le meilleur choix pour les applications de batteries stationnaires ?
Le monde des batteries stationnaires ne fait pas du surplace. Quel est le meilleur choix de batterie pour ce marché en pleine expansion ?
Le monde évolue rapidement. De plus en plus d’industries, d’organisations, de régions et de pays ont besoin d’une énergie électrique constante et fiable sur demande. Les réseaux nationaux ont souvent du mal à répondre aux pics de demande d’électricité et, dans certains pays, les pannes planifiées par ville ou par zone sont monnaie courante. Dans les pays industrialisés dotés d’infrastructures matures, l’approvisionnement est soumis à une pression certaine et, parfois, des pics de consommation, des dommages ou des accidents peuvent entraîner des périodes de panne prolongées. D’un autre côté, les économies en développement peuvent avoir des problèmes d’approvisionnement en électricité dans les zones reculées où il n’y a pas de réseau national pour fournir de l’électricité.
Ensuite, il y a l’exigence moderne de stocker l’énergie provenant de ressources variables ou renouvelables dont la production d’énergie peut être intermittente et parfois imprévisible. Les générateurs éoliens et solaires peuvent être les deux. Ces sources d’énergie, et d’autres encore plus prévisibles comme les générateurs marémoteurs, peuvent également fournir de l’énergie à des moments inopportuns, c’est-à-dire en dehors des périodes de pointe. Il existe de nombreuses applications liées au réseau (contrôle de la fréquence, écrêtement des pointes, arbitrage, etc.) et aux onduleurs locaux, à l’alimentation de secours, à la réduction des coûts, etc. qui constituent également une partie essentielle du commerce moderne.
Ce ne sont là que quelques-unes des applications qui nécessitent des installations de stockage d’énergie stationnaire.
Malheureusement, les données ne sont pas actuelles. Cela est dû au manque d’informations librement disponibles sur ce marché en pleine croissance et de plus en plus lucratif. Les secteurs qui connaissent la croissance la plus rapide, à savoir le stockage de l’énergie et les onduleurs pour les applications de centres de données, sont de grosses affaires et peuvent être des opérations commerciales dirigées par des investisseurs. De ce fait, il y a un profit potentiel à fournir les informations pertinentes, de sorte que des entreprises comme Reuters constatent que leurs informations sont très demandées. Pour cette raison, les statistiques ne seront pas aussi cohérentes ou directement applicables que je le souhaiterais. Toutefois, ils seront suffisamment précis pour permettre de comprendre les tendances actuelles de ce secteur de marché à forte croissance.
Si nous examinons la liste abrégée fournie dans la Fig. 1, on constate que les exigences sont très différentes pour ces applications. On peut supposer que la plus grande partie des autres est constituée par le stockage de l’énergie. Selon Reuters, le marché stationnaire des batteries plomb-acide était évalué à 8,3 milliards USD en 2017 et se composait des secteurs suivants :
Télécom
UPS
Utilitaire
Éclairage d’urgence
Systèmes de sécurité
Télévision par câble/diffusion
Pétrole et gaz
Énergie renouvelable
Systèmes de secours pour les chemins de fer
Autres
Pour les besoins de cet article, peu peuvent combiner certains de ces marchés en raison de la similitude de leurs exigences en matière de batteries. Le tableau 1 montre les demandes de ces applications sur les batteries installées.
Certaines de ces applications peuvent être subdivisées davantage. Le stockage de l’énergie est peut-être l’application stationnaire qui connaît la croissance la plus rapide. Au cours des 20 dernières années, il a été reconnu que le stockage de l’énergie, soit directement à partir du réseau comme dans les opérations à l’échelle du service public, soit en complément des générateurs d’énergie renouvelable variable, présente toute une série d’avantages. Le tableau 2 ci-dessous donne une liste assez complète des différentes utilisations possibles du stockage d’énergie à l’échelle du réseau.
Ce qui est immédiatement évident, c’est que certaines applications, comme l’arbitrage énergétique, présentent des avantages commerciaux significatifs et une industrie fondée sur l’achat de réserves d’énergie stockée à bas prix, puis sur la revente aux distributeurs lors des pics de demande ou lorsque les producteurs d’énergie sont en difficulté. La capacité à exploiter efficacement les énergies renouvelables devient de plus en plus importante et les pays et régions luttent pour réduire les émissions de CO2 dues à l’industrialisation croissante et aux exigences des consommateurs.
Le stockage de l’énergie à l’échelle du réseau ainsi que d’autres marchés comme les tours de télécommunication distantes sont des marchés en plein essor où les batteries sont idéalement placées pour permettre leur croissance. Parmi toutes les technologies de stockage par batterie disponibles, l’acide de plomb, et en particulier les conceptions OPzS et OPzV 2v, peut fournir une solution très rentable pour la plupart des marchés stationnaires.
Tableau 1 Applications des batteries stationnaires et leurs exigences
| Application | Taille typique | Décharge maximale | Fréquence de décharge | Taux de décharge |
|---|---|---|---|---|
| Stockage de l'énergie | 1-50 MWh, Max - 290 | 80% | Quotidiennement | 0.2 C10 |
| UPS | 0,5 - 500 kWh | 20% | Peu fréquent / hebdomadaire | 0.05 C10 |
| Urgence / Sauvegarde | 0,5 kWh - 10MWh | 80% | Peu fréquent / hebdomadaire | 0.08 C10 |
| Rail / Câble / Sécurité | 0,1 - 5kWh | 60% | Quotidiennement | 0.1 C10 |
| Énergies renouvelables | 0.5kWh - 5MWh | 70% | Quotidiennement | 0.1 C10 |
| Télécom | 5 kWh - 50 kWh | 70% | Quotidiennement | 0.1 C10 |
Une chose dont nous ne devons pas nous préoccuper est la capacité énergétique dont nous disposons dans nos réseaux nationaux. Ce qui nous manque, c’est la capacité de répondre à notre demande d’électricité pendant les périodes de pointe, plutôt que la capacité de répondre à l’ensemble de nos besoins énergétiques. De nombreux pays industrialisés peuvent produire plus que le total des besoins énergétiques quotidiens, mais sont à leur capacité de production, ou presque, pour les périodes de consommation de pointe. Au Royaume-Uni, par exemple, la demande de pointe maximale tourne autour de 60 GW pour une capacité d’approvisionnement d’environ 75 GW, mais elle est souvent nettement inférieure en raison de pannes fréquentes.
Cela signifie qu’à certaines occasions, la demande de pointe peut dépasser l’offre du générateur. Cette situation contraste avec celle de l’Inde, dont la demande d’électricité a atteint un record absolu de 176,724 gigawatts en mars de cette année, malgré une capacité installée de 350,162 GW. Cependant, de nombreux États indiens connaissent des coupures d’électricité planifiées et non planifiées et les pics d’approvisionnement en électricité ont été faibles. Cette situation a été expliquée par des problèmes tels que les finances précaires de certaines entreprises publiques de distribution d’électricité, qui les empêchent de se procurer la quantité d’énergie requise.
| Application | Description |
|---|---|
| Arbitrage énergétique | Peut stocker l'énergie et mesurer son utilisation pour l'acheter et la revendre à profit |
| Régulation de la fréquence | Les baisses soudaines de fréquence dues à de fortes charges peuvent être évitées par l'utilisation de la puissance instantanée des batteries. |
| Renforcement de la capacité | Utilisation du stockage pour fournir de l'énergie lorsque la production variable (c'est-à-dire solaire et éolienne) est inférieure à la puissance nominale des générateurs afin de fournir une puissance constante. |
| Qualité de l'énergie | Une mesure du niveau des perturbations de la tension et/ou de la fréquence. |
| Black Start | " Le rétablissement fiable du réseau après une panne de courant. Pour cela, il faut qu'une unité de production puisse démarrer sans alimentation électrique extérieure ou qu'elle continue à fonctionner automatiquement à des niveaux réduits lorsqu'elle est déconnectée du réseau. |
| écrêtement des pointes / gestion de la demande / nivellement de la charge | ZII activités ou programmes entrepris par l'entité de service de la charge ou ses clients pour influencer la quantité d'électricité qu'ils utilisent ou le moment où ils la consomment. |
| Alimentation de secours (générateurs nucléaires et à combustible fossile) | Fournit de l'énergie en cas de panne de courant pour les installations commerciales et industrielles. Peut également être utilisé par les centrales électriques pour fournir de l'électricité si les générateurs ne peuvent pas faire face ou tombent en panne. |
| UPS | L'alimentation sans coupure est un dispositif qui fournit une batterie de secours lorsque l'alimentation électrique fait défaut ou chute à un niveau de tension inacceptable. Peut être utilisé pour des applications domestiques ou industrielles |
Le gouvernement indien affirme qu’au cours des neuf mois de l’année fiscale 19, la demande de pointe a augmenté de 7,9 %, contre 2,8 % pour la période correspondante de l’année fiscale 18. Elle a attribué cette augmentation de la demande d’électricité à la généralisation de l’électrification des ménages, à l’augmentation de l’approvisionnement des consommateurs agricoles, à la faible production d’hydroélectricité et aux étés prolongés. Près de 50 % de la capacité de production d’électricité de l’Inde provient de centrales hydroélectriques. Cela signifie que les autres générateurs représentent environ 170 GW de production potentielle. Dans cette optique, la propension au stockage de l’énergie est énorme, car il est nettement plus avantageux de conserver des réserves d’énergie plus importantes que d’augmenter ou d’allumer des générateurs supplémentaires en cas de besoin.
Outre la fourniture d’électricité et la prévention des pannes, le stockage de l’énergie peut résoudre de nombreux problèmes tels que le maintien de la fréquence d’alimentation au bon niveau grâce à sa capacité de réponse instantanée. Il y a ensuite la question de la demande de pointe et l’exploitation de l’énergie renouvelable qui n’est jamais produite à un moment opportun pour nos besoins de pointe. Le coût de l’installation du stockage de l’énergie plutôt que de la production est également favorable, en particulier si l’on choisit l’option de batterie la plus rentable. Oui, comme vous l’avez peut-être deviné, il s’agit de la chimie plomb-acide habituelle qui offre le meilleur rapport qualité-prix.
Cela ne vaut pas seulement pour le coût du capital, mais aussi pour le coût de la vie et le retour financier sur investissement. Dans le domaine du stockage de l’énergie, le principal talon d’Achille du plomb-acide, sa faible densité énergétique n’est pas un facteur important pour son bon fonctionnement. Étant donné qu’il n’y a pas de mouvement et qu’il y a beaucoup d’espace disponible dans les bâtiments et que les batteries sont stockées sur des sols en béton, le poids et le volume ne sont pas vraiment des questions importantes.
2V OPzS temps de réponse rapide
Les principales exigences pour tous les nombreux aspects du stockage d’énergie sont des temps de réponse rapides de plusieurs secondes, une conversion d’énergie efficace et une longue durée de vie calendaire et de cycle. Les gammes OPzS et OPzV 2v ont des temps de réponse de l’ordre de la milliseconde et la meilleure durée de vie en cycle et en calendrier de tous les différents modèles LAB.
OPzS vs OPzV
L’OPzV 2v est différente à deux égards : elle dispose d’un électrolyte GEL immobilisé et d’une soupape de surpression pour garder l’oxygène et l’hydrogène produits lors de la charge, à l’intérieur de la cellule pour la recombinaison. Les caractéristiques sont montrées, en particulier, la plaque tubulaire avec une épine pour une grille et un multitube retenant la matière active, sont les clés du long cycle et de la vie calendaire de cette conception de la cellule.
Qu'est-ce que la batterie OPzS ?
Parmi les options plomb-acide, l’OPzS 2V a une meilleure performance globale dans la plupart des applications stationnaires, en particulier pour la durée du cycle, mais a l’inconvénient de nécessiter une maintenance d’appoint avec le coût associé. Lors du calcul du coût nivelé du stockage de l’énergie (LCOES), il est important d’inclure les coûts complets de l’installation et de la maintenance de la batterie. Pour déterminer la meilleure option en matière de batteries, il est important de comprendre les coûts réels, en particulier lors de l’évaluation des différentes compositions chimiques des batteries.
2V OPzS vs Lithium
Dans le cas de l’ion-lithium, par exemple, c’est souvent le coût de la batterie qui est indiqué, sans tenir compte des équipements de refroidissement, de sécurité et de protection contre les incendies. Dans certains cas, seuls les coûts des cellules sont pris en compte dans le calcul, sans même le pack de batteries et le système de gestion. Le coût nivelé de l’énergie (LCOE) peut facilement être déterminé à partir de la relation suivante :
LCOE = somme de tous les coûts sur la durée de vie de la batterie/somme de tous les rendements sur la durée de vie de la batterie.
Les coûts sur la durée de vie de la batterie comprennent la charge de la batterie en électricité. Dans ce cas, l’output/input exprimé en pourcentage est utilisé pour le calcul des coûts.
Le rendement sur toute la durée de vie dépend essentiellement de la durée de vie de la batterie, plus elle est élevée, mieux c’est. Cela réduit le coût de la fourniture d’électricité selon la relation donnée ci-dessus. C’est là encore une source de confusion et d’erreur lors du calcul de l’achat de la batterie. Dans le cas du plomb-acide, la durée de vie de la batterie dépend essentiellement de sa profondeur de décharge (DOD).
Plus la DOD est faible, plus la durée de vie de la batterie est élevée (Fig. 3). De nombreux clients essaieront de minimiser les coûts en réduisant au maximum le coût d’investissement et en achetant la batterie de plus petite capacité pour faire le travail. En fait, une batterie seulement 50% plus grande donnera un DOD de 50% au lieu de 80% et doublera pratiquement la durée du cycle. Dans cette situation, les coûts du système et de l’installation sont pratiquement inchangés, seul le prix des cellules de batterie a augmenté.
En d’autres termes, vous obtenez un LCOE presque égal à la moitié du cas de capital minimal pour le coût supplémentaire de 50 % de la batterie. Les avantages ne s’arrêtent pas là : l’efficacité de la charge passe de moins de 80 % à bien plus de 90 %, ce qui permet de réduire encore davantage votre LCOE.
Les avantages de l’utilisation des batteries pour le secteur du stockage de l’énergie sont tout à fait évidents. La question de savoir quelle batterie est la moins simple. Actuellement, le li-ion est la chimie dominante utilisée dans le monde pour cette application en pleine croissance. Les raisons de ce phénomène ne sont pas tout à fait claires, à moins de prendre en compte les tactiques de marketing. La principale raison donnée par les installateurs de systèmes BESS pour utiliser le li-ion est qu’il a un meilleur LCOE que le PbA en raison de la durée de vie plus élevée du cycle et de l’efficacité supérieure de la charge/décharge.
En reprenant les chiffres que je viens de donner pour une batterie OPzS 2v améliorée, vous pouvez voir qu’avec une durée de vie double et une efficacité de charge/décharge améliorée, les batteries li-ion sont toujours plus chères mais ne donnent pas une meilleure durée de vie ou efficacité. Une pratique se développe pour utiliser des cellules li-ion de seconde vie qui étaient auparavant utilisées dans les batteries des véhicules électriques.
Il a été démontré que ces cellules peuvent devenir dangereuses en raison de la croissance interne des dendrites qui crée un court-circuit. Les problèmes en Corée du Sud et aux États-Unis où des installations BESS li-ion de seconde vie ont pris feu, et le manque d’installations de recyclage en fin de vie, soulignent la nécessité d’une évaluation plus approfondie du véritable LCOE des systèmes li-ion. Peut-être qu’un meilleur marketing de la part de l’industrie des batteries au plomb est nécessaire.
Les applications traditionnelles d’ASI et d’alimentation de secours représentent encore plus de 50 % du marché stationnaire mondial. Comme on peut le voir dans le tableau 1, leurs exigences respectives sont quelque peu différentes. Sur le marché des onduleurs, les batteries doivent fournir de courtes rafales de courant occasionnelles afin de s’assurer que les équipements ne sont pas affectés par des chutes ou des coupures de courant soudaines. En général, cela se traduit par une décharge peu profonde et peu fréquente des blocs de batteries. Les blocs de batteries sont généralement conservés dans des boîtiers ou des armoires en charge flottante basse tension constante pendant la majeure partie de leur durée de vie. Dans ce cas, ce n’est pas le DOD ou la durée du cycle qui est l’exigence dominante, c’est la durée du calendrier.
Sur une charge flottante constante, la durée de vie du calendrier dépend presque exclusivement de la résistance à la corrosion des alliages utilisés dans la grille de la batterie. Les autres considérations sont la perte d’eau dans les systèmes inondés et l’utilisation de cellules OPzV VRLA.
Dans les conceptions OPzV sans entretien ou OPzS 2v à faible entretien, la durée de vie effective peut être supérieure à 20 ans avec le bon alliage d’épine et les bons ingrédients de matière active. À cet égard, les gammes 2v OPzS et OPzV proposées par Microtex sont des produits de premier ordre (Fig. 4). Conçues par un scientifique allemand respecté dans le domaine des batteries et fabriquées avec les derniers alliages plomb-calcium-étain à faible dégagement gazeux et résistants à la corrosion, elles offrent un ensemble imbattable de performances, de fiabilité et de durée de vie.
Microtex obtient ces caractéristiques pour ses batteries grâce à un équilibre optimal des matériaux actifs pour les plaques positives et négatives, avec des grilles de dos positives moulées sous haute pression à partir de l’alliage plomb-calcium-étain parfaitement équilibré, qui est un composant essentiel de la cellule. Non seulement il est le conducteur du courant électrique généré par la matière active de la plaque, mais il doit également assurer une bonne liaison entre l’AM et le réseau afin de minimiser la résistance interne et d’éviter le délestage de la pâte lors des cycles de la batterie.
Dans les applications UPS, la batterie est constamment en charge flottante à basse tension, ce qui, pour le positif, signifie qu’elle est constamment oxydée (corrodée). L’alliage spécifique utilisé par Microtex pour fabriquer les épines est l’aboutissement de décennies de R&D et d’expérience commerciale. Il offre la meilleure combinaison possible de résistance à la corrosion et de propriétés de faible dégagement gazeux de tous les alliages plomb-calcium disponibles. La fin de vie des applications UPS est généralement marquée par la corrosion complète de la grille positive. Dans les conceptions OPzS et OPzV 2v, c’est souvent la corrosion de la grille positive et/ou le dessèchement de la batterie par la perte d’eau due au dégagement de gaz qui est la cause de la défaillance éventuelle de la batterie.
Les autres principales applications stationnaires sont l’alimentation de secours, les télécommunications, les énergies renouvelables et la signalisation. J’ai regroupé ces applications car elles sont pour la plupart des applications de décharge profonde et ont des exigences similaires en matière de batterie. Là encore, une bonne durée de vie, une résistance aux décharges profondes et une faible maintenance sont des paramètres clés dans le choix de la batterie.
Les énergies renouvelables et les télécommunications ont un mode de fonctionnement commun, car elles sont régulièrement (quotidiennement dans la plupart des cas) déchargées et rechargées. La profondeur de la décharge dépend de la durée de vie de la batterie par rapport à la mise de fonds. Plus le DOD est faible, plus le coût initial est élevé. Les opérateurs doivent décider de la batterie à utiliser en fonction de raisons tant financières que techniques. L’effet sur le LCOE a été discuté pour la situation du BESS et est également valable pour les industries des télécommunications et des énergies renouvelables.
L’application relative aux énergies renouvelables tire parti du stockage de l’énergie qui est souvent produite de manière intermittente et à des moments inopportuns. Cela est vrai pour les applications derrière le compteur et devant le compteur, au niveau national, local et national. Le stockage par batterie permet de récolter l’énergie provenant, par exemple, d’installations d’éoliennes, qui peut être imprévisible et inutilisable parce qu’elle n’est pas nécessaire au moment où elle est produite, pour la libérer en cas de besoin, par exemple pendant les périodes de pointe. Encore une fois, cela est tout aussi vrai pour les installations domestiques que pour les installations à l’échelle du réseau.
L’énergie solaire est un autre exemple qui, bien que prévisible, est souvent produite lorsque la demande est faible. Dans ces exemples, le cycle d’entrée et de sortie d’énergie (charge/décharge) est généralement quotidien. À cet égard, il est très similaire au secteur des télécommunications, qu’il s’agisse de systèmes totalement électriques ou de systèmes hybrides diesel. Dans tous ces cas, les batteries sont généralement déchargées et rechargées quotidiennement, normalement entre 60 % et 80 % de DOD.
Pour la plupart des applications stationnaires, la solution de stockage d’énergie la plus efficace en termes de coût, de temps de réponse, de fourniture d’énergie et de capacité de stockage d’énergie est une batterie (Fig. 5).
Figure 5 : Comparaison des différentes technologies de stockage de l'énergie
La plupart des opérations à l’échelle domestique et commerciale seront situées dans des zones ou des circonstances où toute autre forme de stockage d’énergie telle que l’hydroélectricité par pompage, l’air comprimé, les volants d’inertie, etc. n’est pas appropriée. Comme nous l’avons vu précédemment, la construction de la plaque tubulaire et les alliages utilisés pour la grille positive des Microtex 2v OPzS et OPzV offrent une durée de vie maximale avec des taux de gazage (perte d’eau) minimaux. Cela fait de cette conception l’option la plus appropriée et la plus rentable dans la majorité de ces applications. L’utilisation de cellules à plaques tubulaires et de batteries monoblocs pour les installations d’énergie solaire, par exemple, est bien établie.
Pour une durée de vie ultra-longue et une capacité de décharge profonde, le choix de l’OPzS 2V est le plus approprié. Cependant, il faut ajouter à cela le coût de la maintenance. Dans certains cas, notamment dans les applications éloignées, il n’est pas possible de faire le plein d’eau. Dans ce cas, il existe la gamme OPzV de Microtex qui présente toutes les caractéristiques de la gamme OPzS 2v, mais avec un électrolyte gélifié et un fonctionnement VRLA étanche.
Il est tout à fait vrai de dire que l’alimentation de secours est un marché croissant et de plus en plus important pour l’avenir. C’est pourquoi il est tout à fait logique de faire appel à l’entreprise la plus expérimentée et la plus avancée en matière de batteries plomb-acide. De nombreuses entreprises peuvent prétendre à ce titre, mais très peu d’entre elles ont l’expérience et les antécédents de Microtex.
Pour la fiche technique de la batterie Microtex opzs, veuillez nous contacter avec la capacité en Ah de la batterie dont vous avez besoin.
