Au cours des 50 dernières années, il y a eu une augmentation continue de la consommation mondiale d'électricité, avec une utilisation estimée à environ 25 300 térawattheures en 2021. Avec la transition vers l'industrie 4.0, il y a une augmentation des demandes énergétiques dans le monde. Ces chiffres augmentent chaque année, sans compter les exigences de puissance des secteurs industriels et autres. Ce changement industriel et la consommation de haute puissance sont associés à des effets plus tangibles du changement climatique en raison d'émissions excessives de gaz à effet de serre. Actuellement, la plupart des usines et des installations de production d'électricité reposent fortement sur les sources de combustibles fossiles (pétrole et gaz) pour répondre à ces demandes. Ces préoccupations climatiques interdisent la production d'énergie supplémentaire en utilisant des méthodes conventionnelles. Ainsi, le développement de systèmes de stockage d'énergie efficaces et fiables est devenu de plus en plus important pour assurer un approvisionnement continu et fiable d'énergie à partir de sources renouvelables.
Le secteur de l'énergie a répondu en se déplaçant vers des solutions d'énergie renouvelable ou «vertes». La transition a été aidée par l'amélioration des techniques de fabrication, conduisant par exemple à la fabrication plus efficace des lames d'éoliennes. En outre, les chercheurs ont été en mesure d'améliorer l'efficacité des cellules photovoltaïques, conduisant à une meilleure production d'énergie par zone d'utilisation. En 2021, la production d'électricité à partir des sources solaires photovoltaïques (PV) a augmenté de manière significative, atteignant un record de 179 TWH et représentant une croissance de 22% par rapport à 2020. La technologie solaire PV représente désormais 3,6% de la production mondiale d'électricité et est actuellement le troisième plus grand renouvellement renouvelable Source d'énergie après hydroélectricité et éolien.
Cependant, ces percées ne résolvent pas certains des inconvénients inhérents aux systèmes d'énergie renouvelable, principalement la disponibilité. La plupart de ces méthodes ne produisent pas d'énergie à la demande en tant que centrales au charbon et au pétrole. Les sorties d'énergie solaire sont par exemple disponibles tout au long de la journée avec des variations en fonction des angles d'irradiation du soleil et du positionnement du panneau PV. Il ne peut produire aucune énergie pendant la nuit tandis que sa production est considérablement réduite pendant la saison hivernale et les jours très nuageux. La puissance éolienne souffre également des fluctuations en fonction de la vitesse du vent. Par conséquent, ces solutions doivent être associées à des systèmes de stockage d'énergie afin de maintenir l'approvisionnement en énergie pendant les périodes de faible production.
Que sont les systèmes de stockage d'énergie?
Les systèmes de stockage d'énergie peuvent stocker l'énergie afin d'être utilisés à un stade ultérieur. Dans certains cas, il y aura une forme de conversion d'énergie entre l'énergie stockée et l'énergie. L'exemple le plus courant est les batteries électriques telles que les batteries lithium-ion ou les batteries au plomb-acide. Ils fournissent de l'énergie électrique par voie de réactions chimiques entre les électrodes et l'électrolyte.
Les batteries, ou BESS (système de stockage d'énergie de la batterie), représentent la méthode de stockage d'énergie la plus courante utilisée dans les applications de la vie quotidienne. Un autre système de stockage existe tels que les centrales hydroélectriques qui convertissent l'énergie potentielle de l'eau stockée dans un barrage en énergie électrique. L'eau qui tombe tournera le volant d'une turbine qui produit de l'énergie électrique. Un autre exemple est le gaz comprimé, lors de la libération, le gaz tournera la roue de la puissance de production de la turbine.
Ce qui sépare les batteries des autres méthodes de stockage, ce sont leurs zones de fonctionnement potentiels. Des petits appareils et de l'alimentation automobile aux applications ménagers et aux grandes fermes solaires, les batteries peuvent être intégrées de manière transparente à toute application de stockage hors réseau. D'un autre côté, les méthodes hydroélectriques et d'air comprimé nécessitent des infrastructures très grandes et complexes pour le stockage. Cela conduit à des coûts très élevés qui nécessitent des applications très importantes pour qu'elle soit justifiée.
Des cas d'utilisation pour les systèmes de stockage hors réseau.
Comme mentionné précédemment, les systèmes de stockage hors réseau peuvent faciliter l'utilisation et la dépendance à l'égard des méthodes d'énergie renouvelable telles que l'énergie solaire et éolienne. Néanmoins, il existe d'autres applications qui peuvent grandement bénéficier de ces systèmes
Les réseaux électriques de la ville visent à fournir la bonne quantité d'énergie en fonction de l'offre et de la demande de chaque ville. La puissance requise peut fluctuer tout au long de la journée. Des systèmes de stockage hors réseau ont été utilisés pour atténuer les fluctuations et offrir plus de stabilité en cas de demande de pointe. Dans une perspective différente, les systèmes de stockage hors réseau peuvent être très bénéfiques pour compenser tout défaut technique imprévu dans le réseau électrique principal ou pendant les périodes de maintenance planifiées. Ils peuvent répondre aux besoins en puissance sans avoir à rechercher des sources d'énergie alternatives. On peut citer par exemple la tempête de glace au Texas début février 2023 qui a laissé environ 262 000 personnes sans électricité, tandis que les réparations ont été retardées en raison des conditions météorologiques difficiles.
Les véhicules électriques sont une autre application. Les chercheurs ont déversé beaucoup d'efforts pour optimiser les stratégies de fabrication et de charge / décharge de batterie afin d'étendre la durée de vie et la densité d'alimentation des batteries. Les batteries au lithium-ion ont été à l'avant-garde de cette petite révolution et ont été largement utilisées dans de nouvelles voitures électriques mais aussi des bus électriques. De meilleures batteries dans ce cas peuvent entraîner un kilométrage plus important, mais également une réduction des temps de charge avec les bonnes technologies.
D'autres progrès technologiques aiment les drones et les robots mobiles ont grandement bénéficié du développement de la batterie. Les stratégies de mouvement et les stratégies de contrôle reposent fortement sur la capacité et la puissance de la batterie fournies.
Qu'est-ce qu'un bess
Le système de stockage d'énergie BESS ou de batterie est un système de stockage d'énergie qui peut être utilisé pour stocker l'énergie. Cette énergie peut provenir du réseau principal ou de sources d'énergie renouvelables telles que l'énergie éolienne et l'énergie solaire. Il est composé de plusieurs batteries disposées en différentes configurations (série / parallèle) et de taille en fonction des exigences. Ils sont connectés à un onduleur qui est utilisé pour convertir la puissance CC en puissance AC pour l'utilisation. Un système de gestion de la batterie (BMS) est utilisé pour surveiller les conditions de la batterie et le fonctionnement de charge / décharge.
Par rapport à d'autres systèmes de stockage d'énergie, ils sont particulièrement flexibles pour placer / se connecter et ne nécessitent pas une infrastructure très coûteuse, mais ils ont toujours un coût considérable et nécessitent un entretien plus régulier en fonction de l'utilisation.
Dimensionnement de la bess et habitudes d'utilisation
Un point crucial à aborder lors de l'installation d'un système de stockage d'énergie de la batterie est le dimensionnement. Combien de batteries sont nécessaires? Dans quelle configuration? Dans certains cas, le type de batterie peut jouer un rôle crucial à long terme en termes d'économies et d'efficacité
Cela se fait au cas par cas, car les applications peuvent aller des petits ménages aux grandes usines industrielles.
La source d'énergie renouvelable la plus courante pour les petits ménages, en particulier dans les zones urbaines, est l'énergie solaire à l'aide de panneaux photovoltaïques. L'ingénieur considérerait en général la consommation d'énergie moyenne du ménage et associe l'irradiance solaire tout au long de l'année pour l'emplacement spécifique. Le nombre de batteries et leur configuration de grille sont choisis pour répondre aux demandes des ménages lors de l'offre solaire la plus basse de l'année tout en ne vidant pas entièrement les batteries. Cela suppose une solution pour avoir une indépendance complète du pouvoir par rapport au réseau principal.
Garder un état de charge relativement modéré ou ne pas décharger complètement les batteries est quelque chose qui pourrait être contre-intuitif au début. Après tout, pourquoi utiliser un système de stockage si nous ne pouvons pas l'extraire à son plein potentiel? En théorie, c'est possible, mais ce n'est peut-être pas la stratégie qui maximise le retour sur investissement.
L'un des principaux inconvénients de Bess est le coût relativement élevé des batteries. Par conséquent, le choix d'une habitude d'utilisation ou d'une stratégie de charge / décharge qui maximise la durée de vie de la batterie est essentiel. Par exemple, les batteries en acide de plomb ne peuvent pas être rejetées en dessous de 50% de capacité sans souffrir de dommages irréversibles. Les batteries au lithium-ion ont une densité d'énergie plus élevée, une durée de vie à cycle long. Ils peuvent également être libérés à l'aide de plus grandes gammes, mais cela a un coût d'augmentation du prix. Il y a une grande variance de coût entre différentes chimies, les batteries en acide de plomb peuvent être des centaines à des milliers de dollars moins chères qu'une batterie lithium-ion de la même taille. C'est pourquoi les batteries en acide de plomb sont les plus utilisées dans les applications solaires dans les pays du 3e monde et les communautés pauvres.
Les performances de la batterie sont fortement affectées par la dégradation au cours de sa durée de vie, elle n'a pas de performance régulière qui se termine par une défaillance soudaine. Au lieu de cela, la capacité et la fourniture peuvent s'estomper progressivement. En pratique, une durée de vie de la batterie est considérée comme épuisée lorsque sa capacité atteint 80% de sa capacité d'origine. En d'autres termes, lorsqu'il connaît un fondu de capacité de 20%. En pratique, cela signifie qu'une quantité d'énergie plus faible peut être fournie. Cela peut affecter les périodes d'utilisation des systèmes entièrement indépendants et la quantité de kilométrage qu'un EV peut couvrir.
Un autre point à considérer est la sécurité. Avec les progrès de la fabrication et de la technologie, les batteries récentes ont en général été plus stable chimiquement. Cependant, en raison des antécédents de dégradation et d'abus, les cellules peuvent entrer dans le running thermique, ce qui peut conduire à des résultats catastrophiques et, dans certains cas, a mis la vie des consommateurs en danger.
C'est pourquoi les entreprises ont développé un meilleur logiciel de surveillance des batteries (BMS) pour contrôler l'utilisation de la batterie, mais également surveiller l'état de la santé afin de fournir une maintenance en temps opportun et d'éviter les conséquences aggravées.
Conclusion
Des systèmes de stockage d'énergie du réseau offrent une excellente occasion d'atteindre l'indépendance de l'énergie par rapport au réseau principal, mais offrent également une source de secours de puissance pendant les délais et les périodes de charge de pointe. Le développement faciliterait le changement vers des sources d'énergie plus vertes, limitant ainsi l'impact de la génération d'énergie sur le changement climatique tout en répondant aux besoins énergétiques avec une croissance constante de la consommation.
Les systèmes de stockage d'énergie de la batterie sont les plus couramment utilisés et les plus faciles à configurer pour différentes applications quotidiennes. Leur flexibilité élevée est contrée par un coût relativement élevé, conduisant au développement de stratégies de surveillance pour prolonger la durée de vie respective autant que possible. Actuellement, l'industrie et le monde universitaire déplacent beaucoup d'efforts pour enquêter et comprendre la dégradation de la batterie dans différentes conditions.
