BESS : une solution pour gérer l'énergie de manière proactive

L'expansion des énergies renouvelables et la tendance mondiale en matière de consommation d'énergie efficace ont stimulé l'intérêt pour les solutions de stockage d'énergie et plus particulièrement pour les systèmes de stockage d'énergie sur batteries. Cet article vous aidera à comprendre en quoi consistent ces systèmes et quels sont les avantages de leur utilisation.

Système BESS : qu'est-ce qui se cache derrière ?

Un système de stockage d'énergie sur batteries (BESS) est une solution complexe qui utilise des batteries rechargeables pour stocker l'énergie et la restituer ultérieurement. Les types BESS correspondent à l'électrochimie ou aux batteries qu'ils utilisent — les systèmes pouvant être basés sur des batteries lithium-ion, plomb-acide, nickel-cadmium, sodium-soufre et à flux. Un système de stockage d'énergie (ESS) est un terme plus large et il peut reposer sur une variété de technologies autres que les batteries, par exemple, l'énergie hydraulique, les volants d'inertie, l'air comprimé, et autres.

Pour comprendre ce qu'est un système BESS et comment il fonctionne, il convient d'étudier sa structure et ses éléments de base :

BATTERIE

L'énergie électrique fournie par différentes sources, telles que l'énergie solaire, l'énergie éolienne ou les centrales électriques, se transforme en énergie chimique pendant le processus de charge de la batterie. L'énergie libérée par la batterie pendant la décharge peut alimenter les maisons, les véhicules, les bâtiments commerciaux et les réseaux électriques. Les batteries sont composées de cellules et peuvent être organisées en modules, en blocs et en conteneurs.

SYSTÈME DE GESTION DE BATTERIE (BMS)

Un BMS permet le fonctionnement sûr et correct de la batterie. Chaque type de batterie présente certaines conditions de charge et de décharge. Un BMS s'assure que la batterie reste dans la plage de courant, de tension et de température requise. En surveillant les paramètres et en estimant l'état de charge (SOC) et l'état de santé (SOH) de la batterie, un BMS garantit des performances fiables et durables.

SYSTÈME DE CONVERSION DE PUISSANCE (PCS)

Grâce à l'utilisation d'un système de conversion de puissance, un BESS convertit le courant continu (CC) en courant alternatif (CA) et vice versa. Le courant alternatif provient d'une source d'alimentation et est converti en courant continu pendant la charge de la batterie. Lorsque la batterie se décharge, elle produit du courant continu, qui est reconverti en courant alternatif nécessaire pour alimenter les applications BESS.

SYSTÈME DE GESTION DE L'ÉNERGIE (EMS)

Un EMS est une unité de commande d'un système de stockage d'énergie sur batteries. Il gère l'énergie disponible dans un BESS — à savoir, quand, pourquoi, et dans quelles quantités accumuler ou libérer l'énergie. Un EMS rassemble les éléments d'un BESS et optimise ses performances globales.

SYSTÈMES DE SÉCURITÉ

Plusieurs systèmes de sécurité peuvent être présents, chacun étant responsable d'une tâche spécifique. Par exemple, un système CVC permet à un BESS de maintenir les niveaux de température et d'humidité souhaités grâce au chauffage, à la ventilation et à la climatisation. Un système de protection incendie permet de détecter la fumée et de prévenir les incendies.

Figure 1 : Structure BESS typique. (Source de l'image : Integra Sources LLC)

Que peut faire un BESS ?

Chaque année, les systèmes de stockage d'énergie sur batteries alimentent en électricité des milliers de foyers, d'entreprises, d'usines et de communautés dans le monde entier. Ils varient en taille et en capacité de stockage.

Par exemple, avec ses 13,5 kWh de capacité utilisable, le Tesla Powerwall est un dispositif compact qui peut servir de source d'alimentation secourue pour un seul foyer. Avec une capacité totale de 1600 MWh, le site Vistra Moss Landing Energy Storage Facility — le plus grand BESS du monde — peut fournir de l'énergie à 300 000 foyers.

Cependant, malgré la différence de taille et de capacité, les BESS peuvent remplir des fonctions similaires et résoudre des problèmes similaires. Examinons les différents cas où le stockage d'énergie sur batteries peut entrer en jeu.

Intégration des énergies renouvelables

Un BESS peut utiliser efficacement l'énergie solaire et éolienne à tout moment et par tous les temps. Les batteries rechargeables peuvent stocker l'énergie excédentaire générée par les énergies renouvelables intermittentes. Ensuite, cette énergie peut être distribuée en fonction des besoins des utilisateurs.

Lorsqu'elles sont intégrées à des solutions de stockage sur batteries, les sources d'énergie renouvelables peuvent remplacer les combustibles fossiles, offrant ainsi une énergie propre et économique à une multitude d'applications. L'intégration des énergies renouvelables est largement adoptée dans les cas suivants :

• Parcs solaires et éoliens
• Communautés isolées et hors réseau électrique (îles et zones difficiles d'accès)
• Dispositifs de stockage d'énergie à domicile en combinaison avec des panneaux solaires (tels que Powerwall)

Outre les systèmes hors réseau électrique, un BESS peut contribuer de manière significative aux solutions en réseau et hybrides pour les usages résidentiels, commerciaux et industriels.

Figure 2 : Les systèmes de stockage d'énergie sur batteries sont largement utilisés dans les parcs solaires et éoliens. (Source de l'image : Integra Sources LLC)

Arbitrage énergétique

Il existe une corrélation positive entre la demande en électricité et son coût. Le prix de l'énergie augmente pendant les périodes de pointe et diminue lorsque la demande baisse. L'arbitrage énergétique, ou principe d'utilisation différée de l'énergie, correspond à ce que les consommateurs peuvent appliquer en utilisant un système de stockage sur batteries.

En chargeant la batterie aux heures creuses, les consommateurs peuvent acheter de l'énergie bon marché et la stocker avec leur BESS. Ensuite, ils peuvent attendre que le prix de l'électricité augmente et décharger la batterie soit pour utiliser cette énergie à bas prix soit pour la vendre à un réseau électrique.

Ainsi, les ménages et les entreprises peuvent gérer efficacement les ressources énergétiques et réduire leurs coûts.

Gestion de la charge

L'énergie est consommée différemment tout au long de la journée et en fonction de la saison — on parle d'heures pleines et d'heures creuses. Un BESS permet aux utilisateurs de naviguer entre ces périodes, d'ajuster la consommation d'énergie et d'économiser sur les coûts d'électricité.

L'écrêtement des pointes est l'un des cas d'utilisation BESS les plus populaires dans la gestion de la charge. Il s'agit de réduire la consommation d'énergie pendant les périodes de pointe. En outre, les consommateurs peuvent réduire leurs dépenses, tout comme avec l'arbitrage énergétique.

Une solution de stockage sur batteries peut contribuer à éviter les pics de charge sur un réseau électrique et, par conséquent, les pannes et autres situations d'urgence. En déchargeant l'énergie stockée, un BESS décharge le réseau électrique et fournit du courant sans interruption.

Démarrage autonome

Un BESS peut aider les centrales et les réseaux électriques à se rétablir rapidement après une panne de courant. Au lieu d'utiliser un générateur diesel, les consommateurs peuvent opter pour un système de stockage sur batteries — une solution de démarrage autonome plus économique et plus écologique. Un BESS peut fonctionner indépendamment de la ligne de transmission du réseau électrique et fournir de l'énergie pendant la période requise — de quelques minutes à quelques heures.

Alimentation de secours

Un BESS peut fournir de l'énergie aux maisons, aux entreprises et à d'autres installations, assurant ainsi leur fonctionnement continu. Cela revêt une importance capitale pour les établissements de soins de santé et les autres organisations qui fournissent des services liés à la santé et à la sécurité des personnes. En fonction de sa capacité de stockage, un BESS peut fournir une alimentation de secours aussi longtemps qu'il le faut, même en cas de défaillance grave du réseau électrique.

Contrôle de fréquence et de tension

La fréquence et la tension peuvent dépasser leurs limites de fonctionnement si l'alimentation n'est pas synchronisée avec la demande réelle. Cela peut entraîner une perte de puissance et des coupures de courant. Un BESS peut garantir la stabilité d'un réseau électrique ou d'un système d'alimentation en régulant la tension et la fréquence. En raison de son temps de réponse rapide, un système de stockage d'énergie sur batteries constitue une solution efficace d'équilibrage du réseau électrique.

Micro-réseaux électriques

Il s'agit de petits réseaux électriques qui peuvent fournir de l'électricité à des bâtiments commerciaux, des usines de fabrication ou des quartiers lorsqu'ils sont connectés à un réseau plus important. Les micro-réseaux autonomes peuvent alimenter des zones et des communautés isolées, comme des îles. En combinaison avec un BESS et avec l'intégration d'énergies renouvelables, un micro-réseau peut agir comme un système d'alimentation résilient pour de multiples utilisateurs.

Figure 3 : Un micro-réseau peut agir comme un système d'alimentation résilient pour des zones et des communautés isolées, comme des îles. (Source de l'image : Integra Sources LLC)

Report de transmission et de distribution

Les lignes de transmission et de distribution (T&D) sont sujettes au vieillissement et à la dépréciation en raison des pics de charge et des congestions. Une solution de stockage sur batteries peut résoudre ce problème en assumant le rôle des actifs T&D. Un BESS peut offrir une capacité de stockage supplémentaire et équilibrer les charges, permettant de différer la mise à niveau des lignes T&D existantes et la construction de nouvelles infrastructures. Cela permet d'économiser beaucoup d'argent.

Où peut-on utiliser au mieux un BESS ?

Les BESS reposent sur des technologies abordables. Par exemple, le prix des batteries lithium-ion a baissé de près de 90 % au cours des 10 dernières années et va encore baisser. Les solutions de stockage sur batteries présentent un large éventail de configurations, notamment en termes de capacité de stockage et de taille, de sorte qu'elles peuvent s'adapter à de nombreuses industries et applications.

Ces applications peuvent être divisées en deux catégories : systèmes en amont du compteur FTM ou reliés au réseau électrique (l'énergie consommée est mesurée par un compteur électrique) et solutions en aval du compteur BTM ou sur site (l'énergie consommée ne peut pas être connectée à un réseau électrique et ne peut donc pas être mesurée par un compteur électrique). Voici une liste des applications BESS FTM et BTM (qui n'est certainement pas exhaustive).

Applications FTM

Les systèmes de stockage d'énergie sur batteries peuvent considérablement contribuer à l'exploitation et à la maintenance des installations et des équipements commerciaux. Un BESS peut offrir une capacité de réserve et des services de démarrage autonome, fournir une stabilité de tension et de fréquence, et permettre des économies grâce à une maintenance différée. Les applications BESS FTM incluent les suivantes :

• Réseaux électriques
• Sous-stations
• Lignes de transmission et de distribution
• Centrales électriques

Applications BTM

Les systèmes BTM peuvent fournir de l'énergie aux consommateurs en contournant un réseau électrique. Avec des sources d'énergie verte, un BESS peut soutenir des systèmes d'alimentation autonomes ou des micro-réseaux sans interruption. Les fabricants peuvent utiliser le stockage sur batteries pour l'alimentation de secours afin d'éviter les temps d'arrêt des installations de production. En utilisant des BESS, les entreprises et les familles peuvent réduire leurs tarifs d'électricité de manière significative grâce à l'utilisation différée de l'énergie. Les systèmes de stockage d'énergie sur batteries BTM sont utilisés dans les applications suivantes :

• Installations industrielles et de fabrication
• Entreprises
• Particuliers
• Véhicules électriques
• Systèmes marins

Figure 4 : Applications BESS. (Source de l'image : Integra Sources LLC)

Est-il judicieux de construire un BESS ?

La réponse courte est oui. La réponse plus longue nécessite quelques éclaircissements.

Sans aucun doute, l'achat d'un BESS prêt à l'emploi permet de gagner beaucoup de temps et, parfois, d'argent. Si le système ne présente pas d'exigences particulières, il est possible de choisir une solution prête à l'emploi parmi les nombreux produits de stockage d'énergie disponibles sur le marché. Cependant, il existe certaines raisons qui peuvent retenir un consommateur d'acheter, par exemple :

• Exigences spécifiques du client, y compris exigences de niche et conditions de fonctionnement
• Absence de fonctionnalités souhaitées, ou fonctionnalités inutiles qui augmentent le coût du système
• Caractère incomplet du système et absence d'équipement de support
• Logiciels bas de gamme
• Absence de garantie et de maintenance post-garantie

La construction d'un système de stockage d'énergie sur batteries peut s'avérer être un processus fastidieux exigeant du temps, de l'argent et de l'expertise, mais permet de créer une solution hautement personnalisée qui répond pleinement à toutes les exigences de l'utilisateur final.

Un BESS sur mesure peut offrir des fonctionnalités, une facilité d'utilisation, une sécurité et une cybersécurité améliorées. La mise en œuvre d'algorithmes BMS avancés permettra aux utilisateurs d'améliorer les performances de la batterie et d'étendre sa durée de vie. Le développement d'une solution personnalisée permet d'optimiser le support technique, le service client et d'autres services pouvant être nécessaires aussi bien en tant qu'utilisateur final que fournisseur BESS.

La conception d'un BESS haute qualité requiert une équipe de professionnels connaissant bien les technologies de batteries, l'électronique de puissance, les logiciels embarqués et le développement matériel. Il est essentiel d'organiser et d'harmoniser chaque étape de la création du produit, de la conception à la certification et à la fabrication. Le recrutement d'ingénieurs disposant de l'expertise et de l'expérience nécessaires peut contribuer à la mise au point d'un système de stockage sur batteries à part entière, qui anticipe les attentes des consommateurs.

Pour autant, un produit personnalisé n'est pas une solution miracle. La construction d'un BESS sur mesure doit être envisagée au cas par cas et pour certains projets, une solution clé en main peut s'avérer préférable. Pour en savoir plus les BESS sur mesure par rapport aux BESS prêts à l'emploi, reportez-vous à un article plus détaillé sur les systèmes de stockage d'énergie sur batteries sur la page de blog d'Integra Sources LLC. Les lecteurs peuvent également en apprendre davantage sur les différentes technologies et caractéristiques de batteries, les principaux fabricants de systèmes BESS, les systèmes de stockage d'énergie alternatifs et d'autres informations connexes.