Analyse et perspectives des nouvelles voies technologiques de stockage de l'énergie

Le stockage de l'électricité peut être divisé en trois catégories : le stockage de l'énergie électrochimique, le stockage de l'énergie mécanique et le stockage de l'énergie électromagnétique.

Le stockage électrochimique de l'énergie comprend principalement les batteries lithium-ion, les batteries à flux, les batteries au plomb et les batteries sodium-ion ; le stockage mécanique de l'énergie comprend principalement stockage d'énergie par air compriméLe stockage de l'énergie électromagnétique comprend principalement le stockage de l'énergie par supercondensateur et le stockage de l'énergie par supraconducteur, etc.

Le stockage électrochimique de l'énergie est la nouvelle technologie de stockage de l'énergie la plus utilisée et a le potentiel pour une promotion à grande échelle. Le stockage électrochimique de l'énergie est une technologie qui stocke l'énergie électrique par le biais de réactions électrochimiques.

Par rapport à d'autres technologies de stockage de l'énergie, les systèmes de stockage électrochimique ont une densité énergétique plus élevée, une vitesse de réponse modérée, un large éventail d'applications, une production de masse, une installation, un fonctionnement et une maintenance plus faciles, et un excellent potentiel de promotion à grande échelle.

Sur la capacité installée cumulée mondiale de nouveaux systèmes de stockage d'énergie en 2022, 97% seront des systèmes de stockage d'énergie électrochimique (dont 94,4% pour les batteries lithium-ion). À mesure que la chaîne industrielle mûrit, que la technologie progresse et que les coûts diminuent, les perspectives du stockage électrochimique de l'énergie s'élargissent.

• Stockage d'énergie par batterie lithium-ion

1. Caractéristiques techniques : Les batteries lithium-ion présentent les avantages d'une vitesse de charge et de décharge rapide, d'un rendement global élevé, d'une grande praticité technique et de peu de facteurs limitatifs. Parmi les différentes technologies de stockage d'énergie électrochimique, le stockage d'énergie par batterie au lithium présente des performances exceptionnelles en termes de temps de cycle, de densité énergétique, de vitesse de réponse, etc. Toutes ces technologies présentent de grands avantages. Cependant, les batteries lithium-ion présentent des lacunes en matière de sécurité et de mauvaises performances à basse température.
2. Scénarios d'application: Les batteries lithium-ion ont un large éventail de scénarios d'application et peuvent être utilisées dans tous les aspects de l'alimentation électrique, du réseau et de l'utilisateur du système électrique, y compris les centrales de modulation de fréquence AGC, les centrales de stockage d'énergie éolienne/solaire, les centrales de pointe/modulation de fréquence, les alimentations électriques d'urgence, etc.
3. Maturité technologique : À l'heure actuelle, la technologie des batteries lithium-ion a atteint une application à grande échelle, avec la technologie des batteries lithium-fer phosphate comme principale voie technologique. À en juger par le processus de commercialisation actuel, la technologie des batteries lithium-ion est très mature. À l'avenir, nous nous concentrerons sur la recherche sur les matériaux de sécurité, la fabrication intelligente et le recyclage et la réutilisation des batteries.

• Stockage d'énergie par batterie à flux

1. Caractéristiques techniques : Pile à écoulementont les avantages de la sécurité, de la fiabilité, d'un coût élevé pendant le cycle de vie, du respect de l'environnement et d'une longue durée de vie. Les caractéristiques de l'électrolyte à base d'eau de la batterie à flux peuvent l'empêcher de brûler et d'exploser, ce qui la rend très sûre ; la puissance et la capacité de la batterie sont indépendantes l'une de l'autre, ce qui permet de séparer la puissance et la capacité de la pile, et la capacité peut être augmentée en augmentant la capacité du réservoir de stockage de liquide ; la durée de vie du cycle est également longue. Cependant, les batteries à flux présentent des inconvénients tels qu'une faible densité énergétique et un coût élevé.
2. Scénarios d'application :D'une part, la durée de vie de la batterie de flux correspond à celle des centrales éoliennes et photovoltaïques, et convient donc à la construction de centrales électriques à grande échelle pour la distribution et le stockage des nouvelles énergies ; d'autre part, en raison de sa grande échelle, de sa grande capacité, de sa longue durée de vie, de sa valeur résiduelle élevée et de son faible coût de maintenance, elle peut être utilisée dans des centrales électriques à grande échelle pour le stockage partagé de l'énergie ou dans des centrales électriques de pointe du côté du réseau.
3. Maturité technologique : La technologie chinoise de stockage d'énergie par batterie à flux a atteint le niveau de pointe international, et la technologie de stockage d'énergie par batterie à flux tout vanadium à grande échelle a d'abord atteint le stade de l'industrialisation. Cependant, il faut encore améliorer les performances des systèmes de stockage d'énergie à grande échelle, réduire les coûts du système et développer différents modes de fonctionnement du scénario d'application.

• Stockage d'énergie par batterie plomb-acide

Caractéristiques techniques. Les accumulateurs au plomb présentent les avantages d'un faible coût, d'une bonne performance de décharge à haut débit et d'une bonne performance en matière de température. Cependant, les batteries plomb-acide présentent des inconvénients tels qu'une faible densité énergétique.

1. Scénarios d'application : La technologie de stockage de l'énergie par batterie plomb-acide présente des avantages exceptionnels, tels qu'un faible coût et une grande sécurité. Elle peut être largement utilisée dans divers systèmes de stockage d'énergie nouvelle tels que l'énergie solaire, l'énergie éolienne, l'énergie éolienne et solaire hybride, les réseaux intelligents, les systèmes de micro-réseaux et l'alimentation électrique dans les zones dépourvues de réseau électrique et les réseaux électriques difficiles.
2. Maturité technologique :Les batteries plomb-acide constituent la voie technologique la plus mature dans le domaine du stockage électrochimique de l'énergie. À en juger par le processus de commercialisation actuel, la technologie des batteries plomb-carbone est actuellement la principale voie technologique et se trouve à des stades intermédiaires et avancés de la commercialisation.

• Stockage d'énergie par batterie sodium-ion

1. Caractéristiques techniques : En tant que nouveau type de source d'énergie chimique secondaire, les batteries sodium-ion n'ont non seulement aucune contrainte en matière de matières premières, mais elles sont également sûres, fonctionnent à haute et basse température et ont des performances de charge et de décharge élevées, ce qui présente des avantages évidents en termes de ressources et de coûts. Toutefois, les batteries sodium-ion présentent des inconvénients tels qu'une faible densité énergétique et une courte durée de vie.
2. Scénarios d'application. Les batteries sodium-ion peuvent être utilisées pour la régulation de la fréquence de la charge, l'écrêtement des pointes et le remplissage des vallées, l'intégration des énergies renouvelables dans le réseau et l'amélioration de la qualité de l'énergie.En ce qui concerne la production d'électricité, les systèmes de stockage d'énergie par batteries sodium-ion peuvent coopérer avec les centrales thermiques pour tirer parti de leur vitesse de réaction rapide et de leur forte capacité de régulation instantanée de la puissance afin de fournir des services de régulation de la fréquence et de la tension. Dans le cadre de la programmation du système de contrôle automatique de la production (AGC), les systèmes de stockage d'énergie par batteries sodium-ion peuvent coopérer avec les nouveaux systèmes énergétiques tels que l'énergie éolienne et l'énergie photovoltaïque afin d'améliorer les capacités de régulation du système électrique et de réduire les taux d'abandon de l'énergie éolienne et de l'énergie lumineuse.
3. Maturité technologique: Les travaux nationaux de recherche et de développement, de fabrication, de normalisation, de promotion du marché et d'application des batteries sodium-ion battent leur plein, et les batteries sodium-ion sont sur le point d'entrer dans la phase d'application commerciale.

• Autres technologies de pointe en matière de stockage électrochimique de l'énergie

Il existe de nombreuses voies technologiques pour le stockage de l'énergie électrochimique, et la recherche et le développement de diverses nouvelles technologies de pointe pour le stockage de l'énergie sont actuellement menés dans le pays et à l'étranger, l'accent étant mis sur la résolution des lacunes des technologies existantes de stockage de l'énergie électrochimique du point de vue du faible coût, de la sécurité élevée et de la grande échelle.

En ce qui concerne le système technologique de stockage de l'énergie électrochimique, parmi les nombreux mécanismes et solutions techniques de pointe, les plus représentatifs sont les batteries à semi-conducteurs, les batteries aqueuses, les batteries secondaires multi-électroniques (batteries magnésium-ion, batteries aluminium-ion, etc.), piles métal-air et les piles à métaux liquides sont actuellement en phase d'exploration et de recherche et développement.