Le système de stockage d'énergie par batterie (BESS) est un système de batteries à grande échelle, connecté au réseau, utilisé pour stocker l'électricité et l'énergie. Il combine plusieurs batteries pour former un dispositif de stockage d'énergie intégré.
1. Cellule de batterie : En tant qu’élément du système de batterie, elle convertit l’énergie chimique en énergie électrique.
2. Module de batterie : Composé de plusieurs cellules de batterie connectées en série et en parallèle, il comprend le système de gestion de batterie du module (MBMS) pour surveiller le fonctionnement des cellules de batterie.
3. Groupe de batteries : Utilisé pour accueillir plusieurs modules connectés en série et des unités de protection de batterie (BPU), également appelées contrôleurs de groupe de batteries. Le système de gestion de batterie (BMS) du groupe de batteries surveille la tension, la température et l'état de charge des batteries tout en régulant leurs cycles de charge et de décharge.
4. Conteneur de stockage d'énergie : peut transporter plusieurs groupes de batteries connectés en parallèle et peut être équipé d'autres composants supplémentaires pour gérer ou contrôler l'environnement interne du conteneur.
5. Système de conversion d'énergie (PCS) : Le courant continu (CC) généré par les batteries est converti en courant alternatif (CA) par un PCS ou des onduleurs bidirectionnels pour être transmis au réseau électrique (installations ou utilisateurs finaux). Si nécessaire, ce système peut également extraire de l'énergie du réseau pour recharger les batteries.
Quel est le principe de fonctionnement des systèmes de stockage d’énergie par batterie (BESS) ?
Le principe de fonctionnement d'un système de stockage d'énergie par batterie (SSEB) repose sur trois processus principaux : la charge, le stockage et la décharge. Lors de la charge, le SSEB stocke l'énergie électrique dans la batterie grâce à une source d'alimentation externe. Le courant peut être continu ou alternatif, selon la conception du système et les exigences de l'application. Lorsque la source d'alimentation externe est suffisante, le SSEB convertit l'énergie excédentaire en énergie chimique et la stocke dans des batteries rechargeables sous une forme renouvelable. Lors du stockage, en cas d'alimentation externe insuffisante ou inexistante, le SSEB conserve l'énergie stockée à pleine charge et préserve sa stabilité pour une utilisation ultérieure. Lors de la décharge, lorsqu'il est nécessaire d'utiliser l'énergie stockée, le SSEB libère une quantité d'énergie adaptée à la demande pour alimenter divers appareils, moteurs ou autres charges.
Quels sont les avantages et les défis de l’utilisation du BESS ?
Le BESS peut fournir divers avantages et services au système électrique, tels que :
1. Amélioration de l'intégration des énergies renouvelables : les systèmes BESS peuvent stocker l'excédent d'énergie renouvelable pendant les périodes de forte production et de faible demande, et le restituer pendant les périodes de faible production et de forte demande. Cela permet de réduire la limitation de l'énergie éolienne, d'améliorer son taux d'utilisation et d'éliminer son intermittence et sa variabilité.
2. Amélioration de la qualité et de la fiabilité de l'énergie : le système BESS peut répondre rapidement et avec souplesse aux fluctuations de tension et de fréquence, aux harmoniques et à d'autres problèmes de qualité de l'énergie. Il peut également servir de source d'alimentation de secours et prendre en charge la fonction de démarrage autonome en cas de panne de réseau ou d'urgence.
3. Réduction de la demande de pointe : les systèmes BESS peuvent charger pendant les heures creuses, lorsque les prix de l'électricité sont bas, et décharger pendant les heures de pointe, lorsque les prix sont élevés. Cela permet de réduire la demande de pointe, de diminuer les coûts de l'électricité et de retarder le besoin d'extension de la capacité de production ou de modernisation du réseau de transport.
4. Réduction des émissions de gaz à effet de serre : les systèmes BESS peuvent réduire la dépendance à la production d'énergie à partir de combustibles fossiles, notamment pendant les périodes de pointe, tout en augmentant la part des énergies renouvelables dans le mix énergétique. Cela contribue à réduire les émissions de gaz à effet de serre et à atténuer les impacts du changement climatique.
Cependant, le BESS est également confronté à certains défis, tels que :
1. Coût élevé : Comparé à d’autres sources d’énergie, le BESS reste relativement coûteux, notamment en termes d’investissement, d’exploitation et de maintenance, et de coût du cycle de vie. Le coût du BESS dépend de nombreux facteurs tels que le type de batterie, la taille du système, l’application et les conditions du marché. À mesure que la technologie mûrit et se développe, son coût devrait diminuer, mais il pourrait encore constituer un obstacle à son adoption généralisée.
2. Problèmes de sécurité : Les systèmes de stockage d'énergie (BESS) sont soumis à une tension élevée, à un courant élevé et à des températures élevées, ce qui présente des risques potentiels tels que des incendies, des explosions, des chocs électriques, etc. Ils contiennent également des substances dangereuses telles que des métaux, des acides et des électrolytes, qui peuvent présenter des risques pour l'environnement et la santé en cas de manipulation ou d'élimination incorrectes. Des normes, réglementations et procédures de sécurité strictes sont requises pour garantir la sécurité d'exploitation et de gestion des BESS.
5. Impact environnemental : Le BESS peut avoir des impacts négatifs sur l'environnement, notamment l'épuisement des ressources, les problèmes d'utilisation des terres, les problèmes d'utilisation de l'eau, la production de déchets et les problèmes de pollution. Le BESS nécessite des quantités importantes de matières premières comme le lithium, le cobalt, le nickel, le cuivre, etc., qui sont rares à l'échelle mondiale et réparties de manière inégale. Le BESS consomme également de l'eau et des terres pour l'exploitation minière, l'installation de fabrication et l'exploitation. Le BESS génère des déchets et des émissions tout au long de son cycle de vie qui pourraient affecter la qualité de l'air, de l'eau et du sol. Les impacts environnementaux doivent être pris en compte en adoptant des pratiques durables pour minimiser leurs effets autant que possible.
Quelles sont les principales applications et cas d’utilisation du BESS ?
Les BESS sont largement utilisés dans divers secteurs et applications, tels que la production d'électricité, les installations de stockage d'énergie, les lignes de transport et de distribution, ainsi que les véhicules électriques et les systèmes maritimes dans le secteur des transports. Ils sont également utilisés dans les systèmes de stockage d'énergie par batterie pour les bâtiments résidentiels et commerciaux. Ces systèmes peuvent répondre aux besoins de stockage d'énergie excédentaire et fournir une capacité de secours pour atténuer la surcharge des lignes de transport et de distribution, tout en prévenant la congestion du réseau de transport. Les BESS jouent un rôle crucial dans les micro-réseaux, qui sont des réseaux électriques décentralisés connectés au réseau principal ou fonctionnant indépendamment. Les micro-réseaux indépendants situés dans des zones reculées peuvent s'appuyer sur les BESS, combinés à des sources d'énergie renouvelables intermittentes, pour assurer une production d'électricité stable tout en évitant les coûts élevés liés aux moteurs diesel et les problèmes de pollution atmosphérique. Les BESS sont disponibles en différentes tailles et configurations, adaptés aussi bien aux petits équipements domestiques qu'aux grands réseaux de distribution. Ils peuvent être installés à différents endroits, notamment dans les habitations, les bâtiments commerciaux et les sous-stations. De plus, ils peuvent servir de source d'alimentation de secours en cas de panne de courant.
Quels sont les différents types de batteries utilisées dans les BESS ?
1. Les batteries plomb-acide sont les plus utilisées. Elles sont constituées de plaques de plomb et d'un électrolyte à base d'acide sulfurique. Elles sont réputées pour leur faible coût, leur technologie éprouvée et leur longue durée de vie. Elles sont principalement utilisées dans des domaines tels que les batteries de démarrage, les sources d'alimentation de secours et le stockage d'énergie à petite échelle.
2. Les batteries lithium-ion, parmi les plus populaires et les plus avancées, sont constituées d'électrodes positives et négatives en lithium métal ou en matériaux composites, associées à des solvants organiques. Elles présentent des avantages tels qu'une densité énergétique élevée, un rendement élevé et un faible impact environnemental ; elles jouent un rôle crucial dans les appareils mobiles, les véhicules électriques et autres applications de stockage d'énergie.
3. Les batteries à flux sont des dispositifs de stockage d'énergie rechargeables fonctionnant grâce à un fluide liquide stocké dans des réservoirs externes. Elles se caractérisent par une faible densité énergétique, un rendement élevé et une longue durée de vie.
4. En plus des options mentionnées ci-dessus, il existe également d'autres types de BESS disponibles à la sélection, tels que les batteries sodium-soufre, les batteries nickel-cadmium et les supercondensateurs ; chacun possédant des caractéristiques et des performances différentes adaptées à divers scénarios.
Date de publication : 22 novembre 2024