D’ici 2030, le marché mondial des systèmes de stockage d’énergie par batterie (BESS) devrait atteindre 25 milliards de dollars. Les foyers et les entreprises équipés d’un BESS peuvent réduire leur facture d’électricité jusqu’à 30 %. Face à la hausse des besoins énergétiques et à la place croissante des énergies renouvelables, ces systèmes jouent un rôle décisif. Ils assurent une alimentation de secours fiable, renforcent la stabilité du réseau et facilitent l’utilisation des renouvelables.
Qu’est-ce qu’un BESS ?
Un système de stockage d’énergie par batterie (BESS) stocke l’électricité dans une ou plusieurs batteries rechargeables. Cette énergie reste disponible pour une utilisation ultérieure, afin de maintenir l’alimentation lors de coupures ou de périodes de forte demande. Un BESS comprend généralement des cellules de batterie, un système de gestion de batterie (BMS), un onduleur et un système de gestion de l’énergie (EMS).
- Batteries : Ce sont les éléments centraux dans lesquels l’énergie électrique est stockée.
- BMS : Il surveille l’état et la sécurité de la batterie, notamment la tension, le courant, la température et l’état de charge. Il prévient la surcharge et la surchauffe et équilibre la charge entre les cellules pour optimiser les performances et prolonger la durée de vie.
- Onduleur/convertisseur : Il transforme le courant continu (CC) des batteries en courant alternatif (CA), utilisé dans la plupart des foyers et des entreprises. Il peut aussi convertir le courant alternatif en courant continu pour charger les batteries.
- EMS : Il pilote le fonctionnement du système et décide quand charger ou décharger les batteries selon la demande et la disponibilité de l’énergie.
Le concept de BESS n’est pas nouveau. Il a évolué au fil des progrès réalisés dans les batteries, en particulier les batteries lithium-ion. Ces systèmes permettent aujourd’hui de stocker efficacement de grandes quantités d’énergie et font partie intégrante des stratégies modernes de gestion énergétique.
Comment fonctionne un BESS ?
Un système de stockage d’énergie par batterie (BESS) peut stocker de l’énergie provenant de différentes sources : installations photovoltaïques, éoliennes ou réseau électrique.
Un BESS fonctionne essentiellement comme une grande batterie rechargeable. Lorsqu’un surplus d’énergie est disponible, par exemple pendant une journée très ensoleillée ou venteuse, il le stocke en transformant l’énergie électrique en énergie chimique dans les batteries.
L’énergie reste stockée dans les cellules jusqu’à ce qu’elle soit nécessaire. Lorsque la demande augmente ou qu’une coupure survient, le BESS transforme l’énergie chimique en électricité. Celle-ci peut alimenter un logement ou une entreprise, ou être réinjectée directement dans le réseau si la configuration de l’installation le permet.
Types de systèmes de stockage d’énergie par batterie
Batteries lithium-ion
Les batteries lithium-ion sont la technologie de stockage par batterie la plus répandue. Leur forte densité énergétique permet de stocker davantage d’énergie dans un espace réduit. Elles offrent aussi un rendement élevé et se chargent et se déchargent rapidement, ce qui convient aux usages avec des cycles fréquents, comme le stockage résidentiel ou les véhicules électriques. Leur longue durée de vie en cycles permet une utilisation régulière pendant de nombreuses années. Elles peuvent toutefois coûter plus cher que d’autres technologies et nécessitent une gestion rigoureuse pour éviter la surchauffe.
Batteries au plomb
Les batteries au plomb sont utilisées depuis longtemps et restent présentes dans certaines applications BESS. Moins avancées que les batteries lithium-ion, elles sont néanmoins nettement moins coûteuses. Elles conviennent donc aux applications stationnaires privilégiant un faible coût, comme l’alimentation de secours des bâtiments. Robustes et fiables, elles ont aussi des limites : entretien régulier, durée de vie plus courte, poids et encombrement supérieurs à ceux des batteries lithium-ion.
Batteries à flux
Les batteries à flux se distinguent par leur architecture. Elles stockent l’énergie dans des électrolytes liquides placés dans des réservoirs externes. Leur capacité peut être augmentée en ajoutant du volume d’électrolyte, ce qui les rend intéressantes pour les projets de grande envergure, notamment le stockage sur réseau et l’intégration des renouvelables. Elles se dégradent peu malgré de nombreux cycles de charge et de décharge et présentent donc une longue durée de vie en cycles. En revanche, les batteries lithium-ion offrent généralement une densité énergétique plus élevée. Les réservoirs des systèmes à flux nécessitent davantage d’espace, ce qui peut limiter leur implantation.
Batteries sodium-soufre
Les batteries sodium-soufre fonctionnent à haute température et présentent une forte densité énergétique, adaptée aux applications de grande envergure. Leur température doit être précisément maîtrisée pour garantir un fonctionnement sûr et efficace. Elles sont principalement utilisées dans le stockage à l’échelle du réseau et les applications industrielles nécessitant de grandes capacités. Cependant, leurs températures de fonctionnement élevées augmentent la complexité technique et le coût de cette solution efficace et fiable.
Avantages des BESS
Stabilité et fiabilité accrues du réseau
Les systèmes de stockage d’énergie par batterie (BESS) améliorent la stabilité du réseau en compensant les écarts entre production et consommation. Lors des pointes de demande, ils restituent l’énergie stockée pour soutenir le réseau. Ils réduisent ainsi la sollicitation des centrales et le risque de coupures, tout en contribuant à une alimentation stable et fiable. Cette fonction est particulièrement importante dans les régions où les renouvelables occupent une place élevée, car leur production est variable et moins prévisible. Les BESS constituent donc un élément clé de la transition énergétique.
Intégration des énergies renouvelables
L’un des principaux avantages des BESS est de faciliter l’intégration des renouvelables au réseau malgré les variations météorologiques. Le solaire et l’éolien sont des ressources précieuses, mais leur production dépend de l’ensoleillement et du vent. Le stockage atténue ces fluctuations : il conserve les surplus lors des périodes de forte production et les restitue lorsque la météo change ou que la demande augmente. Cela stabilise l’approvisionnement, améliore l’utilisation des renouvelables et réduit la dépendance aux combustibles fossiles.
Réduction des coûts et écrêtement des pointes
La facture d’électricité peut fortement augmenter lorsque les prix grimpent aux heures de pointe. Les BESS permettent de limiter la puissance maximale soutirée au réseau grâce à l’écrêtement des pointes, également appelé peak shaving. Ils permettent aussi de décaler le prélèvement d’électricité sur le réseau : ils stockent l’électricité moins chère en heures creuses et la restituent pendant les périodes de pointe plus coûteuses. Outre les économies pour les consommateurs, ils peuvent éviter aux fournisseurs des investissements coûteux dans des capacités de production supplémentaires pour répondre aux pointes et gérer les variations cycliques de la demande. L’ensemble du système énergétique peut ainsi réduire ses coûts.
Meilleure efficacité énergétique
Les BESS peuvent aussi limiter les pertes liées au transport et à la distribution de l’électricité sur de longues distances. Une partie de l’énergie se perd pendant ce trajet. En la stockant plus près des lieux de consommation, on réduit ces pertes et une plus grande part de l’électricité produite atteint sa destination. C’est comparable à un réservoir d’eau local, qui répond aux besoins en limitant les pertes et les inefficacités d’une longue chaîne d’approvisionnement.
Applications des BESS
Les BESS proposent des solutions adaptées à différents usages pour rendre l’alimentation énergétique plus fiable, efficace et économique. Dans les logements, les bâtiments commerciaux, les réseaux électriques, les infrastructures de recharge et l’industrie, ils contribuent à satisfaire la demande et à intégrer les énergies renouvelables.
Bâtiments résidentiels et tertiaires
Les BESS assurent une alimentation de secours en cas de coupure et optimisent la consommation dans les bâtiments résidentiels et tertiaires. Les particuliers peuvent stocker le surplus photovoltaïque produit le jour pour l’utiliser la nuit, réduisant ainsi leur dépendance au réseau et leurs coûts d’électricité et d’exploitation. Les entreprises peuvent diminuer les frais liés aux pointes de puissance et mieux maîtriser leurs dépenses. Charger lorsque l’électricité est bon marché et la consommer lorsqu’elle est plus chère peut générer des économies importantes. Les systèmes maintiennent aussi l’alimentation des équipements critiques pendant les coupures et contribuent à les protéger.
Stockage à l’échelle du réseau
Les BESS à l’échelle du réseau jouent un rôle majeur dans l’équilibre entre production et consommation. En période de faible demande, ils stockent les surplus renouvelables, puis les restituent lors des pointes. Ils réduisent ainsi le besoin de centrales supplémentaires et le risque de coupures. Cette capacité améliore la stabilité et la fiabilité du réseau et permet d’y intégrer davantage d’énergie solaire et éolienne.
Véhicules électriques et infrastructures de recharge
Le stockage par batterie joue un rôle important dans les véhicules électriques et leurs infrastructures de recharge. À bord du véhicule, il fournit l’énergie nécessaire à une propulsion efficace. Dans les stations de recharge, un BESS peut stocker l’électricité en heures creuses et la fournir pendant les pointes, permettant une recharge rapide et efficace sans surcharger le réseau. Cette fonction devient essentielle à mesure que le nombre de véhicules électriques augmente et que les besoins en recharge évoluent vers des solutions plus robustes et flexibles.
Microréseaux et systèmes hors réseau
Dans les zones isolées ou non raccordées au réseau, les BESS facilitent la création de microréseaux autonomes. Ils stockent l’énergie produite localement par des panneaux solaires ou des éoliennes pour maintenir une alimentation stable malgré l’intermittence de la production. Cela est essentiel pour les communautés isolées, les opérations de rétablissement après une catastrophe et les bases militaires nécessitant une alimentation fiable et résiliente. Les BESS offrent une solution durable et économique pour ces besoins autonomes.
Applications industrielles
Les BESS permettent aux industries fortement consommatrices d’énergie de mieux gérer leurs usages. Ils écrêtent les pointes de puissance, réduisent les frais associés et améliorent l’efficacité énergétique. Ils fournissent aussi une alimentation de secours pour maintenir les activités essentielles pendant les coupures, éviter des arrêts coûteux et préserver la sécurité. Les industriels peuvent également associer le stockage à une production renouvelable sur site pour réduire leur dépendance au réseau et leur empreinte carbone. Cette combinaison de gestion énergétique et de durabilité en fait une ressource importante pour l’industrie.
Configurations BESS : FTM et BTM
Les systèmes de stockage d’énergie par batterie (BESS) se répartissent en deux grandes configurations : Front-of-the-Meter (FTM), côté réseau en amont du compteur, et Behind-the-Meter (BTM), côté consommateur en aval du compteur. Les systèmes FTM visent principalement les applications à l’échelle du réseau et fournissent des services qui améliorent la stabilité et l’efficacité du système électrique. Les BTM répondent aux besoins des clients souhaitant réduire leur facture, disposer d’une alimentation de secours et accroître leur autonomie énergétique. Le tableau ci-dessous compare ces configurations :
| Caractéristique | En amont du compteur : Front-of-the-Meter (FTM) | En aval du compteur : Behind-the-Meter (BTM) |
| Emplacement | Côté réseau, en amont du compteur | Côté consommateur, en aval du compteur |
| Principaux utilisateurs | Gestionnaires et fournisseurs d’électricité, producteurs indépendants | Particuliers, entreprises et sites industriels |
| Échelle | Grande échelle | Petite à moyenne échelle |
| Objectif principal | Services au réseau, stabilité et intégration des renouvelables | Gestion énergétique sur site, économies et alimentation de secours |
| Source d’énergie | Réseau et grands projets de production renouvelable | Production renouvelable sur site, comme le photovoltaïque en toiture |
| Raccordement au réseau | Raccordement direct au réseau électrique | Raccordement par l’installation électrique du consommateur |
| Services fournis | Réglage de fréquence, soutien de tension, écrêtement des pointes et report des investissements de capacité | Autonomie énergétique, écrêtement des pointes et gestion des frais de puissance |
| Participation économique | Participation aux marchés de l’énergie et arbitrage énergétique | Réduction de la facture et des frais liés à la puissance appelée |
| Alimentation de secours | Généralement non utilisé pour l’alimentation de secours | Alimentation de secours pendant les coupures |
| Priorité de gestion | Améliorer la fiabilité et l’efficacité du réseau | Gérer les usages et la fiabilité de l’alimentation sur site |
| Sources de revenus | Services auxiliaires et participation au marché | Économies et revenus potentiels des surplus si un dispositif de comptage net est disponible |
| Cadre réglementaire | Réglementation du secteur électrique et règles des marchés | Tarifs des consommateurs et règles de comptage net |
Pour choisir la configuration adaptée, consultez notre guide Types de systèmes de stockage d’énergie solaire : guide d’achat.
Questions fréquentes
Quelle est la durée de vie d’un BESS ?
Elle dépend du type de batterie utilisé. Avec un entretien approprié, les batteries lithium-ion peuvent durer entre dix et quinze ans. Les batteries au plomb ont généralement une durée de vie plus courte, d’environ cinq à sept ans. Les conditions d’utilisation, l’environnement et la maintenance influencent également la longévité du système.
Combien coûte un BESS ?
Le coût d’un BESS varie selon sa taille, ses caractéristiques et son application. Un système résidentiel peut coûter environ 5000 à 15000 dollars, tandis que les installations commerciales ou à l’échelle du réseau peuvent atteindre plusieurs centaines de milliers, voire des millions de dollars, hors installation. Le type de batterie, la capacité et la complexité de l’installation sont les principaux facteurs de coût.
Un BESS peut-il être recyclé ?
Oui. La plupart des composants d’un BESS, notamment les batteries, peuvent être recyclés. Le recyclage des batteries lithium-ion permet par exemple de récupérer des matériaux précieux comme le lithium, le cobalt et le nickel. Les pratiques et les réglementations varient selon les régions : il convient donc de suivre les consignes locales pour les composants d’un BESS.
Quels sont les risques de sécurité d’un BESS ?
La sécurité est essentielle pour un BESS. Bien que les systèmes modernes disposent de nombreuses protections, une mauvaise installation, un entretien insuffisant ou des conditions extrêmes peuvent créer des risques. Les batteries lithium-ion nécessitent notamment une gestion rigoureuse pour prévenir la surchauffe et les risques d’incendie. Il est indispensable de respecter les consignes du fabricant et les normes du secteur. Pour en savoir plus sur les exigences de conformité, consultez notre guide UL9540 : les normes de sécurité essentielles des systèmes de stockage d’énergie.
Comment mesure-t-on la capacité d’un BESS ?
La capacité d’un BESS s’exprime généralement en kilowattheures (kWh) ou en mégawattheures (MWh). Elle indique la quantité d’énergie que le système peut stocker ou fournir. Par exemple, un système de 10 kWh peut fournir 1 kW pendant 10 heures ou 10 kW pendant une heure. La capacité nécessaire dépend des besoins énergétiques et de la consommation de chaque application.
Quels sont les impacts environnementaux d’un BESS ?
Les BESS ont des effets positifs et négatifs sur l’environnement. Ils facilitent l’intégration des renouvelables, réduisent la dépendance aux combustibles fossiles et contribuent à diminuer les émissions de gaz à effet de serre. Toutefois, la fabrication et la fin de vie des batteries soulèvent des enjeux liés à l’extraction des matières premières et à la gestion des déchets. Les progrès du recyclage et les pratiques respectueuses de l’environnement contribuent à limiter ces impacts.
Comment un BESS fonctionne-t-il avec les énergies renouvelables ?
Un BESS stocke les surplus issus de sources renouvelables, comme le solaire et l’éolien, puis les restitue lorsque cela est nécessaire. Il atténue ainsi les variations de production et favorise une alimentation plus stable et fiable. En gérant l’intermittence des renouvelables, il permet d’augmenter la part d’énergie propre sur le réseau.
Peut-on augmenter la capacité d’un BESS ?
Oui. De nombreux systèmes de stockage sont conçus pour être évolutifs. Lorsque la capacité ne suffit plus, il est possible d’ajouter des modules de batterie. Cette souplesse permet de commencer avec une petite installation, puis de l’agrandir pour répondre à une demande croissante ou profiter des progrès technologiques.
Quelles sont les alternatives aux BESS ?
Il existe plusieurs alternatives aux BESS, chacune ayant ses avantages et ses applications :
- Stockage hydraulique par pompage-turbinage : L’eau est pompée vers un réservoir plus élevé lorsque la demande est faible, puis libérée à travers des turbines pour produire de l’électricité pendant les périodes de forte demande.
- Stockage d’énergie par air comprimé (CAES) : L’énergie est stockée en comprimant de l’air dans des cavernes souterraines. Lorsque l’électricité est nécessaire, l’air est libéré pour entraîner des turbines et produire de l’électricité.
- Stockage par volant d’inertie : Un rotor tourne à grande vitesse pour stocker de l’énergie cinétique. Celle-ci est ensuite reconvertie en électricité à la demande. Cette technologie se distingue par son rendement élevé et sa réponse rapide.
- Stockage d’énergie thermique : Il conserve l’énergie sous forme de chaleur ou de froid pour une utilisation ultérieure ou une reconversion en électricité. Les sels fondus et la glace sont des supports courants.
- Stockage d’énergie par hydrogène : L’électricité excédentaire alimente un électrolyseur qui produit de l’hydrogène. Celui-ci peut être stocké, puis utilisé dans des piles à combustible pour produire de l’électricité ou directement comme combustible.
Conclusion
Les systèmes de stockage d’énergie par batterie (BESS) occupent une place importante dans la gestion énergétique moderne. Ils renforcent la stabilité du réseau, facilitent l’intégration des renouvelables et réduisent les coûts. Leur importance continuera de croître avec la transition vers un avenir énergétique plus durable. Ils contribuent à construire, pour les générations futures, un système plus résilient et efficace visant la neutralité carbone.
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