Systèmes de stockage d'énergie à l'échelle

Stockage d'énergie par batteries lithium-ion - pour mieux comprendre les avantages

stockage de l'énergie dans les batteries lithium-ion

Le stockage de l'énergie est essentiel dans la société d'aujourd'hui pour maintenir l'équilibre entre l'offre et la demande d'électricité. Tout le monde se demande quel est le stockage d'énergie le plus efficace alors que nous nous dirigeons vers un avenir à faible émission de carbone.

Une solution qui s'est avérée efficace au fil des ans est l'utilisation de batteries. Les batteries au lithium étant de plus en plus répandues, elles sont aujourd'hui utilisées plus fréquemment pour les dispositifs de stockage de l'énergie.

Pour tirer le meilleur parti de l stockage de l'énergie dans les batteries lithium-ionil ne suffit pas d'en connaître le prix. Il est essentiel de comprendre les composants et le fonctionnement de ce stockage d'énergie pour assurer un stockage et un transfert efficaces de l'énergie électrique. Afin de vous permettre de prendre des décisions éclairées, nous vous présentons dans cet article toutes les informations pertinentes sur le stockage de l'énergie dans les batteries lithium-ion.

Table des matières
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    Qu'est-ce que le stockage d'énergie par batterie lithium-ion ?

    L'objectif principal de la technologie de stockage d'énergie des batteries lithium-ion est de préserver l'énergie électrique qui peut être utilisée comme alimentation de secours dans des scénarios d'urgence. Il s'agit d'une technologie très avancée qui utilise des batteries rechargeables fabriquées à partir de composés contenant du lithium pour stocker et libérer l'énergie électrique.

    Cette solution innovante peut être associée à des sources d'énergie renouvelables, comme l'énergie solaire et éolienne, pour équilibrer leur production variable et intermittente. En outre, elle peut fournir une large gamme de services au réseau, notamment la régulation de la fréquence, le déplacement des pics, la gestion de la puissance et l'intégration des énergies renouvelables.

    Les utilisateurs peuvent bénéficier d'une solution énergétique plus efficace et durable, adaptée à leurs besoins spécifiques, en utilisant des batteries lithium-ion pour le stockage de l'énergie. Les systèmes solaires ou ASI utilisent souvent des batteries lithium-ion pour le stockage de l'énergie en raison de leur longue durée de vie et de leur résistance interne plus élevée.

    Comment fonctionne le stockage de l'énergie dans les batteries lithium-ion ?

    Pour que les batteries lithium-ion fonctionnent, les ions lithium doivent faire le va-et-vient entre les électrodes positives et négatives. Cela est possible grâce au fonctionnement des quatre composants de la batterie :

    ● Électrode positive
    ● Électrodes négatives
    ● Un électrolyte (une substance qui conduit les ions).
    ● Un séparateur (une membrane qui empêche les courts-circuits).

    La connexion d'une batterie lithium-ion à un circuit externe, comme un appareil électronique ou un chargeur, lui permet de commencer à fonctionner, ce qui peut être une décharge ou une charge.

    Au cours de ce processus de charge, l'électrode positive, ou électrode négative, reçoit une partie des ions lithium libérés par la cathode, ou électrode positive. Les ions lithium sont absorbés par l'électrode négative et y sont stockés. La différence de potentiel entre les électrodes augmente en raison de la conversion de l'énergie électrique en énergie chimique.Comment fonctionne le stockage de l'énergie dans les batteries lithium-ion ?

    Le processus est toutefois inversé lorsqu'elle est connectée à un appareil et, au cours de cette décharge, les ions lithium sont déchargés de l'électrode négative (cathode) et se déplacent via l'électrolyte jusqu'à l'anode (électrode positive). L'électrode positive absorbe les ions lithium et libère des électrons dans le circuit externe. La différence de potentiel entre les électrodes est réduite grâce à ce processus, qui transforme l'énergie chimique en énergie électrique.

    Quels sont les composants d'une batterie de stockage d'énergie au lithium-ion ?

    Système de batterie : L'efficacité et l'efficience du système de stockage de l'énergie dépendent fortement du système de batteries. La technologie consiste souvent à connecter des cellules lithium-ion en série et en parallèle pour créer des modules de batterie, qui sont ensuite connectés en série pour créer des chaînes de batteries. Afin d'obtenir la tension et le courant appropriés, un rack est finalement conçu en reliant ces chaînes de batteries et ces modules en parallèle ou en série.composants du stockage de l'énergie dans les batteries lithium-ion

    Système de gestion de la batterie (BMS) : Ce système de surveillance en temps réel basé sur un circuit électronique garantit la sécurité et la fiabilité du système de batterie. Il surveille plusieurs conditions de la batterie, notamment la tension, le courant, la température, l'état de charge et la santé.

    Le BMS garantit que le processus de charge et de décharge du système de batterie est géré en toute sécurité en évitant les surcharges et les décharges excessives.

    Le système comprend également un mécanisme d'alerte et de protection d'urgence pour traiter les problèmes potentiels du système de batterie. En calculant précisément l'état de charge (SOC) du système de batterie et de ses composants à tous les niveaux, le BMS améliore les performances du système de batterie.

    Système de gestion de l'énergie (EMS) : Un autre élément essentiel du stockage de l'énergie dans les batteries lithium-ion est le système de gestion de l'énergie (EMS) chargé de gérer le fonctionnement et l'optimisation du système.

    L'EMS surveille la batterie, le PCS, le réseau et les sources d'énergie renouvelables. Il utilise également des algorithmes et des modèles pour choisir les meilleures techniques de charge et de décharge en fonction des circonstances et des applications.

    Le SGE se connecte également à d'autres systèmes, tels que les centres de contrôle des services publics ou les opérateurs du marché, afin de fournir de nombreux services et avantages au réseau et aux consommateurs.

    Systèmes auxiliaires : Ces composants assurent la maintenance et l'exploitation du système. Il s'agit de systèmes de refroidissement, d'extinction des incendies, de ventilation, de sécurité, de communication, de comptage et d'autres systèmes qui garantissent la sécurité et la fiabilité du système.

    Quelle est l'efficacité du stockage de l'énergie dans les batteries lithium-ion ?

    L'électricité stockée par l'élément de stockage d'énergie par rapport à l'énergie d'entrée est mesurée comme l'efficacité du stockage d'énergie de la batterie lithium-ion. Elle est influencée par de nombreux facteurs, notamment la vitesse du courant, la température et la durée des processus de charge et de décharge, et peut être liée à la durée de vie et au coût de la batterie.

    Grâce à leur excellent rendement aller-retour, les batteries lithium-ion perdent moins d'énergie lors de la charge et de la décharge. Le rendement aller-retour peut atteindre 99%, bien qu'il se situe généralement entre 75 et 85% pour les applications à l'échelle du réseau. Il est important de comprendre les variables qui influencent l'efficacité du stockage d'énergie des batteries lithium-ion si vous avez l'intention de l'augmenter.

    Quels sont les avantages et les inconvénients du stockage d'énergie par batterie lithium-ion ?

    Pour :
    Haute efficacité : L'avantage unique du stockage d'énergie par batterie lithium-ion est qu'il perd moins d'énergie lors de la charge et de la décharge. Cela est dû à son efficacité élevée en termes d'aller-retour, soit 99 % de l'énergie entrante par rapport à l'énergie sortante. Comme elle tient bien la charge, elle est parfaite pour une utilisation à long terme, et vous pouvez utiliser l'énergie plus longtemps que vous ne l'auriez imaginé.

    Grande flexibilité : Un autre avantage du stockage d'énergie par batterie lithium-ion est qu'il peut offrir au réseau et aux consommateurs divers services, notamment le contrôle de la fréquence, le décalage des pics, la gestion de l'énergie et l'intégration des sources d'énergie renouvelables. Il peut également fonctionner selon plusieurs modes, tels que l'îlotage ou la connexion au réseau, et réagir rapidement aux variations de la demande ou de l'offre d'électricité.

    Grande évolutivité : En fonction de l'application et de la situation, il suffit d'ajouter ou de retirer des modules ou des baies pour augmenter ou réduire le stockage d'énergie par batterie lithium-ion. Il peut également être standardisé et modulaire pour faciliter l'installation.Grande évolutivité

    Peu d'entretien : La durée de vie prolongée et le faible taux d'autodécharge des batteries lithium-ion en font un bon choix, car elles nécessitent moins de remplacement au fil du temps. Contrairement aux autres batteries, elle est également plus simple à utiliser et à entretenir puisqu'elle ne nécessite pas d'arrosage ou d'égalisation de routine.

    Respect de l'environnement : Le stockage d'énergie par batterie lithium-ion n'émet pas de gaz à effet de serre ni de polluants pendant son fonctionnement, ce qui le rend respectueux de l'environnement. En l'absence de plomb et de cadmium, le stockage d'énergie par batterie lithium-ion ne présente aucun risque pour la santé humaine ou l'environnement.

    Cons :

    Questions relatives aux coûts : Le stockage d'énergie par batterie lithium-ion a un coût initial élevé parmi toutes les technologies de stockage d'énergie disponibles, principalement en raison du coût des cellules de la batterie et des BMS. En raison de la nécessité de systèmes auxiliaires tels que le refroidissement et l'extinction des incendies, le coût d'exploitation est également élevé.

    Questions relatives aux ressources : Le stockage de l'énergie dans les batteries lithium-ion dépend d'éléments rares et coûteux tels que le lithium, le nickel, le manganèse, le cobalt et le graphite, qui sont influencés par les incertitudes géopolitiques et commerciales. L'extraction et le traitement de ces ressources peuvent non seulement nuire à l'environnement et aux droits de l'homme, mais aussi avoir des effets négatifs sur l'environnement.

    Comment le stockage d'énergie par batterie lithium-ion se compare-t-il aux autres types de stockage ?

    Stockage d'énergie par pompage
    Le stockage d'énergie par pompage utilise l'eau pour stocker et libérer l'électricité. Il présente les avantages et les inconvénients suivants :

    Avantage : Le stockage d'énergie par pompage présente les avantages d'une grande capacité, de la fiabilité, de la durabilité et de l'accessibilité financière. Il a un faible coût énergétique Levelized, une production d'énergie constante et continue, une longue durée de vie avec peu de détérioration, et la capacité de stocker des quantités importantes d'énergie pendant de longues périodes.

    Inconvénient : Le stockage de l'énergie hydraulique par pompage pose des problèmes environnementaux, géographiques, réglementaires et d'efficacité. Il peut avoir un impact sur les écosystèmes et la qualité de l'eau des réservoirs, nécessite une superficie importante et un terrain approprié, se heurte à l'opposition du grand public et à des difficultés pour obtenir les autorisations nécessaires, et consomme de l'énergie pendant le pompage et la production d'électricité.Comment le stockage de l'énergie dans les batteries lithium-ion se compare-t-il aux autres types de stockage ?

    Stockage d'énergie par air comprimé
    Le stockage d'énergie par air comprimé utilise l'air pour stocker et libérer l'électricité. Il présente les avantages et les inconvénients suivants :

    Avantage : Le stockage de l'énergie par air comprimé présente plusieurs avantages, notamment une grande capacité, l'évolutivité, la flexibilité et un faible coût. Il peut fournir au réseau divers services, tels que le nivellement de la charge ou le contrôle de la fréquence, et son coût énergétique Levelized est faible. Il peut également être facilement mis à l'échelle en ajoutant ou en supprimant des compresseurs ou des turbines.

    Inconvénient : Le stockage de l'énergie par air comprimé pose des problèmes technologiques, d'efficacité, géographiques et environnementaux. La combustion ou la fuite d'air peut entraîner le rejet de gaz à effet de serre ou d'autres polluants, la nécessité de stocker l'air dans des cavernes ou des réservoirs souterrains, l'utilisation d'une certaine quantité d'énergie lors de la compression ou de l'expansion, et la difficulté de maintenir une pression et une température de l'air constantes.

    Stockage d'énergie par volant d'inertie
    Le stockage d'énergie par volant d'inertie utilise l'énergie cinétique de rotation pour stocker et libérer de l'électricité. Il présente les avantages et les inconvénients suivants :

    Avantage : Le stockage d'énergie par volant d'inertie est très efficace, a une densité de puissance élevée, une réaction rapide, une longue durée de vie et est respectueux de l'environnement. Il peut fonctionner pendant des millions de cycles sans détérioration, stocker plus d'énergie par unité de masse que les technologies actuelles, se charger et se décharger rapidement avec peu de pertes, et ne pas rejeter de gaz à effet de serre ou de polluants.

    Inconvénient : Le stockage d'énergie par volant d'inertie a une capacité, une évolutivité, une durabilité et une sécurité faibles. Ses limites sont notamment sa capacité limitée de stockage d'énergie à court terme, la difficulté d'augmenter ou de réduire l'échelle par l'ajout ou le retrait de volants d'inertie en raison de problèmes de synchronisation, sa sensibilité aux défaillances mécaniques ou à l'usure des roulements ou des rotors, et son potentiel d'explosion ou de fragmentation en cas de dommage ou de surrégime.

    Quelles sont les applications courantes du stockage d'énergie par batterie lithium-ion ?

    Voici quelques-unes des applications qui nécessitent des batteries lithium-ion pour le stockage de l'énergie

    Véhicules électriques (VE) : Les véhicules électriques gagnent en popularité aujourd'hui car ils facilitent la circulation, la rendent plus rapide et respectueuse de l'environnement. Ces véhicules électriques ont besoin d'une source d'énergie légère, durable et à chargement rapide, ce qu'offrent les batteries lithium-ion. Les batteries lithium-ion possèdent une densité énergétique élevée et un faible taux d'autodécharge. Elles sont donc les mieux adaptées pour alimenter les véhicules électriques, ce qui permet de parcourir de longues distances avec peu de temps de charge.

    UPS : Les batteries lithium-ion stockent de grandes quantités d'énergie pendant de longues périodes, ce qui en fait une bonne source d'énergie de secours en cas de coupure de courant. Les onduleurs et autres systèmes de secours d'urgence utilisent le stockage de l'énergie dans des batteries lithium-ion pour fournir une alimentation de secours instantanée en cas de coupure de courant.

    Technologies de stockage d'énergie portable : Les banques d'énergie et autres systèmes de stockage d'énergie portables sont équipés de batteries au lithium-ion. Les batteries lithium-ion sont légères lorsque vous transportez votre power bank.

    Appareils électroniques portables : Les ordinateurs portables et les appareils mobiles utilisent des batteries lithium-ion comme source d'énergie fiable. Les entreprises qui produisent des appareils électroniques portables préfèrent les batteries lithium-ion pour leur durabilité, leur charge rapide et facile, leur densité énergétique élevée, leur légèreté et leur facilité d'entretien.

    Exemples de projets de stockage d'énergie par batteries lithium-ion dans l'industrie et le commerce

    Centre de stockage d'énergie FPL Manatee : Avec une capacité de 409 MW/900 MWh, le centre de stockage d'énergie FPL Manatee en Floride est le plus grand système intégré de batteries solaires au monde. Il peut fournir plus de deux heures d'électricité à 329 000 maisons lorsqu'il est associé à une installation solaire existante de 74,5 MW. Il peut également permettre aux clients d'économiser plus de $100 millions d'euros en réduisant les besoins en combustibles fossiles.

    Installation de stockage d'énergie de Moss Landing, phase II : Avec une capacité de 400 MW/1 600 MWh, le projet de phase II de l'installation de stockage d'énergie de Moss Landing, en Californie, est l'un des plus grands systèmes de batteries au monde. Il peut alimenter environ 300 000 ménages pendant quatre heures et est situé sur le site d'une centrale électrique au gaz désaffectée. Il peut également contribuer à réduire les émissions de gaz à effet de serre et à ajouter davantage d'énergie renouvelable au système.

    Gambit Energy Storage : Avec une capacité de plus de 100 MW/200 MWh, le projet de stockage d'énergie Gambit au Texas est un autre système de batteries remarquable aux États-Unis. Il peut offrir des services au réseau, notamment la gestion de la fréquence, le soutien de la tension et le déplacement de la charge, et appartient à Tesla. En outre, il peut améliorer la résilience du réseau en cas de conditions météorologiques défavorables.

    Comment calculer le coût du stockage de l'énergie dans une batterie lithium-ion ?

    Le coût nivelé du stockage de l'énergie (LCOES), qui est le rapport entre le coût global du système de batterie et l'énergie totale fournie pendant sa durée de vie, peut être utilisé pour déterminer le coût du stockage de l'énergie dans une batterie au lithium. Le coût initial, les coûts permanents, l'efficacité, la durée de vie et la profondeur de décharge de la batterie ne sont que quelques-unes des variables qui influencent le LCOES.

    Pour calculer le LCOES, vous pouvez utiliser la formule suivante :

    LCOES = (coût initial + coût opérationnel) / (énergie totale produite pendant la durée de vie du cycle)

    Conclusion

    Les batteries rechargeables lithium-ion sont utilisées pour le stockage de l'énergie afin de stocker et de restituer l'électricité avec une grande efficacité, une grande flexibilité, une grande évolutivité, une maintenance minimale et un grand respect de l'environnement.

    Elle peut stocker plus d'énergie par unité de volume ou de masse que les batteries traditionnelles, réagir rapidement aux variations de la demande ou de l'offre d'énergie, fonctionner dans de nombreux modes, supporter des centaines de cycles et n'émettre ni gaz à effet de serre ni polluants. Dans l'ensemble, il s'agit d'un excellent moyen de stocker l'énergie à petite ou grande échelle.

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