Systèmes de stockage de l’énergie et stockage sur batteries : de l’électricité pour les jours pluvieux ou sans vent

Bien que propres et durables, les sources d’énergies renouvelables comme l’éolien et le solaire présentent l’inconvénient d’être inconstantes et imprévisibles.

De ce fait, si nous souhaitons pouvoir tirer parti des bénéfices environnementaux de ces sources tout en continuant de jouir d’un approvisionnement suffisant d’énergie sur demande, il nous faut trouver des solutions pratiques capables de pallier ces inconvénients.

Solutions actuelles de stockage d’énergie

Dans la gestion de réseau, le stockage d’énergie est un procédé déjà bien établi pour équilibrer la production et la consommation. En effet, bien que les centrales au charbon et au gaz soient capables de produire de l’électricité en continu, elles ne sont en revanche pas en mesure de répondre aux fluctuations rapides de la demande. Pour gérer les pics de demande, les opérateurs ont besoin à la fois d’une production excédentaire et de capacités de stockage d’énergie. La majeure partie des systèmes de stockage d’énergie existants dans le monde reposent sur une technique hydraulique dont le principe est d’utiliser l’énergie produite lorsque la demande est faible pour pomper de l’eau dans un réservoir en hauteur. Lors de pics ponctuels de la demande, l’énergie est restituée en injectant l’eau dans une turbine.

Les énergies renouvelables nécessitent plus de stockage

À l’inverse, lorsqu’il s’agit de sources d’énergies renouvelables, le stockage est utilisé pour maintenir l’équilibre dans le réseau en période de faible production. Un problème peut survenir à tout moment, et pour une durée indéterminée. Or, dès lors que la production d’électricité passe progressivement d’un système centralisé à un système distribué à mesure que les centrales au gaz et au charbon cèdent du terrain en faveur des systèmes de génération d’énergie solaire et éolienne, de nouvelles façons de stocker l’énergie doivent être envisagées en vue de garantir la stabilité du réseau. Les systèmes de stockage d’énergie (SSE) sur batteries constituent une solution envisageable, car ils sont capables d’emmagasiner rapidement et efficacement l’énergie excédentaire et de la réinjecter directement dans le réseau chaque fois que cela s’avère nécessaire.

Les SSE ont un vaste marché potentiel qui s’étend des grands systèmes de stockage en vrac installés sur le réseau public afin d’en assurer la stabilité aux petits systèmes à usage privé que l’on retrouve dans des entreprises ou chez des particuliers. Selon les prévisions d’IHS Markit, le stockage d’énergie mondial connecté au réseau devrait dépasser les 15 GW d’ici 2025, c’est-à-dire cinq fois plus qu’en 2019.

L’appoint fourni par les SSE du réseau public est absolument essentiel dans un réseau actif et réactif qui doit être capable de répondre rapidement et de façon dynamique à un approvisionnement en énergie quelque peu capricieux et à la demande toujours variable des consommateurs. Cela nécessite le déploiement de très nombreuses batteries dans le réseau, principalement à proximité des équipements de production d’énergie renouvelable.




Les systèmes sur site – « en aval du compteur » – peuvent être associés à des microgénérateurs locaux, par exemple à un réseau photovoltaïque installé sur des toits, ce qui permettrait aux propriétaires de devenir des producteurs privés capables de produire et de stocker de l’énergie pour leurs propres besoins. Les batteries utilisées dans ce type d’application peuvent avoir plusieurs compositions chimiques. Les accumulateurs au plomb-acide, par exemple, sont un type de batterie abordable nécessitant relativement peu d’entretien. Un système résidentiel peut être couplé en courant alternatif, avec un onduleur individuel pour alimenter des charges locales ou se connecter au réseau, ou autrement être couplé en courant continu au bus d’un microgénérateur solaire.

Utilisation et sécurité

L’équilibrage des cellules et la gestion de batterie sont des aspects essentiels de la sécurité et sont indispensables pour porter au maximum la capacité de stockage utile. Un circuit intégré de surveillance de batterie tel que le LTC6810 d’Analog Devices peut surveiller jusqu'à six cellules. Plusieurs unités peuvent être connectées en cascade pour gérer de grosses batteries.

Conçu pour répondre à la norme de sécurité automobile ISO 26262, ce circuit intégré assure un équilibrage passif des cellules et permet une communication longue portée avec une immunité élevée au bruit. Le système d’acquisition de données haute tension MAX17823B de Maxim Integrated est doté de commutateurs internes pour l’équilibrage des cellules et d’un dispositif de diagnostic embarqué pour les exigences ASIL-D et FMEA. Il permet de connecter en cascade jusqu’à 32 unités pour surveiller un maximum de 384 cellules.

Sources d’appoint pour SSE

Les batteries usagées de véhicules électriques sont tout à fait adaptées pour être utilisées dans des applications de stockage d’énergie en vrac. Il s’agit en l’occurrence de batteries jugées inutilisables pour les véhicules électriques une fois qu’elles ont perdu environ 20 % de leur capacité annoncée. Si cette perte de capacité pose effectivement un problème sur le plan de l’autonomie, cela n’a aucune importance lorsque la batterie est utilisée dans un système de stockage d’énergie. La réutilisation de batteries est donc une solution séduisante, mais leur reconditionnement a aussi un coût. Comparativement, les SSE reposant sur des batteries neuves affichent un meilleur rendement par rapport au volume disponible.

Par ailleurs, il serait également possible de mettre à contribution la capacité de stockage embarquée des véhicules électriques pour équilibrer le réseau. En effet, à toute heure du jour et de la nuit, un grand nombre de véhicules électriques sont connectés au réseau à différents niveaux de charge. Leur capacité de stockage pourrait dès lors être utilisée comme une réserve d’énergie complémentaire, que ce soit pour en réinjecter directement dans le réseau ou comme source d’énergie d’appoint pour l’installation du propriétaire du véhicule. Enfin, différents types de stockage d’énergie tels que les grands systèmes d’alimentation sans interruption (USP) utilisés par de grandes entreprises comme alimentation de secours pourraient également être mis à contribution pour assurer la stabilité du réseau – contre rémunération.

Résumé

Une condition sine qua non pour que les sources d’énergies renouvelables puissent assurer un approvisionnement en énergie fiable et sûr, à tout moment et en tout lieu, est qu’elles soient associées à un système de stockage d’énergie adapté. Le stockage d’énergie est déjà une solution largement utilisée pour équilibrer la production et la consommation. Avec une part croissante de l’approvisionnement énergétique provenant désormais de sources renouvelables, il est nécessaire de disposer d’un stockage de plus grande capacité, mais aussi plus réactif. Chaque batterie connectée au réseau, que ce soit en amont ou en aval des compteurs, est une potentielle source d’énergie d’appoint qui permettrait en outre aux propriétaires des équipements concernés (véhicules électriques, UPS) de participer à leur échelle au projet de verdissement du réseau.

www.mouser.com

  Demander plus d’information…