Alors que les systèmes de stockage par batteries deviennent de plus en plus avancés, et que la recherche et le développement se poursuivent à travers le monde à un rythme sans précédent, quelle est la perspective actuelle pour cette technologie prometteuse, et comment pourra-t-elle avoir un impact sur la planification énergétique dans le futur ?

Alors que l’énergie renouvelable continue de gagner de l’importance, il existe encore plusieurs obstacles à surmonter. L’un des défis les plus importants concerne la façon d’équilibrer le réseau lors des fluctuations de l’offre et de la demande. Autrement dit, qu’arrive-t-il à la production électrique à base d’énergies renouvelables si le rayonnement solaire ou le vent ne sont pas suffisants ?

Une solution est déjà en train de transformer les projets de production d’électricité à travers le monde : le stockage par batteries.

Selon KPMG, la mise en place généralisée et rapide de sources d’énergie renouvelable intermittentes, à savoir : photovoltaïque solaire (PV) et éolienne, « accélère les efforts visant à moderniser les réseaux électriques à travers le monde[1] ». Un élément clé de ce programme de modernisation est le développement, l’introduction et la croissance des systèmes de stockage par batteries.

La Gigafactory de Tesla : Tesla a lancé sa Gigafactory (« giga-usine ») en juin 2014 près de la ville de Sparks, dans le Nevada. À la mi-2018, la production de batteries de la Gigafactory 1 a atteint un taux annualisé d’environ 20 GWh, devenant ainsi l’usine de batterie avec le plus haut volume de production du monde (source : tesla.com).

 

Stimulé par une augmentation de la demande industrielle de véhicules électriques[2], ainsi que par les avancées technologiques voyant des installations à grande échelle stocker de l’énergie renouvelable et fournir des options de secours aux sources d’alimentation électrique traditionnelles, le coût du stockage par batteries baisse considérablement. Dans le même temps, la capacité et les performances des systèmes de stockage par batteries augmentent de façon exponentielle.

La plateforme de type « skateboard » de la gamme de véhicules électriques (EV) de RIVIAN permet un stockage compact et un centre de gravité bas.

 

Lors de l’exposition automobile Autoshow de Los Angeles de 2018, la start-up de véhicules électriques RIVIAN a attiré l’attention en révélant le R1T, un pick-up électrique disposant d’une autonomie maximale avec charge unique de 645 km. Avec pour objectif de changer le paradigme des véhicules électriques, RIVIAN est convaincu que chaque trajet doit laisser une empreinte dans l’esprit humain, mais pas sur la planète, aussi l’entreprise explore-t-elle des véhicules et technologies permettant de parcourir le monde. Dans leur centre d’Irvine en Californie, leur plateforme « skateboard » robuste est conçue dans ce but avec des batteries placées à une position basse, au niveau de l’empattement.

Trois batteries sont disponibles pour le R1T : une batterie de 180 kWh (autonomie : 645 km), le modèle 135 kWh (autonomie : 490 km), et l’option 105 kWh (autonomie : 370 km). Avec un chargeur CC rapide, il peut être chargé jusqu’à 160 kWh en à peine 50 minutes.

Seb Henbest, directeur pour la zone EMEA de Bloomberg New Energy Finance (BNEF), déclare : « L’arrivée d’un stockage par batteries économique signifiera qu’il deviendra de plus en plus possible d’ajuster la distribution d’électricité d’origine éolienne ou solaire, de sorte que ces technologies puissent contribuer à répondre à la demande lorsque le vent ou le rayonnement solaire sont insuffisants. La conséquence sera que les énergies renouvelables gagneront de plus en plus de parts de marché face au charbon, au gaz et au nucléaire[3]. »

Un développement pionnier au Chili est déjà en train de concrétiser ces prédictions. Fotowatio Renewable Ventures (FRV), entreprise faisant partie de Abdul Latif Jameel Energy, développe actuellement un projet révolutionnaire d’énergie hybride solaire-éolienne de 540 GWh, avec une capacité intégrée de stockage par batteries.

Le projet, le troisième de FRV en Amérique latine, constitue le premier projet hybride éolien-solaire de l’entreprise, et le premier à utiliser le stockage par batteries, lui permettant ainsi de fournir de l’énergie renouvelable 24 h/24 et 7 j/7.

« Lorsque les conditions météo ne sont pas adaptées à la production d’énergie solaire ou éolienne, les batteries prennent automatiquement le relais et déchargent leur énergie renouvelable stockée, maintenant ainsi, en tout temps, une fourniture ininterrompue d’énergie renouvelable au réseau, » explique Daniel Sagi-Vela, PDG de FRV.

Des innovations similaires sont en train de transformer la durabilité des projets d’énergie renouvelable à travers la planète, notamment au Japon, où Tokyu Land Corp, Mitsubishi UFJ Lease and Finance et Green Power Development Corporation construisent actuellement une centrale solaire 92 MW disposant d’une batterie lithium-ion de 25 MWh à Kushiro-cho, Hokkaïdo[4].

 

 

 

L’état actuel du stockage par batteries

Les experts de McKinsey & Co. sont fermement convaincus qu’il « n’existe… aucun doute quant au fait que l’ère du stockage par batteries est en train d’arriver[5]. »

Bloomberg NEF prédit que 548 milliards USD seront investis dans les technologies de capacité avancée des batteries d’ici 2050, avec 41 % des investissements en Asie-Pacifique et 168 milliards USD en Europe[6].

 

Sur les 1 291 GW de nouvelle capacité anticipés, Bloomberg NEF estime que les deux tiers seront produits au niveau des réseaux, tandis que 33 % seront issus d’installations privées dans des foyers et des entreprises[7].

La batterie, qui stocke l’énergie excédentaire des éoliennes du parc éolien de Hornsdale[8], conserve suffisamment d’énergie pour alimenter 8 000 foyers pendant 24 heures, ou plus de 30 000 maisons pour une heure lors d’une panne[9]. Lors de son premier mois de fonctionnement, elle a prouvé sa valeur à deux occasions. Elle a répondu en à peine 140 millisecondes lorsque la centrale de Loy Yang de l’état de Victoria, alimentée au charbon, a connu une panne en décembre 2017[10]. Tom Koutsantonis, le ministre de l’Énergie australien, a fait une comparaison saisissante avec l’alternative constituée par la station de Torrens Island, qui « aurait besoin d’une demi-heure à une heure pour se mettre en activité et se synchroniser avec le marché[11] ».Dans ce contexte, on peut comprendre la capacité de la technologie de stockage par batteries à faire les gros titres à travers la planète. Cela a été, en partie, dû à la publicité générée par Elon Musk et son entreprise Tesla, lorsqu’en 2017, l’entreprise a livré ce qui était alors la plus grande batterie lithium-ion du monde à la Réserve d’énergie de Hornsdale en Australie-Méridionale. M. Musk s’était engagé dans un pari très médiatisé, affirmant qu’il pouvait livrer la batterie en seulement 100 jours ou renoncer à tout paiement pour le projet.

La batterie de la réserve d’énergie de Hornsdale, Australie-Méridionale.

 

Si la demande électrique dépasse la production, une source alternative doit combler le manque : il s’agit là d’une loi fondamentale de l’approvisionnement énergétique. Pour autant, même les centrales traditionnelles avec turbines à vapeur peuvent avoir besoin de 30 secondes pour entrer en action[12]. La batterie de Tesla a répondu bien plus rapidement que la centrale de Torrens Island, mais ses performances sont largement dépassées par celles d’une solution de stockage par batteries utilisée sur le réseau allemand, qui peut accroître sa puissance de sortie de 0 à 100 % en 40 millisecondes[13]. De plus, Sanjeev Gupta, un milliardaire britannique, prévoit déjà d’installer une batterie plus grande que celle de Tesla dans le cadre d’un plan d’énergie renouvelable de 1 milliard USD en Australie-Méridionale[14].

Dans le même temps, au Mexique, la première batterie à l’échelle du réseau du pays a été installée comme option de secours sur un micro-réseau de 130 MW, desservant une usine automobile à Monterrey. « Nous avions besoin d’une solution pouvant réagir extrêmement rapidement », a déclaré Matt Ginzberg, directeur principal d’Arroyo Energy, le développeur de la batterie[15].

L’économie du succès

Les questions économiques sont toutefois aussi importantes que la vitesse de performance de la production électrique à base de batteries.

Pour qu’un quelconque nouveau développement puisse être déployé à grande échelle dans le secteur énergétique, un paysage économique favorable est nécessaire. Avec le progrès technologique actuel, on ne peut plus ignorer l’économie associée au stockage par batteries. « Les batteries à échelle d’un réseau ont besoin de générer près de 200 USD par mégawatt-heure pour chaque cycle de charge-décharge pour être rentables. Mais cela pourrait passer en-dessous de 100 USD d’ici 2020[16] », selon un rapport BNEF, publié en juillet 2018.

Selon une étude de 2015, intitulée The Economics of Battery Energy Storage (L’économie du stockage d’énergie par batteries), préparée par le Rocky Mountain Institute (RMI), le stockage d’énergie a du sens lorsque plusieurs fonctions peuvent être réalisées par une installation. Ceci peut ensuite se traduire en des sources de revenus multiples ou de crédits grâce aux coûts évités (illustration ci-dessous).

 

L’installation de systèmes de stockage par batteries génère également des économies considérables, du fait qu’il n’est pas nécessaire de construire des centrales, destinées à opérer en pics, uniquement quelques heures par jour[17]. Il est estimé que les économies générées rendent les investissements initiaux pour une centrale basée sur batterie encore plus lucratifs[18].

Il s’agit d’une combinaison gagnant-gagnant qui a conduit les représentants officiels de l’État de New York a définir un objectif de déploiement de 1 500 MW d’énergie renouvelable d’ici 2025[19]. Cela équivaut à la demande électrique de 20 % de l’ensemble des foyers de l’État de New York. Les plans de l’État qui placent « le stockage énergétique … au premier plan des changements dynamiques survenant dans le secteur énergétique new-yorkais » sont conçus pour offrir de nombreux avantages[20], dont :

  • Réduction des émissions de CO2 d’un million de tonnes sur 10 ans
  • Création de 30 000 emplois dans le secteur du stockage d’ici 2030
  • Fourniture de la capacité à répondre aux pics de demande, au fur et à mesure que la part de l’énergie renouvelable dans le bouquet énergétique de l’État augmente

Un futur plus vert pour les usines de dessalage

Les solutions combinées d’énergie renouvelable et de stockage par batteries peuvent aussi potentiellement soutenir le programme de développement durable dans d’autres secteurs essentiels aux « infrastructures de la vie », tel que celui de l’approvisionnement en eau.

L’un des défis majeurs dans l’amélioration de la faisabilité commerciale et la durabilité des usines de dessalage est l’énergie. Les usines de dessalage thermiques conventionnelles consomment beaucoup d’énergie, ce qui génère des émissions de dioxyde de carbone élevées. Même si des solutions d’énergie renouvelable, telles que l’énergie solaire ou éolienne, sont employées, ces sources d’énergie ne fonctionnent pas 24 heures par jour, 7 jours par semaine, aussi des turbines au pétrole ou au gaz demeurent nécessaires pour combler ce manque, avec pour conséquence une empreinte carbone importante.

La nouvelle génération de centrales de dessalage par osmose inverse est considérablement plus efficace énergétiquement que les centrales thermiques, avec une efficacité énergétique pouvant être dix fois supérieure, mais l’absence d’une source d’énergie renouvelable disponible en permanence reste encore un problème.

Toutefois, avec une solution combinée d’énergie renouvelable et de stockage par batteries, telle que celle développée par FRV au Chili, il sera possible d’alimenter une centrale de dessalage avec une fourniture d’énergie renouvelable 24 h/ 24 et 7 j/ 7.

Non seulement cela rendrait le processus de dessalage neutre en émissions carbone, mais cela libérerait également de grandes quantités de pétrole pour l’exportation, plutôt que de devoir les utiliser pour alimenter les centrales de dessalage, notamment les centrales thermiques particulièrement gourmandes en énergie.

« Une solution d’énergie renouvelable offrirait également plus de flexibilité en termes de localisation géographique des centrales de dessalage », déclare Carlos Cosin, PDG de Almar Water Solutions, une entreprise appartenant à Abdul Latif Jameel Energy. « Vous n’auriez plus besoin alors d’implanter la centrale de dessalage prés d’une centrale traditionnelle. Elle pourrait être construite bien plus près des villes, là où l’on a vraiment besoin de l’eau. »

Soutenir une révolution énergétique privée

Bien qu’il soit clair que les avancées dans le domaine du stockage par batterie redéfiniront probablement les secteurs de l’énergie et du dessalage de l’eau, les bénéfices potentiels ne seront pas limités aux seuls développements infrastructurels à grande échelle et aux systèmes publics.

Il existe un engouement croissant de personnalités majeures de l’industrie concernant la capacité potentielle du stockage par batteries à transformer l’utilisation de l’énergie au niveau résidentiel également, avec des personnes alimentant leurs domiciles en permanence à l’aide de panneaux solaires et d’installations domestiques de stockage par batteries.

McKinsey & Co. comptent parmi ceux qui offrent des évaluations positives du stockage par batteries domestique. « À terme, associer l’énergie solaire et le stockage, ainsi qu’un petit générateur électrique (concept connu comme abandon complet du réseau) aura un sens économiquement parlant, d’ici quelques années et non pas décennies, pour certains consommateurs dans des marchés à coût élevé[21]. »

Des signes initiaux de cette promesse se concrétisant commencent à apparaître en Australie-Méridionale, où des panneaux solaires et batteries sont en cours d’installation dans 50 000 foyers[22]. En Extrême-Orient, Tokyo Electric Power Holdings (TEPCO), l’un des opérateurs réseau nationaux japonais, prévoit de proposer à ses clients pour leurs domiciles des panneaux photovoltaïques avec stockage d’énergie par batterie, dans le cadre de la transition du pays vers des normes de consommation d’énergie nulle pour les habitations résidentielles[23].

« Il existe différentes technologies et de nombreuses recherches en cours autour des batteries[24] », déclare Daniel Sagi-Vela, PDG de FRV. « Avec le stockage par batterie, vous pourriez faire fonctionner tous les équipements d’un domicile, y compris la climatisation, à partir de panneaux solaires installés sur votre toit. Vous chargeriez automatiquement les batteries à certains moments de la journée, lorsque vous n’utilisez pas d’autres services ou équipements. »

En mai 2018, les batteries étaient un élément de la réflexion ayant contribué à pousser la Californie à devenir le premier État américain à rendre obligatoires à compter de 2020 les panneaux solaires pour les nouvelles maisons et les immeubles d’appartements de faible hauteur[25]. Dans le même temps, en Nouvelle-Écosse, Nova Scotia Power prévoit d’exploiter la capacité des batteries afin d’aider à atteindre d’ici 2020 l’objectif de 40 % d’énergie renouvelable.

Dans le cadre d’un essai pionnier, l’entreprise a installé des batteries haute capacité dans 10 maisons de clients. Les batteries sont reliées à une ligne électrique, alimentée en partie par des éoliennes. Cette action a été décrite comme un « changement majeur » par Jill Searle, directrice principale des programmes de Nova Scotia Power. Elle a déclaré : « La technologie de stockage par batteries constitue le prochain élément majeur concernant la façon dont Nova Scotia Power sera capable de fournir ce service fiable, en permanence, à ses clients[26]. »

Dans une approche similaire, des foyers allemands peuvent acheter un ensemble d’alimentation électrique basé sur le stockage par batteries, incluant un système photovoltaïque et un dispositif de stockage de 4,4 KW/h, pouvant répondre aux besoins en électricité d’une petite famille au cours des heures de la soirée et de la nuit[27].

Au cœur d’un nouvel avenir pour l’Arabie saoudite

Il est désormais largement admis que l’introduction de sites de stockage par batteries constituera un changement majeur pour les secteurs essentiels aux « infrastructures de la vie » : l’énergie et l’eau.

Omar Al-Madhi, PDG d’Abdul Latif Jameel Energy Arabie saoudite et directeur général principal et membre du Conseil d’administration d’Abdul Latif Jameel Investments, est à la tête des efforts de l’entreprise dans le pays visant à être à l’avant-garde de cette phase passionnante, en rassemblant les connaissances mondiales et une équipe de direction hautement expérimentée chez Abdul Latif Jameel Energy et FRV, dans une tentative déterminée de création d’un futur plus propre et plus sain pour l’Arabie saoudite et la région étendue Moyen-Orient, Afrique du Nord et Turquie.

« En combinant le stockage par batteries à l’approvisionnement en énergie renouvelable de première qualité d’Abdul Latif Jameel Energy, par le biais des solutions photovoltaïques solaires, éoliennes et hydrauliques, l’Arabie saoudite peut réaliser une transformation et se positionner comme un géant stratégique sur le marché mondial des énergies renouvelables pour le 21e siècle et au-delà. »

Les ambitions de M. Al Madhi sont en ligne étroite avec les objectifs énoncés du plan Vision 2030 de l’Arabie saoudite, qui souligne que, « en préservant notre environnement et nos ressources naturelles, nous remplissons nos devoirs islamiques, humains et moraux[28] ». Offrant une indication supplémentaire de la préparation du pays à soutenir de nouvelles avancées technologiques, telles que des solutions de stockage par batteries, il ajoute :

« La préservation est également notre responsabilité envers les générations futures, et est essentielle à la qualité de notre vie quotidienne. Nous chercherons à protéger notre environnement en … réduisant tout type de pollution. »

De fait, alors que nous nous préparons à entrer dans la troisième décennie du 21ème siècle, le stockage par batteries semble voué à jouer un rôle de plus en plus capital dans le bouquet énergétique mondial. Pour des raisons économiques, d’efficacité et environnementales, une technologie largement ignorée par le passé émerge désormais comme un mécanisme de soutien clé pour l’alimentation électrique autant à l’échelle des réseaux que des résidences privées, et offre également de nouvelles possibilités enthousiasmantes dans le secteur automobile. Abdul Latif Jameel apprécie l’opportunité de se trouver au cœur de la nouvelle révolution énergétique, et continue à œuvrer à la création d’un avenir meilleur pour tous.

[1] Electricity Storage Insight, KPMG, 2016

[2] New Energy Outlook 2018, Bloomberg NEF, 2018

[3] New Energy Outlook 2018, Bloomberg NEF, 2018

[4] Japan’s Largest-scale Battery-equipped Solar Plant to Be Built in Hokkaido, Solar Power Plant Business, 6 September 2017

[5] Battery storage: The next disruptive technology in the power sector, McKinsey & Company, June 2017

[6] New Energy Outlook 2018, Bloomberg NEF, 2018

[7] New Energy Outlook 2018, Bloomberg NEF, 2018

[8] Tesla’s enormous battery in Australia, just weeks old, is already responding to outages in ‘record’ time, The Washington Post, 26 December 2017

[9] Elon Musk just met his 100-day deadline on a $50 million bet and Tesla’s giant battery is ready to roll, Business Insider Australia, 23 November 2017

[10] Elon Musk’s massive backup battery took just 140 milliseconds to respond to crisis at power plant, International Business Times, 25 December 2017

[11] Elon Musk’s massive backup battery took just 140 milliseconds to respond to crisis at power plant, International Business Times, 25 December 2017

[12] Distributed Energy: Innovation in solar, PwC, 15 August 2016

[13] Distributed Energy: Innovation in solar, PwC, 15 August 2016

[14] Sanjeev Gupta: $1bn South Australia renewable energy plan will mean cheaper power, The Guardian, 15 August 2018

[15] Mexico Gets Its First Grid-Scale Battery – at a Car Factory, Green Tech Media, 17 December 2018

[16] There’s a Hidden Battery Play in the ‘Extremes’ of Power Prices, Renewable Energy World, 31 July 2018

[17] Hyundai building 150 MW energy storage battery in South Korea, Digital Journal, 7 December 2017

[18] Hyundai building 150 MW energy storage battery in South Korea, Digital Journal, 7 December 2017

[19] New York unveils roadmap to 1.5 GW storage by 2025, Utility Dive, 21 June 2018

[20] New York State Energy Storage Roadmap and Department of Public Service / New York State Energy Research and Development Authority Staff Recommendations, 21 June 2018

[21] Battery storage: The next disruptive technology in the power sector, McKinsey & Company, June 2017

[22] Tesla Tapped by Australia for Solar-plus-Storage Virtual Power Plant Plan, Renewable Energy World, 5 February 2018

[23] Renewable retail plans from Japanese utility TEPCO include home battery rollout, Energy Storage News, 5 April 2018

[24] The Business Breakfast, DubaiEye 103.8, 17 January 2018

[25] California poised to be first state to require solar panels on new homes, The Guardian, 9 May 2018

[26] Nova Scotia Power Engages Eager Elmsdale Residents to Test Intelligent Feeder Pilot Project, Nova Scotia Power, 8 February 2018

[27] Aperçu du stockage d’électricité, KPMG, 2016

[28] Vision 2030, Kingdom of Saudi Arabia