'énergie électrique en vue d'une utilisation ultérieure. Ils jouent un rôle crucial dans l'équilibre entre l'offre et la demande d'électricité, en particulier dans le contexte des sources d'énergie renouvelables telles que l'énergie solaire et l'énergie éolienne.

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Qu'est-ce que l'EESS ?

Les systèmes de stockage de l'énergie électrique (EESS) sont des technologies innovantes qui permettent de stocker l'électricité produite à partir de diverses sources, y compris les énergies renouvelables, en vue d'une utilisation ultérieure. Ces systèmes jouent un rôle essentiel dans la résolution des problèmes liés à l'intermittence de la production d'électricité et à la fluctuation de la demande. En convertissant l'énergie électrique en d'autres formes d'énergie stockable, puis en électricité en cas de besoin, les SETS contribuent à stabiliser le réseau électrique et à améliorer la fiabilité de l'approvisionnement en électricité. Cette capacité est particulièrement cruciale pour l'intégration des sources d'énergie renouvelables telles que le solaire et l'éolien, dont la production est intrinsèquement variable, dans l'infrastructure énergétique au sens large.

Principales fonctions de l'EESS

• L'écrêtement des pointes et le nivellement de la charge : Les SSE stockent l'énergie excédentaire pendant les périodes de faible demande et la déchargent pendant les périodes de pointe, ce qui permet de lisser les courbes de charge et d'améliorer l'efficacité du réseau.
• Stabilité du réseau : Ces systèmes permettent de réguler rapidement la fréquence et de soutenir la tension, afin de maintenir la qualité de l'énergie et la fiabilité du réseau.
• Intégration des énergies renouvelables : Les SSE atténuent l'intermittence des sources renouvelables en stockant l'énergie excédentaire pour l'utiliser lorsque la production est faible, facilitant ainsi une plus grande pénétration des énergies propres.
• Résilience et sauvegarde : En cas de panne ou d'urgence, les SSE offrent une alimentation de secours essentielle, améliorant ainsi la résilience globale du réseau.
• Réduction des coûts : En permettant l'arbitrage énergétique et en réduisant la dépendance à l'égard des centrales de pointe coûteuses, les systèmes d'échange d'énergie contribuent à réduire les coûts globaux de l'énergie pour les consommateurs et les services publics.

Types de systèmes de stockage d'énergie

Les systèmes de stockage de l'énergie englobent une variété de technologies, chacune ayant des caractéristiques et des applications uniques :

• Systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) : Utilisant principalement des batteries lithium-ion, ces systèmes dominent le marché en raison de leur haute densité énergétique et de la baisse de leurs coûts. Les autres types de batteries comprennent les batteries à l'état solide et les batteries à flux.

• Stockage mécanique : Cette catégorie comprend l'accumulation par pompage, qui utilise l'électricité excédentaire pour pomper l'eau en altitude, et le stockage d'énergie à air comprimé (CAES), où l'air est comprimé dans des cavernes souterraines.

Projet de stockage mécanique du Southwest Research Institute

• Stockage de l'énergie thermique : Ces systèmes stockent l'énergie sous forme de chaleur, comme le sel fondu, ou de froid, comme la glace, pour une utilisation ultérieure dans des applications de chauffage ou de refroidissement.

• Stockage d'énergie par volant d'inertie : Cette technologie stocke l'énergie cinétique dans une masse en rotation, ce qui convient aux applications de courte durée nécessitant une libération rapide de l'énergie.

Projet de stockage d'énergie par volant d'inertie à Shenzhen (Chine)

Comparaison des systèmes de stockage

Les systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) offrent des avantages indéniables par rapport aux autres systèmes de stockage d'énergie, notamment en termes de densité énergétique et de polyvalence. Les BESS, en particulier ceux qui utilisent la technologie lithium-ion, offrent une densité énergétique plus élevée que d'autres solutions telles que les supercondensateurs, ce qui permet de mettre au point des solutions de stockage plus compactes et plus efficaces. Contrairement aux systèmes mécaniques tels que l'hydroélectricité pompée ou le stockage d'air comprimé, les BESS peuvent être facilement mis à l'échelle et déployés dans différents contextes, des applications résidentielles aux applications à l'échelle des services publics.

Cependant, les BESS sont confrontés à des défis en termes de durée de vie et de stockage à long terme par rapport à certaines alternatives. Par exemple, les batteries à flux offrent une durée de vie plus longue et la possibilité de se décharger profondément sans dommage, ce qui les rend adaptées à des services de longue durée. Les supercondensateurs, bien qu'ayant une densité énergétique plus faible, excellent dans les capacités de charge et de décharge rapides, ce qui les rend idéaux pour les applications de forte puissance et de courte durée. Le choix entre les BESS et les autres systèmes de stockage dépend en fin de compte des exigences spécifiques de l'application, y compris la capacité énergétique, la puissance de sortie, le temps de réponse et les considérations de coût.

En savoir plus sur le BESS

Médias sur le stockage de l'énergie

Les moyens de stockage de l'énergie électrique englobent une variété de technologies conçues pour stocker l'énergie électrique en vue d'une utilisation ultérieure. Les types les plus courants sont les suivants :

• Batteries électrochimiques : Il s'agit des batteries lithium-ion, plomb-acide et à flux. Les batteries lithium-ion dominent le marché en raison de leur densité énergétique élevée et de la baisse de leurs coûts.
• Condensateurs et supercondensateurs : Ces dispositifs stockent l'énergie dans un champ électrique et conviennent aux applications de charge et de décharge rapides.
• Stockage d'énergie magnétique supraconductrice (SMES) : Cette technologie permet de stocker l'énergie dans un champ magnétique créé par la circulation d'un courant continu dans une bobine supraconductrice.
• Stockage thermique : Les systèmes tels que le stockage de sel fondu ou de glace convertissent l'énergie électrique en énergie thermique en vue d'une utilisation ultérieure.

Applications de l'EESS

Les systèmes de stockage de l'énergie électrique trouvent diverses applications dans différents secteurs. Dans le réseau électrique, ils jouent un rôle crucial dans la stabilisation de l'offre et de la demande, en particulier lors de l'intégration de sources d'énergie renouvelables intermittentes. Les systèmes de stockage de l'énergie électrique permettent de décaler dans le temps la consommation d'énergie, en permettant aux utilisateurs de stocker l'électricité pendant les heures creuses pour l'utiliser pendant les périodes de forte demande. Ces systèmes sont également des éléments essentiels des micro-réseaux, car ils fournissent une alimentation de secours en cas de panne et améliorent la résilience globale du réseau. Dans le secteur des transports, les technologies EESS, en particulier les systèmes de batteries, sont essentielles au fonctionnement des véhicules électriques. En outre, les SSE soutiennent les applications industrielles et commerciales en aidant à gérer les charges de pointe et à réduire les coûts énergétiques.

Avantages de l'EESS

La mise en œuvre de systèmes de stockage de l'énergie électrique présente de nombreux avantages pour la gestion de l'énergie et le développement durable. Ces systèmes contribuent à la stabilité du réseau en équilibrant l'offre et la demande, ce qui réduit la nécessité de recourir à des centrales électriques coûteuses en période de pointe. Les systèmes de stockage de l'énergie électrique facilitent l'intégration des sources d'énergie renouvelables, en aidant à atténuer les problèmes d'intermittence associés à l'énergie solaire et éolienne. En permettant aux utilisateurs de stocker l'énergie pendant les périodes de faible coût et de l'utiliser pendant les périodes de forte demande, les SSE permettent de réaliser d'importantes économies. En outre, ces systèmes améliorent la fiabilité de l'alimentation en fournissant des secours en cas de panne et contribuent à la durabilité de l'environnement en optimisant l'utilisation des ressources renouvelables et en réduisant les émissions de gaz à effet de serre.

L'EESS au service des micro-réseaux

Les systèmes de stockage d'énergie (ESS) jouent un rôle crucial dans l'amélioration des performances et de la fiabilité des micro-réseaux. Ils fournissent des services essentiels tels que l'amélioration de la qualité de l'énergie, la régulation de la fréquence et le maintien de la tension, qui stabilisent le réseau pendant les perturbations et empêchent les pannes en cascade. Les SSE permettent également aux micro-réseaux d'intégrer efficacement les sources d'énergie renouvelables en stockant l'énergie excédentaire lorsque la production est élevée et en la déchargeant en cas de besoin, ce qui permet de résoudre les problèmes d'intermittence.

Dans les applications de micro-réseaux, l'ESS offre plusieurs avantages clés :

• Amélioration de la résilience : L'ESS joue un rôle de tampon, en fournissant une alimentation de secours en cas de panne et en permettant des capacités d'îlotage.
• Amélioration de la gestion de l'énergie : Il permet l'écrêtement des pointes, le nivellement de la charge et l'arbitrage énergétique, optimisant ainsi les coûts de l'énergie.
• Intégration accrue des énergies renouvelables : L'ESS facilite une plus grande pénétration des sources renouvelables variables telles que le solaire et l'éolien.
• Stabilité du réseau : Il fournit une réponse rapide pour la régulation de la fréquence et le soutien de la tension, en maintenant la qualité de l'énergie.
• Flexibilité opérationnelle : L'ESS permet aux micro-réseaux de fonctionner indépendamment ou conjointement avec le réseau principal, améliorant ainsi la fiabilité globale du système.

Défis liés à la mise à l'échelle de l'EESS en vue d'une utilisation mondiale

La mise à l'échelle des systèmes de stockage de l'énergie électrique (EESS) en vue d'une utilisation mondiale est confrontée à plusieurs défis de taille :

• Coûts de mise en œuvre élevés : Malgré la baisse du prix des batteries, l'investissement initial pour la mise en place d'une EESS à grande échelle reste important. Cette situation est particulièrement difficile pour les pays en développement et les petites entreprises de services publics.
• Limites techniques : Les technologies de stockage actuelles ont des contraintes de capacité qui entravent leur évolutivité. L'intégration des systèmes de stockage à grande échelle dans les réseaux électriques existants présente également des obstacles techniques.
• Rareté des matériaux : La production de batteries pour le stockage de l'énergie repose sur les minéraux de terres rares, ce qui soulève des inquiétudes quant à la disponibilité des ressources et à l'impact sur l'environnement.
• Obstacles réglementaires : L'incohérence des politiques et des structures de marché d'une région à l'autre complique le déploiement des systèmes EESS, ce qui est source d'incertitude pour les investisseurs et les promoteurs.

Pour relever ces défis, il faut poursuivre l'innovation technologique, mettre en place des politiques de soutien et augmenter les investissements dans la recherche et le développement afin de rendre l'EESS plus accessible et plus efficace à l'échelle mondiale.

Coûts de déploiement du SETS

Le coût du déploiement des systèmes de stockage de l'énergie électrique (SSE) varie considérablement en fonction de la technologie, de l'échelle et de l'application. Pour les systèmes de stockage par batterie à l'échelle du réseau, les coûts totaux installés en 2021 allaient de $356/kWh à $449/kWh pour les systèmes de 100 MW, 10 heures, en fonction de la composition chimique de la batterie. Les projections pour 2030 montrent des réductions potentielles des coûts, avec des batteries au phosphate de fer lithié (LFP) qui devraient atteindre $291/kWh pour un système de 100 MW, 4 heures.

Les principaux facteurs qui influencent les coûts de déploiement du SETS sont les suivants :

• Coûts du matériel (batteries, onduleurs, autres composants du système)
• Frais d'installation et de mise en service
• Coûts d'exploitation et d'entretien courants
• Les dépenses de fin de vie, estimées à 5-10% du coût initial du système.

Au fur et à mesure que la technologie progresse et que la production augmente, les coûts du SETS devraient continuer à baisser, pour atteindre potentiellement la fourchette de $200-$500/MWh pour les coûts nivelés globaux du stockage. Toutefois, ces coûts restent plus élevés que les coûts nivelés typiques de la production d'électricité à partir de sources renouvelables, ce qui souligne le défi permanent de rendre le stockage de l'énergie économiquement compétitif à grande échelle.