Construire un centre de stockage par batterie à grande échelle en Europe

Tandis que le monde s’efforce de combler l’écart qui ne cesse de se creuser entre le dérèglement climatique et l’action en faveur du climat, on accorde de plus en plus d’importance aux stratégies d’atténuation, telles que les énergies renouvelables et l’électrification. Les projections visant à limiter l’augmentation de la température mondiale à 1,5^°C par rapport à l’ère préindustrielle préconisent l’utilisation massive de sources d’énergie éolienne et solaire d’ici à 2050, celles-ci représentant respectivement dans certains modèles 35 % et 25 % de toute la production d’électricité ^[1].

Cependant, l’énergie éolienne et solaire s’accompagne d’une mise en garde importante : à moins d’être intégrée au réseau pour une utilisation immédiate, le stockage de l’énergie créée par toutes ces turbines et tous ces panneaux s’avère une entreprise complexe. En l’absence de moyens de stockage adéquats, les foyers et les industries pourraient se retrouver privés d’énergie lorsque les nuages masquent le soleil ou que les pales sont immobiles dans un ciel sans vent.

La réponse évidente à ce problème sont les systèmes de stockage d’énergie par batterie (ou SSEB) à grande échelle, capables de conserver de l’électricité provenant de sources renouvelables jusqu’à son déploiement, et c’est un domaine dans lequel Abdul Latif Jameel Energy, par le biais de FRV, est l’un des pionniers en pleine ascension.

Alors que 2023 marque une nouvelle année de températures record ^[2] et que les catastrophes liées au climat ^[3] coûtent des milliers de vies, il n’est pas surprenant que les installations de SSEB connaissent un essor spectaculaire.

installations de SSEB connaissent un essor spectaculaire.

D’ici 2030, les systèmes de stockage de masse de l’énergie dans le monde devraient atteindre une capacité totale cumulée de 411 GW, soit environ 15 fois la capacité opérationnelle depuis 2021 ^[4]. Des investissements ambitieux donnent à l’ensemble du marché un nouvel élan indispensable. Rien qu’en 2022, plus de 5 milliards USD ont été injectés dans les installations de SSEB, soit trois fois plus que 12 mois plus tôt. Et ce n’est que le début. Selon les experts du cabinet de conseil McKinsey, d’ici la fin de la décennie, le marché des SSEB pourrait doubler par rapport à sa taille actuelle pour atteindre entre 120 et 150 milliards USD dans le monde ^[5].

Les États-Unis et la Chine semblent destinés à rester les pionniers du secteur, car ils accueilleront probablement plus de la moitié de ces systèmes de stockage d’ici 2030. Cependant, le reste du monde n’entend pas rester les bras croisés, et une région en particulier rattrape rapidement ces géants de l’industrie : l’Europe.

Avant d’examiner comment le continent européen adopte le stockage par batterie à grande échelle, il convient de se pencher un instant sur la technologie qui sous-tend le secteur et sur son potentiel pour stimuler la lutte contre le changement climatique.

Une batterie de solutions pour répondre au casse-tête du stockage de l’énergie

Les batteries de stockage à grande échelle se connectent à la fois aux dispositifs de production d’énergie (principalement aux éoliennes et aux panneaux solaires) et aux réseaux de transmission. Les capacités de stockage vont de quelques mégawattheures à des centaines de mégawattheures par installation. Environ 95 % des systèmes fonctionnent actuellement avec des batteries lithium-ion ^[6]. Une seule batterie de 40 MWh peut éviter environ 400 heures de congestion du réseau et environ 2 millions USD de dépenses en carburant ^[7].

Les batteries à l’échelle du réseau ont le potentiel de réduire considérablement l’empreinte carbone du secteur de l’énergie, un secteur qui représente plus de 40 % de toutes les émissions mondiales de CO₂ ^[8].

Les batteries lithium-ion présentent plusieurs avantages spécifiques par rapport aux technologies concurrentes :

• elles peuvent être rechargées des milliers de fois avec une baisse minime des performances,
• elles peuvent être fabriquées à n’importe quelle capacité,
• elles se maintiennent à des prix relativement bas et présentent des résultats enviables en matière de sécurité.

La technologie lithium-ion moderne est également intelligente. En effet, elle est conçue pour restituer au réseau des schémas optimaux d’énergie à l’aide d’un logiciel algorithmique sur mesure.

La technologie est ingénieuse et captivante, avec des systèmes qui chargent puis déchargent la puissance en transférant les ions lithium entre les électrodes. Des oxydes métalliques lithiés sont généralement utilisés comme cathode pour le stockage, et le carbone comme anode pour l’extraction. McKinsey prévoit une croissance annuelle de 30 % de l’ensemble de la chaîne de batteries lithium-ion jusqu’en 2030, pour atteindre alors une taille de marché de 4,7 TWh ^[9].

Le lithium-ion est loin d’être la seule technologie qui promet de résoudre la quadrature du cercle de l’approvisionnement en énergie fiable à partir de sources renouvelables irrégulières.

Les batteries sodium-ion retiennent moins d’énergie que leurs équivalents lithium-ion et ont une durée de vie plus courte, mais elles sont un cinquième moins chères et pourraient venir combler le vide si l’approvisionnement en lithium venait à décliner ^[10]. Au moins six nouveaux fabricants ont commencé à produire des batteries sodium-ion en 2023.

Les batteries à flux produisent de l’énergie grâce à deux composants chimiques dissous dans un liquide et divisés par une membrane, en utilisant des électrolytes pour extraire les électrons. Bien que moins efficace que les matériaux électroactifs solides, cette technologie recèle un potentiel à grande échelle, puisqu’elle alimente déjà les habitations de la ville portuaire chinoise de Dalian avec une batterie à flux de 400 MWh, 100 MW.

D’autres innovations se profilent à l’horizon. Les systèmes à air comprimé (qui libèrent l’air d’un conteneur pressurisé pour faire tourner une turbine), les batteries mécaniques à gravité (qui permettent à des blocs lestés de descendre d’une tour, créant ainsi un couple, en période de pénurie d’énergie) et même les batteries au sable (qui piègent la chaleur dans des silos en utilisant le sable comme moyen de stockage à haute température) en sont à différents stades de développement, et seront bientôt prêts à compléter les systèmes lithium-ion qui dominent le marché, et à mettre en avant la polyvalence des concepts de stockage de l’énergie.

Que l’avenir du stockage d’énergie soit régi par les minéraux de terres rares, le sable ou la gravité, une chose est sûre : sans une infrastructure de batteries massive, nos sociétés ne se libéreront jamais complètement des chaînes des combustibles fossiles. Les batteries sont le pont qui peut faciliter notre transition vers un avenir zéro émission nette et éviter les conséquences les plus extrêmes du changement climatique.

En Europe, les législateurs semblent particulièrement conscients de l’importance du stockage d’énergie à grande échelle, ce qui alimente une croissance du marché qui peut se résumer en un seul mot : électrisante.

Survoltage : l’Europe ouvre la voie en matière de stockage par batterie

Survoltage : l’Europe ouvre la voie en matière de stockage par batterie

L’Europe est en pleine effervescence avec de nouveaux projets de SSEB à l’échelle du réseau.

En 2022, quelque 1,9 GW de nouvelle capacité de stockage ont été mis en service sur l’ensemble du continent à travers 170 projets individuels, sous l’impulsion de grandes expansions au Royaume-Uni, en France, en Allemagne et en Irlande. Les chiffres définitifs pour 2023 sont en cours de calcul, mais les prévisions pour l’année voient les nouvelles installations grimper à 3,7 GW, pour une croissance annuelle de près de 100 % ^[11].

Une grande partie de l’expansion de 2023 a été réalisée grâce au Royaume-Uni (+1 512 MW), à l’Italie (+853 MW), à la France (+337 MW), à l’Allemagne (+215 MW), à l’Irlande (+205 MW), à la Lituanie (+200 MW) et à la Suède (+112 MW).

Une trajectoire est maintenant établie, avec des progrès encore plus rapides à venir. Si les plans actuels se concrétisent, on peut s’attendre à ce que la construction de nouvelles installations SSEB à grande échelle atteigne au moins 95 GW d’ici le milieu de ce siècle dans toute l’Europe. De telles ambitions dépassent les 5 GW installés en cumul au début de 2023, et représentent ensemble plus de 70 milliards d’euros d’investissement ^[12].

À l’avenir, l’Allemagne, le Royaume-Uni, la Grèce, l’Irlande et l’Italie devraient mener la charge. Ces prévisions ne sont peut-être que la partie émergée de l’iceberg, puisque 14 des 24 pays de l’UE n’ont pas encore dévoilé leurs propres objectifs en matière de déploiement d’installations de stockage des énergies renouvelables.

Les performances augmenteront en même temps que la capacité. Les batteries offrant plus de 4 heures de stockage représenteront plus de 60 % du total des installations d’ici 2050, contre seulement 22 % en 2025.

Le secteur connaît une évolution particulièrement rapide au Royaume-Uni. Les analystes des matières premières S&P Global considèrent que c’est parce que le pays s’est établi comme un « pionnier » sur le terrain. En 2016, le réseau national du Royaume-Uni a proposé des contrats de réponse rapide d’une durée de quatre ans à huit projets couvrant 201 MW d’énergie – à ce moment-là, le double de la capacité installée totale de l’Europe ^[13].

La tendance au Royaume-Uni ne montre aucun signe de ralentissement. Au quatrième trimestre 2023, près de 420 MW de nouveaux projets de stockage par batterie ont été mis en service dans tout le pays, soit la plus forte augmentation jamais enregistrée et 13 % de plus que le trimestre précédent. Au total, huit grandes installations à échelle commerciale ont commencé à fonctionner pendant cette période. La hausse a porté la capacité de stockage opérationnelle des SSEB au Royaume-Uni à 4,6 GWh ^[14].

Quels sont donc les facteurs qui expliquent la popularité croissante des projets de stockage par batterie en Europe, et quelles leçons pouvons-nous tirer pour propager cet enthousiasme dans le reste du monde industrialisé ?

Les décideurs sont fermement convaincus du potentiel des SSEB

L’Europe est en pleine crise de l’énergie, avec une baisse des approvisionnements en gaz russe de plus de 80 % en 2022 et une multiplication par 15 des prix de gros du pétrole et du gaz depuis 2021 ^[15]. De plus en plus, l’Europe cherche à s’approvisionner en énergie renouvelable pour combler l’écart et réduire les prix pour les consommateurs, et les batteries sont la solution logique pour stocker cette électricité.

De même que les défenseurs des batteries invoquent le porte-monnaie des citoyens, ils peuvent également se tourner vers le ciel.

Malgré son climat relativement clément, l’Europe n’est pas à l’abri des effets tangibles du dérèglement climatique. L’Allemagne, l’Autriche, la Hongrie, la Tchéquie et la Slovénie ne sont que quelques-uns des pays touchés par les inondations soudaines l’année dernière, le dernier ayant enregistré l’équivalent d’un mois de pluie en seulement 24 heures et subi des dégâts estimés à 500 millions d’euros ^[16]. Des températures caniculaires sur le continent ont déclenché des feux de forêt au Portugal, en Espagne et en Grèce. Les incidents météorologiques en Europe en 2022 ont causé environ 16 365 décès et affecté 156 000 personnes ^[17].

Pourtant, la principale raison de l’essor du marché des batteries à grande échelle en Europe est un environnement politique réceptif encourageant la croissance de ces systèmes.

Le plan REPowerEU de l’UE vise à accélérer la transition énergétique en fixant l’objectif de la région en matière d’énergie renouvelable à 45 % d’ici 2030 ^[18]. Il prévoit des investissements dans les infrastructures énergétiques propres d’une valeur de 800 millions d’euros, notamment des projets de stockage d’énergie et de compatibilité transfrontalière via le Mécanisme pour l’interconnexion en Europe (MIE) pour l’énergie [19].

Annoncé en mars dernier, le règlement pour une industrie « zéro net » de la Commission européenne (CE), un pilier du Plan industriel du pacte vert de l’UE, vise à générer des capitaux nouveaux pour les projets de stockage d’énergie à l’échelle du réseau en promouvant la fabrication nationale de batteries ^[20].

Publiées à peu près à la même époque, les réformes proposées par la CE pour l’organisation du marché de l’électricité donnent la priorité aux systèmes de stockage d’électricité dans le cadre des efforts visant à établir l’indépendance énergétique ^[21].

L’une des stratégies consiste à établir des objectifs de flexibilité nationaux pour la « réponse à la demande » et le stockage, ainsi qu’un plus grand partage d’énergie entre les États et les marchés de gros ^[22].

Le plan industriel du pacte vert comprend également un règlement sur les matières premières critiques visant à renforcer le raffinage, le traitement et le recyclage des matériaux essentiels à la transition vers une énergie propre, notamment le lithium, un matériau clé pour les batteries et d’autres éléments de terres rares ^[23].

La coordination législative laisse déjà un héritage durable. À la fin de l’année dernière, l’Italie a reçu le feu vert pour affecter 17,7 milliards d’euros à la construction de plus de 9 GW de stockage d’énergie. Aux Pays-Bas, la société allemande d’électricité RWE AG construit une installation de batteries à grande échelle pour intégrer son parc offshore OranjeWind au réseau. Pour son marché national, RWE AG est également à l’origine de projets de méga-batteries à Lingen, Werne et deux autres sites en Rhénanie-du-Nord-Westphalie ^[24].

L’efficacité du soutien législatif aux projets de SSEB a déjà été démontrée ailleurs dans le monde. Pour s’en convaincre, il suffit de regarder l’initiative australienne de modernisation du réseau « Rewiring the Nation » de 20 milliards AUD, qui a eu un impact exponentiel sur la portée des projets de batteries à grande échelle en cours de construction ^[25] ; ou la loi de 2022 des États-Unis sur la réduction de l’inflation, qui devrait doubler la capacité de stockage par batterie dans ce pays en 2024 ^[26].

Malgré l’essor rapide des usines de SSEB en Europe et l’environnement politique de plus en plus porteur, plusieurs obstacles doivent encore être surmontés avant que la technologie ne puisse réaliser son plein potentiel.

Les défis actuels entraveront-ils le développement des usines de batteries ?

Même si les projets de batterie à l’échelle du réseau se multiplient sur le continent, les promoteurs se plaignent encore de la bureaucratie excessive et des frais inutiles. Malgré ses récentes avancées, l’UE ne parvient toujours pas à harmoniser les réglementations. Aujourd’hui encore, les nouveaux projets de SSEB doivent être approuvés par chaque État, lesquels ont souvent des priorités contradictoires et des définitions juridiques contradictoires, ce qui conduit à des modèles commerciaux divergents dans l’ensemble de l’Union européenne ^[27].

Les principaux défis restent l’interopérabilité du réseau, la prestation de services auxiliaires et le déploiement de contrats à long terme jugés nécessaires par les investisseurs pour stimuler les spéculations sur une technologie qui en est encore à ses balbutiements.

Le marché européen reste fragmenté, avec des consolidations insuffisantes jusqu’à présent pour parvenir à une stabilité dans le secteur ^[28]. La volatilité des prix sur l’ensemble de la chaîne de valeur des batteries reste également un problème. En décembre 2022, le prix du carbonate de lithium (comprenant le coût, l’assurance et le fret) était estimé à 75 000 USD/mt, soit une augmentation de 122 % en glissement annuel ^[29].

Malgré les mesures d’atténuation telles que le règlement européen sur les matières premières critiques (voir ci-dessus), les préoccupations persistent quant à la résilience des chaînes d’approvisionnement, en particulier les réserves de ces minéraux de terres rares si vitales pour les batteries. Les fabricants de véhicules électriques (VE) sont en concurrence avec d’autres industries pour l’accès à des ressources rares telles que le lithium, ce qui entraîne des retards sur le marché du stockage d’énergie. Les achats de batteries de Volkswagen au cours des trois prochaines années, par exemple, dépasseront de loin les projets des dix plus grands fournisseurs de stockage d’énergie réunis ^[30].

Il faut également surmonter le problème lié à l’opinion publique. L’extraction de minéraux de terres rares consomme des ressources naturelles, entraîne une perte de biodiversité et contamine régulièrement les paysages. Dans les marchés émergents, souvent l’origine de ces minéraux, les droits des peuples autochtones et le travail forcé peuvent entacher encore davantage la réputation. Transformer la vision d’une Europe alimentée par batterie en réalité impliquera une bataille des cœurs et des esprits, ainsi que des bilans.

Pour que la mission soit couronnée de succès, elle doit être soutenue par un secteur privé dynamique, désireux de consacrer ses capitaux à des solutions de SSEB à long terme et susceptibles de changer la donne.

Le secteur privé peut contribuer à l’essor du stockage par batterie

En tant qu’entreprise phare d’Abdul Latif Jameel dans le domaine des énergies renouvelables, Fotowatio Renewable Ventures (FRW) possède déjà une solide expérience en matière d’innovation.

Présente sur les cinq continents, FRV développe et gère des projets d’énergie solaire, éolienne et hybride, ainsi qu’un portefeuille de systèmes de stockage par batterie.

FRV est le fer de lance des efforts du secteur privé pour promouvoir les installations de SSEB dans toute l’Europe, en mettant l’accent sur le Royaume-Uni, où elle a créé un Centre d’excellence SSEB dirigé par David Menendez.

En 2023, FRV a procédé à la clôture financière de deux de ses principaux projets de stockage par batterie au Royaume-Uni, à savoir Contego, West Sussex et Clay Tye, Essex. Ce dernier est l’un des plus grands projets de SSEB jamais menés au Royaume-Uni et le plus grand SSEB opérationnel en Europe au moment de son inauguration.

Clay Tye a été mis en service fin mars 2024, avec une puissance de 99 MW et une capacité de 198 MWh. Elle utilise 52 batteries lithium-ion Tesla Megapack, ainsi que le logiciel Autobidder AI de Tesla pour l’échange de capacités énergétiques et la gestion de projet efficace.

Contego exploite une puissance de 34 MW et une capacité de 68 MWh grâce à un réseau de 28 batteries.

FRV a également commencé la construction de deux autres programmes de SSEB au Royaume-Uni, cette fois dans les Midlands. Chaque projet couvre un total de 1,01 hectare et, ensemble, ils produiront quelque 100 MW d’énergie. Les deux systèmes de stockage par batterie lithium-ion permettront d’importer et d’exporter de l’énergie connectée vers le réseau de distribution.

Ces programmes s’appuient sur le succès du projet de batterie de Holes Bay de FRV à Dorset, au Royaume-Uni, actif depuis 2020. Le site de 15 MWh a été le premier à être mis en service dans la nouvelle interface de programmation d’application (API) à accès élargi du réseau électrique national pour le mécanisme d’équilibrage.

FRV compte désormais plus de 5 GW de projets SSEB à différentes étapes d’exploitation ou de développement au Royaume-Uni. Ces projets sont complétés par des projets similaires en Australie, où la société développe des installations de SSEB à Gnarware, dans l’État de Victoria, et une usine hybride solaire et SSEB à Dalby, dans l’État du Queensland. Elle détient également une participation majoritaire dans un projet SSEB en Grèce et, en février 2024, FRV s’est associée à AmpTank Finland Oy pour un projet de système de stockage d’énergie par batterie (SSEB) à grande échelle en Finlande.

Fady Jameel, vice-président international d’Abdul Latif Jameel, déclare : « Les systèmes de stockage d’énergie par batterie à l’échelle du réseau sont un lien vital entre les sources d’énergie renouvelable et les approvisionnements fiables en électricité verte pour nos communautés. La technologie avant-gardiste des SSEB permet de garantir aux foyers et aux entreprises un accès à l’électricité 24 h/24, 7 j/7, en offrant une flexibilité en période de pic aux réseaux électriques à l’échelle mondiale et en accélérant notre nécessaire transition vers un abandon des combustibles fossiles nocifs. »

[1] https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Webinars/07012020_INSIGHTS_webinar_Wind-and-Solar.pdf

[2] https://www.metoffice.gov.uk/about-us/press-office/news/weather-and-climate/2024/2023-the-warmest-year-on-record-globally

[3] https://www.theguardian.com/environment/2023/dec/27/2023-costliest-climate-disasters-poor-lose-out-global-postcode-lottery

[4] https://www.pveurope.eu/solar-storage/bloombergnef-global-energy-storage-market-15-fold-growth-2030

[5] https://www.mckinsey.com/industries/automotive-and-assembly/our-insights/enabling-renewable-energy-with-battery-energy-storage-systems

[6] https://www.windpowerengineering.com/how-three-battery-types-work-in-grid-scale-energy-storage-systems/

[7] https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2019/Sep/IRENA_Utility-scale-batteries_2019.pdf

[8] https://documents.worldbank.org/en/publication/documents-reports/documentdetail/873091468155720710/Understanding-CO2-emissions-from-the-global-energy-sector

[9] https://www.mckinsey.com/industries/automotive-and-assembly/our-insights/battery-2030-resilient-sustainable-and-circular

[10] https://www.mckinsey.com/industries/automotive-and-assembly/our-insights/enabling-renewable-energy-with-battery-energy-storage-systems

[11] https://www.energy-storage.news/europe-deployed-1-9gw-of-battery-storage-in-2022-3-7gw-expected-in-2023-lcp-delta/

[12] https://auroraer.com/media/european-battery-markets-on-track-to-attract-over-70bn-e-investment-by-2050/

[13] https://www.spglobal.com/commodityinsights/en/market-insights/latest-news/electric-power/123022-opportunity-for-battery-storage-as-big-as-it-has-ever-been-in-europe

[14] https://www.solarpowerportal.co.uk/q4-2023-sees-largest-quarterly-increase-in-battery-energy-storage/

[15] https://www.imf.org/en/Publications/fandd/issues/2022/12/beating-the-european-energy-crisis-Zettelmeyer

[16] https://www.euronews.com/green/2023/08/08/torrential-rain-flash-floods-and-raging-wildfires-europes-extreme-summer

[17] https://news.un.org/en/story/2023/06/1137867

[18] https://commission.europa.eu/strategy-and-policy/priorities-2019-2024/european-green-deal/repowereu-affordable-secure-and-sustainable-energy-europe_en

[19] https://www.iea.org/policies/15691-repowereu-plan-joint-european-action-on-renewable-energy-and-energy-efficiency

[20] https://www.energy-storage.news/european-commissions-net-zero-industry-act-includes-energy-storage-as-eligible-technology/

[21] https://energy.ec.europa.eu/topics/markets-and-consumers/market-legislation/electricity-market-design_en

[22] https://www.energy-storage.news/european-commissions-raised-ambition-for-energy-storage-in-electricity-market-design-welcomed-with-caveats/

[23] https://www.reuters.com/markets/commodities/eus-hunt-critical-minerals-2023-12-18/

[24] https://www.bloomberg.com/news/articles/2024-02-15/battery-storage-for-europe-s-grids-may-finally-be-getting-ready-for-net-zero

[25] https://www.energy-storage.news/australia-had-over-2gwh-of-large-scale-battery-storage-under-construction-at-end-of-2022/

[26] https://www.eia.gov/todayinenergy/detail.php?id=61202

[27] https://www.bloomberg.com/news/articles/2024-02-15/battery-storage-for-europe-s-grids-may-finally-be-getting-ready-for-net-zero

[28] https://www.mckinsey.com/industries/automotive-and-assembly/our-insights/enabling-renewable-energy-with-battery-energy-storage-systems

[29] https://www.spglobal.com/commodityinsights/en/market-insights/latest-news/electric-power/123022-opportunity-for-battery-storage-as-big-as-it-has-ever-been-in-europe

[30] https://www.spglobal.com/commodityinsights/en/market-insights/latest-news/electric-power/123022-opportunity-for-battery-storage-as-big-as-it-has-ever-been-in-europe