1. Qu'est-ce qu'un ESS ? Aperçu du système de stockage d'énergie
Le stockage d'énergie consiste à convertir l'énergie en une forme plus stable dans la nature, puis à la conserver de manière à la rendre disponible en cas de besoin. Lors de la création, de la transformation, du transport et de l'utilisation de l'énergie, il existe souvent des écarts entre l'offre et la demande en termes de quantité, de forme, de répartition et de durée. Le recours aux technologies de stockage d'énergie permet de compenser ces écarts. Il en résulte un meilleur équilibre entre l'offre et la demande d'énergie et une efficacité énergétique accrue. L'énergie mécanique, thermique, chimique, radiative (lumineuse), électromagnétique, nucléaire et d'autres formes d'énergie peuvent être classées en différentes catégories. À l'exception de l'énergie rayonnante, toutes les autres formes d'énergie peuvent être stockées sous des formes standard. Par exemple, l'énergie mécanique peut être stockée sous forme d'énergie cinétique ou potentielle, l'énergie électrique sous forme d'énergie de champ induit ou d'énergie de champ électrostatique, l'énergie thermique sous forme de chaleur latente ou sensible, et l'énergie nucléaire constitue une forme pure de stockage d'énergie. Parmi les différents procédés de stockage d'énergie, on peut citer le stockage par pompage-turbinage, le stockage par air comprimé, le stockage par volant d'inertie, le stockage par batteries, le stockage thermique et le stockage d'hydrogène.
Actuellement, les batteries sont plus couramment utilisées pour le stockage d'énergie dans les micro-réseaux, car ce sont des technologies éprouvées et largement utilisées. Un système de stockage d'énergie par batterie comprend plusieurs éléments, notamment le pack de batteries, le système de gestion de batteries (BMS), le transformateur élévateur, le convertisseur bidirectionnel (PCS), le système de suivi du stockage d'énergie et d'autres composants. En cas de coupure de réseau, le système de stockage peut basculer d'un fonctionnement connecté au réseau à un fonctionnement autonome. Il sert alors de source d'alimentation de secours pour l'ensemble du micro-réseau, assurant la stabilité de la tension et du courant.
2. Choisir une batterie de stockage d'énergie
2.1 Batterie au plomb-carbone
La batterie plomb-carbone est un nouveau type de dispositif de stockage d'énergie obtenu par l'ajout de matériaux carbonés aux propriétés capacitives à l'électrode négative d'une batterie plomb-acide classique. Cet ajout peut se faire soit par incorporation directe, soit par mélange interne. Les batteries plomb-carbone présentent des similitudes avec les batteries plomb-acide classiques et les supercondensateurs. Elles permettent d'améliorer considérablement le fonctionnement des batteries plomb-acide classiques, et voici quelques-uns de leurs avantages scientifiques :
1. multiplicateur de charge élevé ;
2. La durée de vie en cycles est 4 à 5 fois supérieure à celle des batteries au plomb-acide classiques ;
3. bonne sécurité ;
4. Taux de régénération élevé (jusqu'à 97 %), bien supérieur à celui des autres batteries chimiques ; utilisation abondante de matières premières, faible coût (1,5 fois celui des batteries au plomb classiques) ; et le coût des batteries au plomb classiques est environ 1,5 fois supérieur à celui de ces batteries. 1,5 fois plus performantes qu'une batterie au plomb classique.
Les performances des batteries plomb-carbone se sont considérablement améliorées par rapport aux batteries plomb-acide traditionnelles. Cependant, le rôle précis du carbone dans cette amélioration reste encore mal compris. L'ajout de matériaux carbonés peut en effet avoir des effets indésirables, comme la précipitation d'hydrogène sur l'électrode négative et la perte d'eau de la batterie ; il s'agit donc d'un problème qu'il convient d'étudier.
2.2 Batterie au lithium
Lors des cycles de charge et de décharge, les batteries lithium-ion utilisent des composés chimiques contenant du lithium comme anode positive. Elles ne contiennent pas de lithium métallique.
Les batteries lithium-ion possèdent une électrode positive composée de composés contenant du lithium, comme le cobaltate de lithium (LiCoO₂), le manganate de lithium (LiMn₂O₄), le phosphate de fer lithié (LiFePO₄) et d'autres matériaux à deux ou trois composants. L'électrode négative est constituée de composés à couche intermédiaire lithium-carbone, tels que le graphite, le carbone mou, le carbone dur et le titanate de lithium.
Les batteries lithium-ion présentent deux avantages majeurs : une densité énergétique élevée et une forte densité de puissance. Elles offrent également un rendement élevé, une large gamme d’applications, un intérêt croissant, des progrès scientifiques rapides et un potentiel de croissance important. ① L’utilisation d’électrolytes chimiques engendre des risques importants pour la sécurité, qui doit être améliorée.
2.3 Choix d'une batterie de stockage d'énergie
Un aperçu des différences entre ces deux types de batteries de stockage d'énergie en termes de profondeur de décharge, de plage de températures de fonctionnement et de durée de vie.
Le tableau ci-dessus montre que les batteries au plomb-carbone ont une durée de vie limitée et dégagent de l'hydrogène, ce qui est dangereux. En revanche, les batteries au lithium-fer-phosphate fonctionnent dans une large plage de températures et présentent une durée de vie élevée, un rendement de transfert d'énergie important et une densité énergétique élevée.
C’est pourquoi les batteries de stockage au lithium-fer-phosphate constituent le meilleur choix pour la plupart des projets de stockage d’énergie.
