Qu'est-ce qu'un système de stockage d'énergie?

Le système de stockage d'énergie par batterie est un système de stockage d'énergie composé de batteries et de convertisseurs de tension parallèles, qui a la capacité d'ajuster et d'échanger rapidement (sortie ou entrée) la puissance (avec ou sans) avec le système CA.

Le stockage d'énergie par batterie au lithium permet de gérer efficacement la demande, de lisser la charge, de compenser les pics de consommation et de compenser les creux de consommation, et d'équilibrer efficacement la consommation d'énergie électrique, améliorant ainsi son efficacité. Il s'agit d'une technologie essentielle pour atténuer la crise énergétique actuelle et atténuer la pollution environnementale. Parmi ces technologies, le stockage d'énergie par batterie au lithium, et notamment le stockage d'énergie par batterie au lithium fer phosphate, suscite un intérêt croissant en raison de ses caractéristiques uniques. Compte tenu de son importance pour l'avenir de l'humanité, la Commission électrotechnique internationale (CEI) a proposé en décembre 2011, dans son Livre blanc sur le stockage de l'énergie électrique, trois applications majeures du stockage d'énergie dans le réseau électrique : améliorer la qualité de l'énergie pour les utilisateurs, fournir une alimentation de secours en cas de panne de courant et tirer parti de la différence de prix de l'électricité entre les pics de consommation et les creux de consommation.

Stockage de la batterie

La batterie plomb-acide est la première technologie de stockage d'énergie par batterie au lithium utilisée par l'homme. Son développement est long, ce qui la rend relativement mature. Son principe est simple : l'électrode est principalement composée de plomb et de son oxyde, et l'électrolyte est une solution d'acide sulfurique. L'énergie est restituée par réaction chimique. Les batteries plomb-acide présentent les avantages suivants : un faible coût, un taux de recyclage élevé, une faible autodécharge et une bonne performance à courant élevé. Cependant, le plomb utilisé dans les batteries plomb-acide est un métal lourd, nocif pour l'environnement et le corps humain. De plus, leur durée de vie est courte, leur entretien est fréquent et leur faible densité énergétique et de puissance ne permet pas de répondre aux besoins en puissance et en capacité. Des scénarios de stockage d'énergie à grande échelle doivent être pris en compte. Par conséquent, le développement des batteries lithium-ion vers une technologie de stockage d'énergie performante est limité.

Stockage d'énergie par batterie au lithium

Le stockage d'énergie par batterie au plomb présente de nombreux problèmes tels qu'un investissement élevé, une courte durée de vie, une pollution de l'environnement et des dommages pour le corps humain, tandis que le stockage d'énergie par batterie au lithium fer phosphate (Stockage d'énergie LiFePO4) est un nouveau type de batterie secondaire à haute énergie apparu ces dernières années.

Le principe de réaction électrochimique d'intercalation/désintercalation est appliqué pour réaliser le mouvement des ions lithium entre les électrodes positive et négative. Ce processus correspond essentiellement à la charge et à la décharge du courant.

Batteries au lithium Les batteries au lithium se caractérisent par une densité de stockage d'énergie élevée, une taille compacte, une faible pollution, un faible taux d'autodécharge et des vitesses de charge et de décharge rapides. Elles présentent de nombreux avantages, notamment une bonne puissance, et sont largement appréciées. Malgré certains inconvénients, la batterie au lithium présente un prix plus élevé que celui de la batterie au plomb. Cependant, d'un point de vue comptable, les batteries au lithium resteront un axe important du développement des technologies de stockage d'énergie à l'avenir. Avec la maturité de cette technologie, leur coût diminuera.

La structure de composition de la technologie de stockage d'énergie par batterie :

Le système de stockage d'énergie comprend une batterie, des composants électriques, un support mécanique, un système de chauffage et de refroidissement (système de gestion thermique), un convertisseur de stockage d'énergie bidirectionnel (PCS), un système de gestion de l'énergie (EMS) et un système de gestion de la batterie (BMS). Les batteries sont disposées, connectées et assemblées en un module de batterie, puis fixées et assemblées dans l'armoire avec d'autres composants pour former une armoire de batterie. Nous présentons ci-dessous les principaux éléments.

La batterie utilisée dans un système de stockage d'énergie diffère de la batterie de puissance. Prenons l'exemple des athlètes professionnels : les batteries de puissance sont comparables aux sprinters. Elles possèdent une excellente puissance explosive et peuvent libérer une puissance élevée en peu de temps. À l'inverse, les batteries de puissance sont comparables aux marathoniens : leur densité énergétique est élevée et elles offrent une autonomie plus longue sur une seule charge.

Une autre caractéristique des batteries à énergie renouvelable est leur longue durée de vie, essentielle pour les systèmes de stockage d'énergie. L'élimination des pics de consommation diurnes et nocturnes est le principal scénario d'application des systèmes de stockage d'énergie, et la durée d'utilisation du produit a un impact direct sur les revenus du projet.

Gestion thermique Si l'on compare la batterie au corps du système de stockage d'énergie, le système de gestion thermique en est la « combinaison ». Comme les humains, les batteries doivent être maintenues dans une plage de température confortable (23 à 25 °C) pour fonctionner plus efficacement. Si la température de fonctionnement de la batterie dépasse 50 °C, sa durée de vie diminue rapidement. Lorsque la température est inférieure à -10 °C, la batterie entre en mode « hibernation » et ne peut pas fonctionner normalement.

Les performances différentes de la batterie à haute et basse température montrent que la durée de vie et la sécurité du système de stockage d'énergie sont fortement affectées à haute température, tandis qu'elles sont totalement compromises à basse température. La gestion thermique permet de maintenir une température confortable pour le système de stockage d'énergie, adaptée à la température ambiante. La durée de vie de l'ensemble du système peut ainsi être prolongée.

Système de gestion de batterie

Le système de gestion de batterie peut être considéré comme le maître d'œuvre du système. Il assure le lien entre la batterie et l'utilisateur, principalement pour optimiser son taux d'utilisation et prévenir les surcharges et les décharges excessives. Face à deux personnes, on distingue facilement la plus grande et la plus grosse. Mais face à des milliers de personnes alignées, la tâche devient impossible. Le BMS gère cette tâche sans difficulté. Des paramètres tels que « taille », « petite taille », « grosse taille » et « mince taille » correspondent au système de stockage d'énergie, qui se compose de trois données : tension, courant et température. Grâce à un algorithme complexe, l'état de charge (SOC) du système, le démarrage et l'arrêt du système de gestion thermique, la détection de l'isolation du système et l'équilibre entre les batteries peuvent être déduits.

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