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Les systèmes de stockage d'énergie électrique prélèvent de l'énergie d'une alimentation électrique, la conservent dans un médium de stockage et la restituent ultérieurement. Les batteries en sont un type. D'autres technologies stockent l'énergie dans de l'eau en hauteur, de l'air comprimé, des masses en rotation, des champs électriques ou magnétiques, de la chaleur ou des combustibles fabriqués. Leur utilité dépend de la puissance requise, de la durée et des conditions de fonctionnement.
La distinction clé est la sortie : l'équipement qui retourne de l'électricité effectue une tâche différente de l'équipement qui fournit de la chaleur ou du froid stockés. Les deux peuvent aider à gérer la demande électrique, mais ce ne sont pas des sources interchangeables d'alimentation de secours.
Types de systèmes de stockage d'énergie électrique
Utilisez le tableau pour identifier d'abord la forme d'énergie stockée, puis vérifiez l'équipement de conversion et les contraintes du site. C'est une carte technologique, pas un classement de systèmes universellement meilleurs ou moins bons.
| Technologie | Où l'énergie est stockée | Comment l'électricité est récupérée | Tâche utile et condition limitante |
|---|---|---|---|
| Système de stockage d'énergie par batterie (BESS) | Réactions électrochimiques dans les cellules ou les électrolytes de batteries à flux | La décharge produit du courant continu (DC) ; l'équipement de conversion fournit la sortie requise | Bâtiment, industriel et stockage sur réseau ; la chimie, la gestion thermique et la capacité utilisable sont importants |
| Hydroélectricité par pompage-turbinage | Potentiel gravitationnel de l'eau en altitude | L'eau traverse une turbine-génératrice | Grands projets de décalage énergétique ; une altitude appropriée, des réservoirs et des permis sont essentiels |
| Stockage d'énergie par air comprimé (CAES) | Air sous pression, avec une gestion thermique dépendant de la conception | L'air en expansion entraîne un générateur via une machinerie appropriée | Stockage d'énergie dépendant du site ; certains cycles consomment également du carburant pendant la décharge |
| Stockage par volant d'inertie | Énergie cinétique d'une masse en rotation | Un groupe moteur-générateur extrait de l'énergie lorsque le rotor ralentit | Échanges de puissance rapides et cyclage ; le confinement, les pertes et la plage de vitesse utilisable limitent la capacité |
| Condensateurs et supercondensateurs | Charge stockée ; le comportement des supercondensateurs dépend de la technologie des électrodes | L'électronique de puissance extrait de l'énergie lorsque la tension chute | Échanges courts et de forte puissance ; la densité d'énergie et l'auto-décharge limitent la livraison prolongée |
| Stockage d'énergie magnétique supraconducteur (SMES) | Champ magnétique associé au courant dans une bobine supraconductrice | L'équipement de conversion transfère l'énergie au système électrique | Tâches spécialisées à réponse rapide ; l'équipement cryogénique fait partie du système |
| Stockage thermique avec récupération électrique | Chaleur dans un matériau de stockage | Un moteur thermique ou un autre cycle de conversion génère de l'électricité | Applications de chaleur à puissance ; un réservoir de matière chaude seul n'est pas un système de sortie électrique |
| Stockage électrique à base d'hydrogène | Énergie chimique de l'hydrogène produite à l'aide d'électricité | Une pile à combustible ou un générateur approprié reconvertit le combustible en électricité | Stockage étendu où la chaîne de conversion complète convient au site ; la production d'hydrogène seule ne fournit pas de décharge électrique |
Ce regroupement suit les formes de stockage décrites par le U.S. Department of Energy (DOE) dans son aperçu des technologies d'énergie distribuée et les mécanismes examinés dans son Revue des technologies de stockage d'électricité. L'U.S. Energy Information Administration (EIA) aperçu du stockage d'électricité explique les circuits de retour d'électricité commerciale et le fonctionnement de l'air comprimé assisté par combustible. Ces sources décrivent des technologies, pas la certification d'une installation particulière.
L'illustration montre des formes d'énergie stockée, pas un schéma de câblage ni une échelle d'équipement relative. Le stockage thermique nécessite un circuit de récupération électrique séparé lorsque l'électricité est la sortie requise.
EES, EESS, ESS et BESS : signification des termes
ESS signifie système de stockage d'énergie et est un terme générique large. EES signifie stockage d'énergie électrique ; EESS est également utilisé pour les systèmes de stockage d'énergie électrique. BESS (Système de stockage d'énergie par batterie) identifie le sous-ensemble basé sur batterie. Un système à batterie est un ESS, mais un ESS ne doit pas nécessairement contenir de batteries.
La Commission Électrotechnique Internationale IEC 62933-1:2024 fournit le vocabulaire des systèmes EES connectés au réseau qui prélèvent de l'électricité d'un système de puissance, stockent de l'énergie en interne et restituent de l'électricité. La charge et la décharge peuvent impliquer une conversion. Cette portée est plus étroite que celle de chaque produit commercialisé à la légère comme un “ système de stockage d'énergie ”, y compris les systèmes dont la sortie finale est de la chaleur ou un combustible vendu pour un autre usage.
Pour les racks de batteries, la gestion des batteries et la conversion de puissance plus en détail, utilisez la des systèmes de stockage d'énergie par batterie de VIOX. La carte technologique ci-dessus reste utile pour décider s'il s'agit bien d'un stockage par batterie.
Le stockage thermique est-il un système de stockage d'énergie électrique ?
Pas automatiquement. Une installation de stockage de glace peut déplacer la consommation du refroidisseur hors d'une période de pointe et fournir du froid plus tard. Elle ne produit pas nécessairement d'électricité lors de la décharge. De même, un réservoir d'eau chaude peut stocker de la chaleur utile sans aucun générateur.
Le stockage thermique peut soutenir la production d'électricité lorsque la chaleur stockée alimente un cycle de conversion de puissance. Les centrales solaires thermiques peuvent charger ce stockage directement à partir de la lumière du soleil plutôt que de l'électricité, donc la source de charge est également importante. Explication du DOE sur le solaire et le stockage distingue le chauffage ou le refroidissement direct du stockage thermique utilisé pour produire de l'électricité.
Posez deux questions lors de la lecture d'une spécification : Qu'est-ce qui charge le stockage, et qu'est-ce qui en sort lors de la décharge ? Cela évite qu'une mesure d'économie d'énergie ne soit confondue avec une source capable d'alimenter des charges électriques.
Fonctionnement d'un système de stockage électrique
Il existe trois étapes fonctionnelles : charger le support de stockage, conserver l'énergie et la décharger à travers l'équipement requis par la charge ou le réseau. Les pertes de conversion et la consommation auxiliaire signifient que l'énergie électrique récupérée n'est pas identique à l'énergie de charge.
L'équipement physique varie. Le pompage-turbinage utilise des machines hydrauliques ; un volant d'inertie utilise un groupe moteur-générateur ; un système de batterie connecté au courant alternatif (AC) utilise couramment une conversion de puissance bidirectionnelle. Ils partagent la séquence de transfert d'énergie, pas une disposition d'armoire identique.
Il s'agit d'une Exemple de batterie connectée en AC, pas un arrangement universel de système de stockage d'énergie (ESS). Les flèches pleines représentent l'échange de puissance fonctionnel ; les chemins en pointillés représentent le contrôle. La protection, l'isolation, la mise à la terre et le câblage des bornes sont intentionnellement omis et doivent être conçus séparément.
Puissance, énergie et durée sont des caractéristiques différentes
La puissance, en kilowatts (kW) ou mégawatts (MW), décrit le taux de livraison ou d'absorption électrique. L'énergie, en kilowattheures (kWh) ou en mégawattheures (MWh), décrit une quantité accumulée sur le temps. Une grande capacité énergétique n'établit pas que le convertisseur peut démarrer un gros moteur, et une puissance nominale élevée n'établit pas des heures d'autonomie.
Pour une charge constante, une estimation initiale de la durée est :
Durée (h) = énergie utile de sortie (kWh) / puissance de charge (kW)
Entrées illustratives à la limite de sortie AC :
Énergie utile délivrée = 100 kWh
Charge AC constante = 25 kW
Durée = 100 / 25 = 4 hIci, “ énergie utile délivrée ” tient déjà compte de la réserve de fonctionnement supposée, des pertes de conversion et de la consommation auxiliaire à la limite indiquée. Ne déduisez pas les mêmes allocations une seconde fois. Ceci est une illustration arithmétique, pas un temps de fonctionnement VIOX mesuré ou une conception de secours complète.
Si les 100 kWh cités sont plutôt la capacité nominale de la batterie, quatre heures ne peuvent être supposées. Établissez la fenêtre d'état de charge autorisée, les conditions de température et de vieillissement, les pertes de conversion, les auxiliaires et le profil de charge réel. Vérifiez séparément la puissance continue et la puissance de démarrage. Les termes avancés de notation de batterie appartiennent au guide de stockage kWh, MWh et MW.
Le temps de réponse est un autre paramètre. La rapidité avec laquelle un système change de puissance est différente de la durée pendant laquelle il peut maintenir cette puissance. L'évaluation de DOE sur les supercondensateurs illustre ce compromis : une charge rapide et une puissance spécifique élevée n'impliquent pas une capacité d'énergie élevée pour une décharge prolongée.
Adapter la technologie de stockage à la tâche
Commencez par le service électrique requis, pas par un matériau de stockage préféré.
| Tâche requise | Caractéristique à établir | Ce qui peut exclure une technologie autrement prometteuse |
|---|---|---|
| Décaler la production d'énergie renouvelable à une période ultérieure | Énergie utilisable, opportunité de charge et sortie soutenue | Fenêtre de charge insuffisante, pertes de rétention ou profil de décharge inadapté |
| Réduire le pic de demande d'une installation | Puissance de sortie en kW et durée complète du pic | Puissance du convertisseur inférieure au pic, énergie utilisable insuffisante, ou économie tarifaire et de cyclage défavorable |
| Fournir un support de puissance rapide | Réponse, cyclage répété et énergie d'impulsion requise | Un appareil rapide qui manque d'énergie avant la fin de l'événement |
| Alimenter les charges pendant une panne | Mode de fonctionnement pris en charge, puissance de charge et autonomie | Un système connecté au réseau qui ne peut pas établir une alimentation isolée sûre |
| Stocker de l'énergie pendant de longues périodes | Rétention, faisabilité du site et chaîne de récupération complète | Auto-décharge, géographie inadaptée, contraintes de manipulation du combustible ou demande auxiliaire excessive |
Par exemple, la capacité de déplacer de l'énergie sur plusieurs heures et la capacité de répondre à une brève perturbation sont des objectifs de conception différents. L'EIA décrit l'utilisation du stockage sur ces différentes échelles de temps ; la capacité d'un projet spécifique dépend toujours de son équipement et de ses commandes.
La sauvegarde nécessite plus que de l'énergie stockée. L'installation doit supporter une séparation intentionnelle du réseau ou une autre architecture de secours approuvée, se séparer en toute sécurité du réseau électrique lorsque requis, et alimenter les charges prévues. Guide de DOE sur les microréseaux explique à la fois le fonctionnement autonome et les dangers d'une île incontrôlée. Ne supposez pas qu'une batterie connectée au réseau maintiendra un bâtiment sous tension pendant une panne.
Place de la protection électrique
Pour une installation de batterie, le support de stockage, l'équipement de conversion et la distribution électrique ont des besoins de protection différents. La gestion de la batterie surveille et contrôle les conditions de la batterie ; la protection et l'isolement des circuits doivent également prendre en compte les conducteurs, les sources de défaut et le chemin d'alimentation complet.
A candidate DC protective device needs the correct DC voltage rating, interrupting capability, current rating and wiring suitability for that circuit. Battery and converter fault behavior must be established from the system documentation. The guide des disjoncteurs CC explains why an AC-only rating is not sufficient evidence for a DC application.
Ces vérifications de composants ne prouvent pas que le système de stockage complet satisfait aux exigences de sécurité incendie, d'interconnexion, d'installation ou d'assemblage. De plus, les détails du système de batterie ne s'appliquent pas automatiquement aux équipements hydroélectriques, thermiques ou à hydrogène.
Une fois l'architecture du système établie, VIOX composants de protection pour PV solaire et stockage d'énergie fournir un point de départ pertinent pour l'évaluation des composants. Sélectionner par rapport à la documentation réelle du système et aux exigences du marché de destination, et non uniquement par rapport à l'acronyme ESS.
