La transition énergétique de notre économie a pour bénéfice une nette augmentation de la production d’électricité, en grande partie à partir d’énergies renouvelables : principalement l’éolien et le photovoltaïque. Or ces deux sources d’énergie sont fortement intermittentes, donc variables. Pour garantir une alimentation continue en énergie, le recours au stockage de l’énergie électrique est la solution qui s’impose pour compenser ces variations. Ces unités de stockage sont les BESS pour Battery Energy Storage System.
Panorama des technologies utilisées
Dans les batteries d’infrastructures, comme dans les batteries de véhicules, la technologie actuellement très majoritaire est la technologie Lithium-Ion qui est arrivée à une grande maturité industrielle. La disposition des batteries utilisée dans les BESS est l’assemblage de très nombreuses petites batteries cylindriques identiques aux batteries utilisées dans les véhicules électriques. Elles sont regroupées dans des containeurs pour constituer ces systèmes de batteries d’infrastructures. Chaque containeur peut ainsi contenir plusieurs MWh de stockage d’électricité.
Deux variantes de la technologie Lithium-Ion sont actuellement disponibles. Elles ont toutes les deux ont en commun la circulation de l’Ion Lithium (Li+) dans l’électrolyte de la batterie qui est constitué d’un liquide organique donc combustible1. Ces deux variantes se distinguent par la nature de la cathode (électrode positive) :
- 1ère variante : la cathode est constituée d’un mélange d’oxydes de Lithium, de Nickel, de Manganèse et de Cobalt2 (technologie appelée NMC). L’évolution actuelle de cette variante consiste à réduire la quantité de Cobalt dans l’électrode car c’est un métal assez coûteux. La technologie NMC procure actuellement la meilleure densité énergétique de stockage (environ 270 Wh/kg).
- 2ème variante : la cathode est constituée de Phosphate de Lithium et de Fer (technologie appelée LFP). Le coût (en $/kWh) des batteries LFP (sous la forme cylindrique la plus utilisée) est d’environ 20% inférieure aux batteries NMC. Cependant, ses capacités de stockage (90 à 140 Wh/Kg) sont largement inférieures à la technologie NMC.
Conclusion :
- Avec sa très bonne capacité de stockage la batterie NMC est particulièrement adaptée aux véhicules électriques.
- Avec son coût inférieur au Wh stocké, la batterie LFP est particulièrement adaptée aux batteries d’infrastructure pour lesquelles la moins bonne performance en densité et donc en poids ne constitue pas un véritable inconvénient.
Article rédigé par : Xavier Drago et Eric Margoto – Associés ARCLÈS
- Dans les batteries Lithium-Ion, l’électrolyte est généralement un liquide organique contenant un sel de lithium. Son rôle est de permettre le transport des ions Li⁺ entre l’anode (souvent du graphite) et la cathode (oxydes de métaux).Ces deux inconvénients, électrolyte liquide pouvant conduire à des fuites et mise en œuvre d’un liquide organique facilement inflammable, font dire à certains que cette technologie Lithium-Ion ne sera pas la technologie définitive des batteries fabriquées en très grande quantité. De nombreux industriels travaillent ainsi sur la recherche d’un électrolyte solide, mais jusqu’à maintenant sans succès tout au moins au niveau d’une maturité industrielle.
- Ce « cocktail » de métaux peut aussi comprendre quelquefois de l’Aluminium.
Nota : les BESS présentent des pertes énergétiques de l’ordre de 10% entre charge et décharge ce qui nécessitent dans les containers de BESS des systèmes de ventilation pour évacuer ces pertes énergétiques.
D’autre technologies de batteries sont actuellement émergentes pour les batteries d’infrastructure. Par exemple des batteries Fer-Air qui utilisent un électrolyte aqueux donc non inflammable ce qui représente un avantage important par rapport au Lithium-Ion dont l’électrolyte organique est inflammable. Mais cette technologie n’a pas encore démontré sa maturité industrielle.
English 
French