Un système de stockage d'énergie par batteries (BESS) utilise des batteries rechargeables pour stocker l'électricité excédentaire provenant du réseau ou de sources renouvelables en vue d'une utilisation ultérieure. Avec le développement des énergies renouvelables et des réseaux intelligents, les systèmes BESS jouent un rôle de plus en plus crucial dans la stabilisation de l'approvisionnement en électricité et l'optimisation de la valeur de l'énergie verte. Mais comment fonctionnent-ils exactement ?
Étape 1 : Batterie
L'élément fondamental de tout système de stockage d'énergie par batterie (BESS) est son support de stockage : les batteries. Plusieurs modules de batteries, ou « cellules », sont connectés 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 forte densité énergétique, de leur longue durée de vie et de leur capacité de charge rapide. D'autres technologies, comme les batteries au plomb et les batteries à flux, sont également utilisées dans certaines applications.
Étape 2 : Système de conversion de puissance
Le parc de batteries est raccordé au réseau électrique via un système de conversion de puissance (SCP). Ce SCP comprend des composants électroniques de puissance, tels qu'un onduleur, un convertisseur et des filtres, permettant la circulation du courant dans les deux sens entre la batterie et le réseau. L'onduleur convertit le courant continu (CC) provenant de la batterie en courant alternatif (CA) utilisable par le réseau, et le convertisseur effectue l'opération inverse pour recharger la batterie.
Étape 3 : Système de gestion de la batterie
Un système de gestion de batterie (BMS) surveille et contrôle chaque cellule individuelle au sein 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 la surcharge, les surintensités ou les décharges profondes. Il surveille des paramètres clés tels que la tension, le courant et la température afin d'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 d'un liquide de refroidissement à travers les plaques en contact avec les batteries) et le refroidissement par air (à l'aide de ventilateurs pour forcer l'air à travers les boîtiers des batteries).
Étape 5 : Opération
Lors des périodes de faible demande en électricité ou de forte production d'énergie renouvelable, le système de stockage d'énergie par batterie (BESS) absorbe l'excédent d'énergie via le système de conversion et le stocke dans la batterie. En cas de forte demande ou d'indisponibilité des énergies renouvelables, l'énergie stockée est réinjectée dans le réseau par l'intermédiaire de l'onduleur. Le BESS peut ainsi compenser l'intermittence des énergies renouvelables, stabiliser la fréquence et la tension du réseau et fournir une alimentation de secours en cas de coupure de courant.
Le système de gestion des batteries surveille l'état de charge de chaque élément et contrôle la vitesse de charge et de décharge afin d'éviter la surcharge, la surchauffe et la décharge profonde des batteries, prolongeant ainsi leur durée de vie. Le système de refroidissement, quant à lui, maintient la température globale des batteries dans une plage de fonctionnement sûre.
En résumé, un système de stockage d'énergie par batterie (BESS) utilise de manière intégrée des batteries, des composants électroniques de puissance, des commandes intelligentes et une gestion thermique pour stocker l'électricité excédentaire et la restituer à la demande. Cette technologie permet de maximiser la valeur des sources d'énergie renouvelables, de rendre les réseaux électriques plus efficaces et durables, 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 batteries (BESS) à grande échelle jouent un rôle de plus en plus important dans la stabilisation des réseaux électriques. Un système BESS utilise des batteries rechargeables pour stocker l'électricité excédentaire provenant du réseau ou d'énergies renouvelables et la restituer en cas de besoin. La technologie BESS contribue à optimiser l'utilisation des énergies renouvelables intermittentes et améliore la fiabilité, l'efficacité et la durabilité globales du réseau.
Un système BESS se compose généralement de plusieurs composants :
1) Les bancs de batteries sont composés de plusieurs modules ou cellules afin de fournir la capacité de stockage d'énergie requise. Les batteries lithium-ion sont les plus couramment utilisées en raison de leur densité énergétique élevée, de leur longue durée de vie et de leur capacité de charge rapide. D'autres technologies, comme les batteries au plomb et les batteries à flux, sont également employées.
2) Système de conversion de puissance (SCP) reliant le parc de batteries au réseau électrique. Le SCP comprend un onduleur, un convertisseur et d'autres équipements de contrôle permettant la circulation de l'énergie dans les deux sens entre la batterie et le réseau.
3) Le système de gestion de batterie (BMS) surveille et contrôle l'état et les performances de chaque cellule de la batterie. Le BMS équilibre les cellules, les protège contre les dommages causés par la surcharge ou la décharge profonde et contrôle des paramètres tels que la tension, le courant et la température.
4) Système de refroidissement évacuant l'excès de chaleur des batteries. Un refroidissement liquide ou par air est utilisé pour maintenir les batteries dans leur plage de 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 étanches et résister aux températures extrêmes.
Les principales fonctions d'un système de stockage d'énergie par batterie (BESS) sont les suivantes :
• Absorber l'excédent d'énergie du réseau pendant les périodes de faible demande et le restituer lorsque la demande est forte. Cela contribue à stabiliser les fluctuations de tension et de fréquence.
• Stocker l'énergie renouvelable provenant de sources telles que l'énergie solaire photovoltaïque et les parcs éoliens, dont la production est variable et intermittente, puis la restituer lorsque le soleil ne brille pas ou que le vent ne souffle pas. Ce décalage temporel permet de produire l'énergie renouvelable au moment où elle est le plus nécessaire.
• Fournir une alimentation de secours en cas de panne ou de coupure de réseau afin de maintenir le fonctionnement des infrastructures critiques, que ce soit en mode îloté ou connecté au réseau.
• Participer aux programmes de réponse à la demande et de services auxiliaires en modulant la production d'électricité à la hausse ou à la baisse en fonction de la demande, en assurant la régulation de fréquence et d'autres services de réseau.
En conclusion, à mesure que la part des énergies renouvelables dans les réseaux électriques mondiaux continue de croître, les systèmes de stockage d'énergie par batteries à grande échelle joueront un rôle indispensable pour garantir la fiabilité et la disponibilité de cette énergie propre 24h/24 et 7j/7. La technologie BESS contribuera à maximiser 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 : 7 juillet 2023
