Qu'est-ce qu'une solution de stockage d'énergie par cordes ?

Dans le contexte de la neutralité carbone, la construction d'un nouveau système énergétique dominé par les énergies renouvelables fait désormais consensus à l'échelle mondiale, et le stockage de l'énergie, maillon essentiel de ce système, est devenu la clé de la transformation du tissu énergétique. Les différentes technologies de stockage de l'énergie influent sur la sécurité, l'efficacité, la rentabilité et d'autres aspects des centrales de stockage, et sont progressivement devenues un enjeu majeur pour l'industrie.

Cet article se concentrera sur l'analyse des deux principales voies techniques dans le domaine actuel du stockage d'énergie - le stockage d'énergie centralisé et le stockage d'énergie en chaîne - et comparera les deux solutions sous de multiples angles :

Structure du système

Le stockage centralisé d'énergie se caractérise généralement par une grande capacité et un volume important par unité, et son assemblage se fait dans des conteneurs. Le système est constitué de batteries (Pack) connectées en série pour former un rack, puis de plusieurs racks connectés en parallèle côté courant continu. L'énergie produite alimente ensuite un onduleur qui la convertit en courant alternatif, lequel est ensuite élevé par un transformateur avant d'être injecté dans le réseau électrique.

Le stockage d'énergie en chaîne adopte généralement une conception modulaire et utilise des armoires de stockage intelligentes. Chaque armoire est compacte ; plusieurs armoires forment un sous-système de stockage d'énergie, et plusieurs sous-systèmes constituent un système de stockage en chaîne. La structure du système est la suivante : les batteries sont connectées en série pour former un rack. Chaque rack (c'est-à-dire une batterie dans une armoire) est connecté à un convertisseur (intégré à l'armoire) pour produire du courant alternatif. Une fois plusieurs armoires connectées en parallèle et le courant alternatif convergé, elles sont raccordées à un transformateur pour élever la tension et injectées dans le réseau.

Efficacité

Lorsqu'on connecte plusieurs racks en parallèle côté courant continu d'un système de stockage d'énergie centralisé, les différences de résistance interne entre les racks deviennent de plus en plus apparentes sur le long terme. Il en résulte une circulation d'énergie entre les racks, une génération de chaleur et un vieillissement accéléré des batteries. C'est alors que se manifeste l'« effet de barillet ». L'hétérogénéité des performances entre les racks limite les performances globales du système, celles du rack le moins performant. La perte de capacité d'un seul rack affecte les performances de l'ensemble de l'armoire et s'accentue avec le temps, réduisant ainsi la durée de vie du système et impactant fortement le volume de charge et de décharge, ainsi que les revenus générés sur l'ensemble du cycle de vie.

Il n'y a pas de connexion parallèle côté courant continu du système de stockage d'énergie en chaîne, et le PCS gère chaque rack individuellement. Ainsi, aucun problème d'incohérence des cellules due à la circulation de courant n'est à craindre. De plus, le système ne présente aucun « effet de tonneau » entre les racks ; la dégradation de capacité d'un seul rack n'affecte que les performances de ce rack, minimisant ainsi l'impact sur la charge et la décharge du système. La durée de vie du système est plus longue, le volume de charge et de décharge sur l'ensemble du cycle de vie est plus important, et le taux de retour sur investissement est plus élevé.

Sécurité

La capacité unitaire des cellules d'un système de stockage d'énergie centralisé est relativement importante, généralement de 3 à 5 MWh, et se compose de 8 à 12 baies de batteries connectées en série et en parallèle. En cas d'emballement thermique d'une seule baie, le feu peut se propager très facilement à l'ensemble de l'armoire. De plus, la conception de plusieurs baies de batteries partageant un même système de protection incendie présente certains risques. En cas d'incident, un incendie de grande ampleur pourrait se déclarer.

Le système de stockage d'énergie en chaîne utilise une gestion thermique à rack unique pour garantir une meilleure uniformité de température entre chaque pack, ce qui permet non seulement d'allonger la durée de vie des batteries, mais aussi d'améliorer la sécurité du système. La configuration de protection incendie utilise un rack unique comme unité minimale de contrôle et d'isolation. En cas d'incident, la zone défectueuse est rapidement isolée et n'affecte pas les autres armoires de stockage d'énergie, ce qui minimise l'étendue de l'incident et assure la sécurité du personnel et du système.

Flexible

Les systèmes de stockage d'énergie centralisés se caractérisent par une capacité et un volume importants pour chaque appareil, une grande difficulté de transport et des exigences élevées quant à l'emplacement d'installation, ce qui limite leurs applications. De plus, leur conception à plusieurs racks rend difficile la mixité des batteries neuves et usagées, et l'extension de capacité ou le rechargement doivent être effectués par unités de stockage, ce qui réduit considérablement la flexibilité.

L'armoire à batteries du système de stockage d'énergie en chaîne adopte une conception modulaire, avec une puissance minimale de 50 kW et peut être configurée de manière à former des systèmes de puissance et de capacité variées ; une armoire individuelle est compacte, facile à transporter et à installer, et convient à une variété d'applications telles que les utilisateurs industriels et commerciaux, le stockage d'énergie partagé, le stockage pour la distribution de nouvelles énergies, ainsi que le stockage photovoltaïque et les micro-réseaux diesel ; le système prend en charge l'utilisation mixte de batteries neuves et usagées, et peut être étendu ou complété de manière flexible en fonction des besoins réels, améliorant considérablement la flexibilité et la maintenabilité du système.

Écurie

Dans un système de stockage d'énergie centralisé, chaque conteneur est géré par un système de gestion thermique dont l'uniformité de température est médiocre, ce qui peut affecter la stabilité du système. De plus, en cas de problème sur un seul pack ou rack, l'ensemble de l'armoire doit être arrêté pour inspection, ce qui engendre des coûts importants en temps et en personnel, et impacte fortement les rendements.

Le système de stockage d'énergie par chaînes utilise un système de gestion thermique performant, avec un cluster et une gestion centralisée. Ce système garantit une bonne uniformité de température, une longue durée de vie des batteries et un fonctionnement relativement stable. En cas de défaillance d'un seul point, seul le fonctionnement de l'armoire défectueuse est affecté ; les autres armoires continuent de fonctionner normalement, ce qui limite l'impact sur le fonctionnement global du système.

Exploitation et maintenance

Le compartiment à batteries du système de stockage d'énergie centralisé est volumineux, le dépannage sur site du compartiment de courant est complexe et le cycle de dépannage est long ; l'espace interne du conteneur est encombré, manque de voies d'accès pour l'exploitation et la maintenance, et la maintenance est difficile ; en cas de panne du système, le fabricant est généralement tenu d'intervenir en urgence sur site pour la maintenance, le temps d'arrêt du système est long et les coûts d'exploitation et de maintenance sont élevés.

Le système de stockage d'énergie en chaîne gère un groupe à la fois, et chaque rack est exploité et entretenu dans son ensemble ; en cas de panne du système, la défaillance peut être localisée avec précision sur un seul rack, sans affecter le fonctionnement des autres armoires ; en cas de panne d'un dispositif du système, tel qu'un PCS, le personnel d'exploitation et de maintenance peut le remplacer à temps par la machine de secours, ce qui améliore l'efficacité de l'exploitation et de la maintenance et permet de réduire les coûts d'exploitation et de maintenance.