Un système de stockage d'énergie par batterie, communément appelé BESS, utilise des batteries rechargeables pour stocker l'électricité excédentaire du réseau ou de sources renouvelables en vue d'une utilisation ultérieure. Avec l'évolution des technologies des énergies renouvelables et des réseaux intelligents, les systèmes BESS jouent un rôle de plus en plus crucial dans la stabilisation de l'approvisionnement électrique et la maximisation de la valeur de l'énergie verte. Comment fonctionnent exactement ces systèmes ?
Étape 1 : Banque de batteries
La base de tout système BESS est le support de stockage d'énergie : les batteries. Plusieurs modules de batteries, ou « cellules », sont reliés entre eux pour former un « banc de batteries » fournissant la capacité de stockage requise. Les cellules les plus couramment utilisées sont les batteries lithium-ion, en raison de leur densité de puissance élevée, de leur longue durée de vie et de leur capacité de charge rapide. D'autres chimies, comme les batteries plomb-acide et les batteries à flux, sont également utilisées dans certaines applications.
Étape 2 : Système de conversion de puissance
Le parc de batteries est connecté au réseau électrique via un système de conversion de puissance (PCS). Ce système est composé de composants électroniques de puissance tels qu'un onduleur, un convertisseur et des filtres qui permettent la circulation bidirectionnelle de l'énergie entre la batterie et le réseau. L'onduleur convertit le courant continu (CC) de la batterie en courant alternatif (CA) utilisé par le réseau, tandis que le convertisseur effectue l'inverse pour charger la batterie.
Étape 3 : Système de gestion de la batterie
Un système de gestion de batterie, ou BMS, surveille et contrôle chaque cellule du parc de batteries. Le BMS équilibre les cellules, régule la tension et le courant pendant la charge et la décharge, et protège contre les dommages causés par les surcharges, les surintensités ou les décharges profondes. Il surveille des paramètres clés comme la tension, le courant et la température pour optimiser les performances et la durée de vie de la batterie.
Étape 4 : Système de refroidissement
Un système de refroidissement évacue l'excès de chaleur des batteries pendant leur fonctionnement. Ceci est essentiel pour maintenir les cellules dans leur plage de température optimale et maximiser leur durée de vie. Les types de refroidissement les plus courants sont le refroidissement liquide (par circulation du liquide de refroidissement à travers des plaques en contact avec les batteries) et le refroidissement par air (par l'utilisation de ventilateurs pour forcer l'air à travers les boîtiers des batteries).
Étape 5 : Fonctionnement
En période de faible demande d'électricité ou de forte production d'énergie renouvelable, le BESS absorbe l'excédent d'énergie via le système de conversion et le stocke dans le parc de batteries. En cas de forte demande ou d'indisponibilité des énergies renouvelables, l'énergie stockée est restituée au réseau via l'onduleur. Cela permet au BESS de décaler l'énergie renouvelable intermittente, de stabiliser la fréquence et la tension du réseau et de fournir une alimentation de secours en cas de panne.
Le système de gestion de la batterie surveille l'état de charge de chaque cellule et régule le taux de charge et de décharge afin d'éviter la surcharge, la surchauffe et la décharge complète des batteries, prolongeant ainsi leur durée de vie. Le système de refroidissement maintient la température globale de la batterie dans une plage de fonctionnement sûre.
En résumé, un système de stockage d'énergie par batterie associe de manière intégrée batteries, composants électroniques de puissance, commandes intelligentes et gestion thermique pour stocker l'électricité excédentaire et la restituer à la demande. La technologie BESS permet ainsi de maximiser la valeur des énergies renouvelables, d'améliorer l'efficacité et la durabilité des réseaux électriques et de soutenir la transition vers un avenir énergétique bas carbone.
Avec l'essor des énergies renouvelables comme le solaire et l'éolien, les systèmes de stockage d'énergie par batterie à grande échelle (BESS) jouent un rôle de plus en plus important dans la stabilisation des réseaux électriques. Un système de stockage d'énergie par batterie utilise des batteries rechargeables pour stocker l'électricité excédentaire du réseau ou des énergies renouvelables et la restituer en cas de besoin. La technologie BESS permet d'optimiser l'utilisation des énergies renouvelables intermittentes et d'améliorer la fiabilité, l'efficacité et la durabilité globales du réseau.
Un BESS se compose généralement de plusieurs composants :
1) Groupes de batteries constitués de plusieurs modules ou cellules pour fournir la capacité de stockage d'énergie requise. Les batteries lithium-ion sont les plus couramment utilisées en raison de leur densité de puissance élevée, de leur longue durée de vie et de leurs capacités de charge rapide. D'autres compositions chimiques, comme les batteries plomb-acide et les batteries à flux, sont également utilisées.
2) Système de conversion de puissance (PCS) reliant le parc de batteries au réseau électrique. Le PCS comprend un onduleur, un convertisseur et d'autres équipements de contrôle permettant la circulation bidirectionnelle de l'énergie entre la batterie et le réseau.
3) Système de gestion de batterie (BMS) qui surveille et contrôle l'état et les performances de chaque cellule. Le BMS équilibre les cellules, les protège des dommages causés par une surcharge ou une décharge profonde, et surveille des paramètres tels que la tension, le courant et la température.
4) Système de refroidissement qui évacue l'excès de chaleur des batteries. Un refroidissement par liquide ou par air est utilisé pour maintenir les batteries à leur température de fonctionnement optimale et maximiser leur durée de vie.
5) Boîtier ou conteneur protégeant et sécurisant l'ensemble du système de batterie. Les boîtiers de batterie extérieurs doivent être résistants aux intempéries et aux températures extrêmes.
Les principales fonctions d'un BESS sont les suivantes :
• Absorber l'excédent d'énergie du réseau en période de faible demande et le restituer en période de forte demande. Cela permet de stabiliser les fluctuations de tension et de fréquence.
Stocker l'énergie renouvelable provenant de sources comme le solaire photovoltaïque et les parcs éoliens à production variable et intermittente, puis la restituer lorsque le soleil ou le vent ne brillent pas. Cela permet de décaler l'énergie renouvelable au moment où elle est le plus nécessaire.
• Fournir une alimentation de secours en cas de panne ou de panne du réseau pour maintenir les infrastructures critiques en fonctionnement, que ce soit en mode insulaire ou en mode connecté au réseau.
• Participer aux programmes de réponse à la demande et aux programmes de services auxiliaires en augmentant ou en diminuant la puissance de production en fonction de la demande, en fournissant une régulation de fréquence et d'autres services de réseau.
En conclusion, alors que la part des énergies renouvelables dans les réseaux électriques mondiaux continue de croître, les systèmes de stockage d'énergie par batterie à grande échelle joueront un rôle indispensable pour garantir la fiabilité et la disponibilité 24 heures sur 24 de cette énergie propre. La technologie BESS contribuera à optimiser la valeur des énergies renouvelables, à stabiliser les réseaux électriques et à soutenir la transition vers un avenir énergétique plus durable et sobre en carbone.
Date de publication : 07/07/2023
