Stockage d’énergie par batterie

Qu’est-ce qu’un Système de Stockage d’Énergie par Batterie

Un Système de Stockage d’Énergie par Batterie ou BESS en abrégé est une technologie et un concept conçus pour stocker de l’énergie électrique dans des batteries à cycle profond pour une utilisation ultérieure lorsque cela est nécessaire.

Il permet de stocker et de libérer l’électricité générée pendant les périodes de faible demande ou de haute production renouvelable (comme l’énergie solaire et éolienne) lorsque cela est nécessaire. Le BESS aide également à stabiliser le réseau électrique, gérer les demandes de pointe, améliorer l’efficacité énergétique globale et soutenir l’intégration des énergies renouvelables dans le réseau.

La quantité d’électricité produite par un système d’énergie renouvelable varie toujours au cours de la journée en fonction des conditions météorologiques. Par exemple, il peut y avoir aucune production lorsque le soleil ne brille pas ou que le vent ne souffle pas.

En général, les maisons, bureaux, magasins et bâtiments ont besoin d’un approvisionnement électrique en permanence, qu’il soit produit par des sources renouvelables ou non. Dans ces cas, des batteries de stockage à cycle profond peuvent être utilisées pour stocker l’électricité excédentaire et la rendre disponible ultérieurement.

Les batteries à cycle profond ont déjà prouvé qu’elles constituent une technologie de stockage d’énergie viable. Les Systèmes de Stockage d’Énergie par Batterie peuvent bénéficier à tous les secteurs de la vie moderne, des systèmes solaires résidentiels au transport électrique, jusqu’aux entreprises de services publics dans leur génération, transmission et stockage d’électricité dans la campagne.

Le terme « batterie » définit un dispositif composé de deux électrodes et d’un électrolyte placés ensemble dans un conteneur scellé permettant de connecter une charge externe. Les deux électrodes, l’une appelée anode (+) et l’autre appelée cathode (-), sont respectivement positionnées de chaque côté d’un électrolyte permettant aux électrons de circuler à travers lui vers un circuit externe. Ainsi, pour maintenir un courant électrique dans le circuit externe, les électrons quittent l’anode et retournent à la cathode.

Les dispositifs de stockage d’énergie ont parcouru un long chemin depuis l’ancienne batterie au plomb-acide (PbA) utilisée dans les systèmes d’alimentation sans interruption (UPS), utilisée pour garder les lumières allumées. Aujourd’hui, avec l’évolution rapide de la technologie, les performances des batteries progressent constamment vers des batteries de stockage ayant une densité d’énergie beaucoup plus élevée et une durabilité prolongée, tout en étant écologiquement inoffensives et recyclables. Les technologies de batteries de nouvelle génération telles que les lithium-ion, zinc-air, lithium-soufre, lithium-air, etc. améliorent les capacités énergétiques des batteries au lithium rechargeables.

Bien que le stockage d’énergie ne fasse pas partie d’un système de production électrique en tant que tel, il peut toujours être utilisé avec des technologies de production d’énergie et renouvelables pour fournir de l’énergie de secours pour des besoins intermittents et/ou de pointe. La génération d’électricité à partir de ressources renouvelables telles que le soleil, le vent, l’eau et la biomasse peut fournir de l’énergie utilisable. Mais, à moins que cette énergie propre ne puisse être stockée de manière sûre et rentable, elle risque de se perdre.

Par conséquent, les systèmes de stockage d’énergie à grande échelle sous forme de batteries électrochimiques basées sur l’électricité générée à partir de sources renouvelables offrent un potentiel énorme pour satisfaire nos futures demandes énergétiques.

Comment Fonctionne un Système de Stockage d’Énergie par Batterie

Les batteries de stockage se sont révélées être un support de stockage d’énergie très populaire, principalement en raison de leur commodité, de leur faible coût et de l’absence de pièces mobiles (faible entretien). Les batteries secondaires électrochimiques sont généralement définies par leur efficacité, leur profondeur de décharge, le nombre de cycles de charge, la densité énergétique et la décharge automatique, ainsi que leur tension terminale, qui varie en fonction du courant électrique tiré et de leur état de charge.

Les dispositifs de stockage de batteries peuvent être classés en trois catégories suivantes :

1. Énergie d’Entrée (Chargement)

Lors de périodes de production d’énergie excédentaire, par exemple lorsque des sources renouvelables comme le solaire ou l’éolien produisent plus d’énergie que nécessaire, le BESS absorbe et stocke l’électricité excédentaire. L’énergie peut également provenir du réseau pendant les périodes de faible demande, lorsque l’électricité est moins chère.

Ainsi, le système de stockage fonctionne selon les étapes suivantes :

• Une électricité est générée par une centrale électrique ou une source d’énergie renouvelable.
• Le BESS convertit l’énergie électrique en énergie chimique en la stockant dans les cellules de la batterie.
• Les systèmes de gestion de la batterie surveillent le processus de chargement pour garantir sécurité et efficacité, optimisant la charge et évitant la surcharge, la surchauffe ou les dommages.

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2. Stockage d’Énergie

Une fois l’énergie stockée, l’électricité reste dans le système sous forme d’énergie chimique. Le type de batterie utilisé dans le système (par exemple, lithium-ion, plomb-acide ou batteries à écoulement) détermine la manière dont l’énergie est stockée et combien d’énergie le système peut contenir.

• Les batteries lithium-ion sont les plus courantes en raison de leur haute densité énergétique, leur efficacité et leur longue durée de vie.
• Les batteries à écoulement utilisent des électrolytes liquides et sont plus adaptées pour le stockage à grande échelle et de longue durée.
• Les batteries plomb-acide sont une technologie ancienne mais encore utilisées dans certaines applications en raison de leur coût-efficacité et de leur fiabilité.
• Durant la phase de stockage, le BMS continue de surveiller l’état de charge, garantissant que l’énergie est stockée en toute sécurité et reste prête à être déchargée lorsque nécessaire.

3. Décharge d’Énergie (Sortie de Puissance)

Lorsqu’il y a une demande de puissance, ou pendant les périodes de consommation de pointe, l’énergie stockée est déchargée des batteries et reconvertie en énergie électrique.

• L’énergie chimique stockée est reconvertie en énergie électrique via une réaction électrochimique au sein de la batterie.
• Le BESS libère l’électricité dans le réseau ou vers une charge locale (comme un bâtiment, une usine ou un micro-réseau).
• L’onduleur dans le système convertit le courant continu (DC) de la batterie en courant alternatif (AC), compatible avec le réseau électrique ou les appareils consommateurs.
• Ce processus assure un approvisionnement continu en électricité même lorsque la production est inférieure ou que la demande est élevée.

Composants Clés d’un Système de Stockage d’Énergie par Batterie

Cellules de Batterie : – Le cœur du système où l’énergie est stockée.

Onduleur à Onde Sinusoïdale : – Cela convertit la puissance CC stockée dans les batteries en puissance CA, qui peut être utilisée dans et autour de la maison par la plupart des dispositifs électriques.

Système de Gestion de Batterie (BMS) : – Un composant critique qui surveille la santé, les performances et la sécurité des batteries, optimisant les cycles de charge et de décharge.

Système de Conversion de Puissance (PCS) : – Inclut l’onduleur et le redresseur, qui aident à la conversion entre l’énergie AC et DC.

Système de Gestion de l’Énergie (EMS) : – Logiciel qui contrôle et gère le fonctionnement global du BESS, y compris le flux d’énergie, la surveillance et l’optimisation.

Système de Refroidissement : – Prévient la surchauffe en maintenant une température optimale pour les cellules de batterie.

Les Types de Batteries Secondaires Utilisées dans un BESS

1. Batteries Lithium-Ion (Li-ion) : – Le type de batterie le plus courant utilisé dans la plupart des systèmes de stockage d’énergie par batterie et dispositifs portables en raison de leur haute densité énergétique, leur efficacité et leur temps de réponse rapide.

• Avantages : Efficacité élevée, longue durée de cycle, compactes, sûres.
• Inconvénients : Coût plus élevé, sensibilité à la température et risque de réaction thermique en cas de surcharge.

2. Batteries Plomb-Acide (PbA) : – Une technologie de cellule secondaire ancienne qui est largement utilisée dans certains systèmes de stockage, véhicules et autres applications nécessitant des valeurs élevées de courant de charge.

• Avantages : Coût bas, fiable, maturité de la technologie et recyclage efficace.
• Inconvénients : Durée de cycle courte, densité énergétique inférieure, poids.

3. Batteries à Écoulement (RF) : – Ce sont un type de cellule combustible rechargeable qui stocke et libère l’énergie électrique en exploitant les réactions électrochimiques réversibles de deux électrolytes liquides s’écoulant dans et hors d’une cellule par des boucles séparées. Elles sont adaptées pour des systèmes de stockage d’énergie à grande échelle.

• Avantages : Longue durée de vie, évolutivité pour une grande capacité, adaptées au stockage de longue durée.
• Inconvénients : Densité énergétique faible et coût élevé pour de petites applications.

4. Batteries Sodium-Soufre (NaS) : – Une batterie électrométallique qui utilise du sodium (Na) comme matériau d’électrode négatif et du soufre (S) comme matériau d’électrode positif. En raison de ses températures de fonctionnement élevées, elle est utilisée pour des systèmes de stockage d’énergie à grande échelle, de longue durée.

• Avantages : Haute densité énergétique, efficace pour des décharges de longue durée.
• Inconvénients : Températures de fonctionnement élevées, très corrosives, les électrolytes aqueux ne peuvent pas être utilisés.

Avantages des Systèmes de Stockage d’Énergie par Batterie

Toutes les sources d’énergie sont stockées sous une forme ou une autre, que ce soit à une échelle géologique dans la nature sous forme de combustibles fossiles, ou à une échelle beaucoup plus grande sous forme d’énergie solaire (le soleil). Ces réserves d’énergie sont utilisées soit sous forme de puissance mécanique, soit sous forme d’énergie thermique selon les besoins humains.

Les systèmes de stockage d’énergie par batterie reposent sur le stockage d’électricité générée à partir de sources renouvelables telles que le soleil et le vent, offrant un potentiel énorme pour répondre à nos futurs besoins énergétiques. Les dispositifs de stockage d’énergie chimique, ainsi que les supercapaciteurs électrochimiques, sont désormais parmi les principales technologies BESS d’aujourd’hui.

Le stockage d’énergie est devenu un enjeu majeur avec l’augmentation des systèmes d’énergie renouvelable dans les foyers et dans le cadre de la génération d’électricité. La capacité à stocker de grandes quantités d’énergie électrique en utilisant une batterie à cycle profond permettra aux entreprises de services publics d’avoir une flexibilité accrue dans leur opération vis-à-vis de l’augmentation de l’offre et de la demande. Les avantages des systèmes de stockage d’énergie par batterie peuvent être listés comme suit :

• Fiabilité accrue du réseau en stabilisant l’approvisionnement électrique et en prévenant les pannes.
• Intégration des énergies renouvelables : permet une meilleure utilisation des sources renouvelables intermittentes comme l’éolien et le solaire en stockant l’électricité excédentaire.
• Réduction des coûts d’énergie : les consommateurs peuvent stocker de l’énergie lorsque les prix sont bas et l’utiliser lorsque les prix augmentent.
• Réduction de l’empreinte carbone : soutient la transition vers des sources d’énergie plus propres en optimisant l’utilisation des énergies renouvelables.
• Énergie de secours : fournit de l’énergie d’urgence en cas de panne du réseau.

Résumé du Tutoriel

En résumé, un Système de Stockage d’Énergie par Batterie, ou simplement BESS, est un outil essentiel pour moderniser et stabiliser les réseaux électriques, surtout dans le contexte de l’utilisation croissante des énergies renouvelables et de la décentralisation de la génération d’énergie. Un système de stockage d’énergie stocke l’électricité excédentaire lorsqu’elle est disponible et la libère pendant les périodes de forte demande ou de pénurie, améliorant ainsi la fiabilité, l’efficacité et la flexibilité du réseau.

Bien qu’il soit clair qu’il y a un coût associé au stockage d’énergie, dans de nombreux cas, le stockage d’énergie électrique dans des batteries peut être rentable. De plus, à mesure que le temps passe, que la technologie et la demande s’améliorent, de plus en plus d’applications potentielles pour les systèmes de stockage d’énergie par batterie émergeront à mesure que des recherches et des développements dans ce domaine seront effectués.

Pour en savoir plus sur la manière dont les systèmes de stockage d’énergie par batterie permettent de stocker l’excès d’énergie produit par les technologies renouvelables, comme le solaire et l’éolien, et de le libérer lorsque cela est nécessaire, ou pour obtenir plus d’informations sur les batteries. Trouvez dès aujourd’hui le livre idéal sur le système de stockage d’énergie par batterie directement sur Amazon et comprenez comment vous pouvez utiliser un système BESS pour alimenter votre maison.