Stockage d’électricité : une solution gagnant-gagnant

Il y a une quarantaine d’années, avant que le vent du changement ne souffle sur les marchés de l’énergie et que les énergies renouvelables (hors hydroélectricité) ne prennent une importance croissante dans le bouquet énergétique, le monde était bien plus prévisible, du moins pour les opérateurs de réseaux électriques et les concepteurs de systèmes d’approvisionnement en électricité. La production des centrales solaires et éoliennes est par nature intermittente, alors que les centrales conventionnelles assurent une production rapidement et toujours disponible. Dans ce contexte, il convient de renforcer les réseaux de transport et de distribution et de développer des réseaux intelligents (Smart Grid) pour gagner en flexibilité. Jusqu’à présent, pour assurer cette flexibilité, les centrales hydroélectriques de pompage-turbinage constituaient la seule solution de stockage de grande capacité intégrée au réseau. Mais aujourd’hui, les solutions de stockage sur batteries de grande ou petite capacité se multiplient, contribuant à améliorer la prévisibilité et la stabilité du système d’approvisionnement en créant des réserves d’électricité disponibles pour faire face aux pics de consommation électrique. L’innovation en matière de stockage sur batteries est portée principalement par l’émergence de l’électromobilité. L’automobile et l’électronique grand public sont en effet les principaux secteurs qui utilisent des batteries lithium-ion (près de 90 % de la production). Si les acteurs du marché ont misé sur cette technologie pour les années à venir, c’est en raison des propriétés des accumulateurs Li-ion en matière de densité volumique et énergétique, d’efficience et de robustesse, ce qui en fait une solution optimale pour le secteur automobile.

Avec la multiplication des panneaux photovoltaïques raccordés au réseau, les consommateurs se muent en acteurs du système d’approvisionnement et contribuent à la stabilité du réseau. Dans certains pays, on assiste à un déploiement massif de solutions photovoltaïques associées à des systèmes de stockage sur batteries derrière le compteur. Ainsi, en Allemagne, près de la moitié des nouvelles installations photovoltaïques dans le résidentiel sont combinées à des solutions de stockage sur batteries avec une capacité moyenne de 5 à 10 kWh.

Sur un réseau décentralisé, ces petits producteurs d’électricité peuvent se regrouper et s’organiser en essaim. La production d’énergie décentralisée et les solutions de stockage de l'électricité permettent aux petits producteurs de mutualiser leurs capacités et d’intégrer une communauté énergétique. En outre, le niveau d’indépendance énergétique dans le résidentiel ne se fonde pas sur des considérations purement techniques, mais répond également à des choix de vie délibérés de la part des consommateurs. Cette évolution s’inscrit à la fois dans une logique économique et dans une tendance de fond dans la société, qui relève de l’émotionnel. Tout comme les panneaux solaires sur toiture, les systèmes de stockage d’électricité sont désormais conçus pour être installés rapidement par un électricien et se présentent sous différentes formes afin de répondre aux attentes et aux préférences individuelles de chacun.

Par ailleurs, de plus en plus de centrales conventionnelles se dotent d’un système de stockage sur batteries afin d’accélérer leur montée en puissance et leur capacité à atteindre leur pic de production. Les solutions de stockage d’électricité contribuent à stabiliser le réseau en permettant de gérer la fréquence, tout comme une source d’énergie primaire par exemple. Le stockage sur batteries permet également d’atteindre des puissances inédites, comme sur le site construit par Fluence en Californie qui s’appuie sur une technologie Li-ion de 100 MW / 400 MWh. L’empilement de plusieurs modèles économiques permet de diversifier les sources de revenus en répondant parallèlement aux besoins de différents marchés de l’énergie. La faisabilité de ces modèles diversifiés dépend de la réglementation applicable localement.

Le développement de l’électromobilité devrait entraîner un déploiement massif des infrastructures de recharge. Ces infrastructures permettront non seulement d’alimenter le réseau à partir des batteries des véhicules électriques, mais aussi d’améliorer la flexibilité du réseau en faisant varier la puissance de recharge de la batterie. Les services d’intégration des véhicules électriques au réseau (Vehicle-To-Grid ou V2G) ne requièrent pas nécessairement que la batterie du véhicule réinjecte de l’électricité dans le réseau. Les super-infrastructures de recharge implantées le long des grands axes routiers, offrent d’ores et déjà des puissances pouvant atteindre 400 kW, et même plus dans un avenir proche. En outre, des infrastructures existantes, des réverbères par exemple, peuvent assurer la recharge en puisant dans les ressources du réseau. Les flux électriques qui en résultent pourraient alors dépasser la capacité du réseau. Il faudrait donc prévoir non seulement une coordination des dispositifs de recharge, mais aussi une mise à niveau des réseaux physiques associés à des systèmes de stockage d’énergie stationnaires sur batteries. En arrivant à maturité et en se développant, la technologie Li-ion devrait permettre d’améliorer la densité de puissance et d’énergie des réseaux. Autant d’évolutions qui devraient ouvrir la voie à de nouveaux modèles économiques, comme les services de location de batteries déjà proposés par certains constructeurs automobiles. 

Le stockage d’électricité a vocation à s’inscrire dans la durée. Le défi consiste désormais à appréhender les technologies et les modèles économiques ainsi que le processus de digitalisation sous-jacent qui rend toutes ces évolutions possibles. Avec l’Internet des objets (IoT), le système d’approvisionnement électrique ne doit plus être considéré isolément. L’optimisation des infrastructures devra donc assurer l’harmonisation des infrastructures de recharge des véhicules électriques avec les habitudes de consommation des foyers, avec l’apport prévisionnel des énergies renouvelables et avec le taux prévisionnel d’utilisation des réseaux. Il faudra pouvoir compter sur la robustesse et la flexibilité des réseaux intelligents ainsi que sur des systèmes de téléconduite intelligents afin de pouvoir mettre en œuvre ces solutions et relever les défis des nouveaux modèles de consommation avec une efficacité maximale.

Côté matériel, tout comme le silicium cristallin pour les panneaux photovoltaïques, les accumulateurs Li-ion constituent la technologie dominante pour le stockage sur quelques heures, ce qui rend difficile l’émergence d’autres technologies sur ce marché. Mais d’ici cinq à dix ans, les électrolytes liquides actuellement utilisés pourraient être dépassés sur le plan technique par les électrolytes solides dont les progrès laissent envisager une densité volumique et énergétique plus élevée. Dans ce contexte, il est vain de considérer qu’il existe une technologie idéale. Il s’agit plutôt de mettre en œuvre la technologie la plus adaptée à un scénario donné. Et quel sera le scénario de demain ? Seul l’avenir nous le dira.

2018-08-10

Michael Weinhold, CTO, Siemens Smart Infrastructure

Crédits photographiques : Michael Weinhold, Siemens AG