2017 young talent day Stockage ou stockage tout est une question d'usage

1. Stockage ou stockage
Une question d’usages !
Arnaud BANNER
Directeur Technique et Innovation
Young Talents Day – 18 Novembre 2017

2. Production centralisée
Postes HTB
Postes sources
Compteur
Transport
Distribution
Production
“off-grid”
Usecase 3
Réseau de Transport d’électricité
Production décentralisée

3. Stabilité de réseau et qualité de courant
3
 De la production à la consommation, l’énergie électrique
est acheminée sous forme de courant alternatif dont on
doit assurer la stabilité de la Tension et de la Fréquence
La période T et la fréquence f sont liées
par le relation : f = 1
T
Avec f en Hertz
T en seconde

4. Equilibre de la Fréquence et de la Tension
4
 La valeur de la fréquence est
l’image de l’équilibre entre
puissance active produite et
consommée.
 La valeur de la fréquence est
partout la même à tout instant
dans le réseau électrique
interconnecté Européen
(ENTSO-E)
Si P> C alors f> 50 Hz
Si P<C alors f< 50Hz
 La valeur de la tension est
l’image de l’équilibre entre
puissance réactive
produite et consommée.
 Elle est locale et elle
dépend des équipements
électriques actifs et passifs
qui fournissent et
absorbent du réactif et de
la topologie du réseau

5. Rappel Energie réactive
5

6. En résumé
6

7. En résumé
7
L'abus d'alcool est dangereux pour la santé, consommez avec modération.
Particulièrement dans les soirées du B.D.E

8.  L’électricité ne se stocke pas
en très grandes quantités :
on fait appel aux
mécanismes de réserves
pour restaurer la fréquence
à sa valeur nominale au sein
du réseau interconnecté
ENTSO-E (European
Network Transmission
System Operator for
Electricity)

9. Les valorisations des
systèmes de stockage d’énergie
dans les réseaux électriques

10. 10
 io
Production Centralisée
Postes HTB
Postes sources
Compteur
Transport
Distribution
Production
Cas d’Usage1
Les valorisations des systèmes de stockage d’énergie
dans les réseaux électriques
Stockage outil de
la stabilité de réseau
Stockage combiné à
production EnR
Stockage dans un système off-Grid
Cas d’usage 2 Cas d’usage 3
Valeur Puissance (MW) :
Rémunération pour la
disponibilité
Valeur Energie (MWh
Revenus générés par
l’optimisation de la
production

11. 11
 io
Production Centralisée
Postes HTB
Postes sources
Compteur
Transport
Distribution
Production
Cas d’Usage1
Cas N°1: outil de la stabilité de réseau
Stockage outil de
la stabilité de réseau
Stockage combiné à
production EnR
Stockage dans un système off-Grid
Cas d’usage2 Use case 3
Valeur capacitaire (MW)
Rémunération pour la
disponibilité
Valeur Energie (MWh
Revenus générés par
l’optimisation de la
production

12. 12
Cas N°1: le stockage, outil de la stabilité du réseau
Production
Consommation
Fréquence

13. A retenir
13
 Très profitable a priori car très bien rémunéré…mais
• Erosion très rapide des prix (déjà constatée sur les marchés UK, NL,
DE)
• Marché structurellement limité
• Par ses qualités dynamiques intrinsèques d’équilibrage de réseaux,
le stockage « détruit » son propre potentiel de marché
Cas N°1: le stockage, outil de la stabilité du réseau

14. 14
 io
Production Centralisée
Postes HTB
Postes sources
Compteur
Transport
Distribution
Production
Cas 1
Cas N°2: Combiné à de la production EnR
Stockage outil de
la stabilité de réseau
Stockage combiné à
production EnR
Stockage dans un système off-Grid
Cas 2 Cas3
Valeur capacitaire (MW)
Rémunération pour la
disponibilité
Valeur Energie (MWh
Revenus générés par
l’optimisation de la
production

15. Gestion d’une
« contrainte »
réseau La réduction de l’écrêtage et l’optimisation
du périmètre d’équilibre ne justifient pas
les investissements nécessaires à cette
finalité unique .
ar
Optimisation du
périmètre
d’équilibre
Réalisation
d’arbitrages
La rentabilité est conditionnée par de
nombreux facteurs notamment : la
volatilité des marchés, la sortie des « feed-
in-tariffs »,…).
Auto-
Consommation
Sur certains marchés, l’autoconsommation
est déjà immédiatement rentable sans
subventions : atteinte de la parité réseau
C
D
C’est la combinaison des opportunités de valorisation, qui fait la
valeur de l’association d’une solution de stockage et d’une
production intermittente.
Revenus de la
gestion de la
« contrainte »
Revenus de
l’optimisation
du périmètre
Revenus des
arbitrages
Combinaison
des revenus
Investissement
Rentable
Non
rentable
€
Exemple de combinaison de revenus associés à un projet de stockage
Cas N°2: Combiné à de la production EnR
A
B
C
A
B
C

16. A retenir
- L’autoconsommation peut être déjà rentable, cela revient à faire des arbitrages
entre l’énergie autoproduite et celle achetée auprès du fournisseur d’électricité.
- Le couplage aux EnR est rentable quand l’énergie stockée est très
subventionnée et quand la pérennité des règles de valorisation est garantie dans
le temps. Exemple des appels d’offres CRE ZNI (DOM-TOM)
- Le couplage aux EnR est rentable dans les « îles électriques » notamment en
complément de production autonome par Groupes Electrogènes (économies de
fioul)
Cas N°2: Combiné à de la production EnR

17.  io
Production Centralisée
Postes HTB
Postes sources
Compteur
Transport
Distribution
Production
Cas d’Usage 1
Cas N°3: Systèmes “Off-Grid”
Stockage outil de
la stabilité de réseau
Stockage combiné à
production EnR
Stockage dans un système off-Grid
Cas d’Usage2
Cas d’Usage 3
Valeur capacitaire (MW)
Rémunération pour la
disponibilité
Valeur Energie (MWh)
Revenus générés par
l’optimisation de la
production

18. Cas N°3: Systèmes “Off-Grid”
Le stockage intégré dans des
solutions d’habitats
autonomes : une multitude de
petits acteurs / micro-acteurs
proposent des « solar home
systems »
Le stockage intégré dans des zones ou
quartiers autonomes en énergie / micro-grid
: l’acteur Blue Solutions (via Bolloré Logistics)
est un acteur important en Afrique de l’Ouest

19. 19
 io
Production Centralisée
Postes HTB
Postes sources
Compteur
Transport
Distribution
Production
Cas d’usage 1
Rappel
Stockage outil de
la stabilité de réseau
Stockage combiné à
production EnR
Stockage dans un système off-Grid
Cas d’Usage 2 Cas d’Usage 3
Valeur capacitaire (MW)
Rémunération pour la
disponibilité
Valeur Energie (MWh)
Revenus générés par
l’optimisation de la
production

20. Les technologies
de stockage d’énergie électrique

21. Première voiture au Monde à avoir atteint
la vitesse de 100 km/h
Achères – France. La « jamais contente » 29 avril 1899

22. Technologies de stockage par usage
et par maturité

23. Technologies de stockage par usage
et par maturité
Faible densité
d’énergie
Effet mémoire

24. Technologies de stockage par usage
et par maturité

25. STEP - Station de Transfert d’Énergie par Pompage
Centrale hydroélectrique réversible (pompage ou
turbinage)
Efficacité : 55-80 %
Durée de vie : 50 ans
Avantages
• Technologie mature
• Grande capacité d’énergie et de puissance
Inconvénients :
• Contraintes géographiques
• Potentiel limité pour des nouvelles installations
Application : Arbitrage, réglage secondaire et
tertiaire, black start.
98% du stockage d’électricité dans le
monde, plus de 90 GW de capacité, 7 STEP en
France d’une capacité totale de 5,1 GW
Record mondial: Bath County (USA) 3000 MW
source : connaissancedesenergies.org

26. Utilisée pour la première fois en Suisse et en Italie dans les années 1890
La France n'a qu'une centrale de plus de 1 000 MW,.
La puissance totale en pompage/turbinage est de 5 048 MW (aucun grand projet en
cours) :
Grand'Maison Isère, 1 800 MW
Le Cheylas Isère, 480 MW
Centrale de La Coche Savoie, 310 MW
Lac Noir Haut-Rhin, 50 MW
Centrale de Montézic Aveyron, 910 MW
Centrale de Revin Ardennes, 800 MW
Superbissorte Savoie 748 MW
La technologie de la STEP

27. Barrage de GrandMaison – Isère - France

28. 28
Batterie Lithium-Ion
Le fonctionnement de la batterie lithium-ion repose sur l'échange
réversible de l'ion lithium entre une électrode positive et une
électrode négative.
Efficacité : 90-95
Durée de vie : 1000 cycles (perte de capacité: - 20%), LiNCM
1900@80% DOD
Maturité : commerciale
Avantages :
• Forte densité d’énergie
• Autodécharge réduite, pas de mémoire
• Rendement élevé
• Lithium moins lourd que le plomb
Inconvénients :
• Durée de vie, vieillissement même non utilisée
• Risques en cas de fuite, de surchauffe, besoin d’un circuit de
protection, T doit être contrôlée
• Application : Arbitrage, réglage de la fréquence, intégration
ENR, réglage de la tension
Projet VLISSINGEN (NL) : système de stockage (AES Energy
Storage «Advancion» et Omexom NL) 10 MW réserve primaire
source: batteryuniversity.com

29. Flywheels - Volants d’inertie
Un volant d'inertie est constitué d'une masse (anneau ou tube) en
fibre de carbone entraînée par un moteur électrique.
L'apport d'énergie électrique permet de faire tourner la masse à
des vitesses très élevées en quelques minutes. Une fois lancée, la
masse continue à tourner, même si plus aucun courant ne
l’alimente. L'énergie stockée pourra ensuite être restituée
instantanément en utilisant le moteur comme génératrice
électrique, entraînant la baisse de la vitesse de rotation du volant
d'inertie.
Efficacité : 90-95 %
Durée de vie : 150 000 cycles
Maturité : mature
Advantages :
• Temps de réponse rapide
• Faible coûts de maintenance
• Nombre pratiquement illimité de cycles
Inconvénients :
• Doit être logé dans des conteneurs robuste
• Exigence de composantes de précision technique
• Coût élevé
• Temps de stockage limité (15 min)
¹Although only 10% of the NYISO market regulation market capacity, the plant provides over 30% of the Area Control Error
correction
Application : Lissage de la production ENR,
réglage de la fréquence, restitution d’énergie
de freinage de voitures
Projets : Stephentown, New York de Beacon
Power : 20 MW, réglage de la fréquence,
3000-5000 cyles/an¹
Ontario, Canada : 2 MW

30. Récapitulatif des services de
stockage pour les réseaux
électriques

31. Récapitulatif des services de
stockage pour les réseaux électriques
Réseau de
Transmission/
Distribution
• Report des
renforcement
réseau
• Traitement de
congestions
réseau
• Réglage de la
tension
(distribution)
Intégration des
ENR
intermittentes
• Lissage de
production
« Ramping/ Load
following » et
« Peaking »
• Arbitrage
• Ecrêtage
Consommateur
final
• Auto-
consommation
• EV, V2G
• Qualité &fiabilité
de l’alimentation/
UPS
• Microgrid
Stockage de masse
• Arbitrage journalier
• Garantie
capacitaire
Stabilité du réseau
• Réglage de la
fréquence
• Réglage de la
tension
• Mécanisme
d’ajustement
• « Black start »
Production/
Transmission
Transmission
Production/
Transmission
Consommateur
Distribution DistributionDistribution
Consommateur
Production/
Transmission

32. Des exemples de mise en
œuvre par VINCI Energies

33. Projet de VLISSINGEM (Pays-Bas )
Client : TENNET (le « RTE » Néerlandais)
Batterie Li-Ion « Advancion » 10 MW pour Réserve Primaire
Chimie de batterie : SAMSUNG SDI
Première batterie installée en Europe Continentale pour cette application
Mise en service : Février 2016
Intégrateur Batterie : AES Energy Storage
Installateur : Omexom Goes (Pays bas)

34. Projet de Montjoly (Guyane Française)
Construction d’une centrale photovoltaïque de 4,8 MWc avec stockage
stockage d’énergie et gestion intelligente de l’injection.
Montjoly Solaire Services est désormais en mesure de piloter de façon
optimale la batterie et les onduleurs photovoltaïques afin de
délivrer une puissance garantie et fournir des services système
permettant de stabiliser le réseau.
Batterie Li-Ion de 4 MWh pour écrêtage, lissage et report de pointe
Installateur : GETELEC Electricité (Omexom en Guyane)

35. Containers de stockage « bluesolutions » pour applications microgrid « off-grid »
Concepteur/intégrateur : Omexom Conversion and Storage

36. Containers de stockage « bluesolutions » pour applications microgrid « off-grid »
Concepteur/intégrateur : Omexom Cornouailles Energy Applications

37. MERCI POUR VOTRE ATTENTION

38. Annexes

39. Récapitulatif des valeurs « Energie » et « Capacité
39
Réserves de puissance

40. Quelques Acteurs du stockage
• Alliances

41. 41
CAES - Stockage par Comprimé d’Air classique
L'air est d'abord comprimé via un système de compresseurs, à très
haute pression (100 à 300 bar) pour être stocké dans un réservoir
(cavités souterraines par exemple). Pour récupérer cette énergie
potentielle, l'air est détendu dans une turbine qui entraîne un
alternateur – centrale à gaz.
Efficacité : 50 %
Durée de vie : 15-40 ans
Maturité : commercial
Advantages :
• Temps de réaction rapide
• Longue durée de vie
• Système mécanique simple
Inconvénients :
• CAES conventionnel nécessite du combustible
• Rendement faible
• Contraintes géographiques ou nécessité des infrastructure
supplémentaires
Application : Arbitrage, réglage secondaire et tertiaire, black start,
peak load
Projets : une dizaine dans le monde, Huntorf en Allemagne : 290
MW, 3h de stockage ; McIntosh aux États-Unis (Alabama) : 110 MW

42. CAES - Stockage par Comprimé d’Air adiabatique
Le A-CAES vise à améliorer le système CAES classique en évitant la
perte de chaleur à la sortie des compresseurs en stockant l'air chaud
directement dans le réservoir. Le principe du AA-CAES reprend cette
idée, mais propose que les deux énergies thermique et de
compression soient stockées dans deux réservoirs spécifiques.
Efficacité : 70 %
Durée de vie : 15-40 ans
Maturité : commercial
Advantages :
• Temps de réaction rapide
• Longue durée de vie
• Rendement plus élevé
Inconvénients :
• Phase de développement
• Contraintes géographiques ou nécessité des infrastructure
supplémentaires
Application : Arbitrage, réglage secondaire et tertiaire, black start,
peak load
Projets : projet ADELE: fournir 80 MW sur 5 h en continu à partir
d'énergie éolienne

43. 43
Flow batteries - Batteries à flux
Ces batteries permettent le stockage des couples électrochimiques
(électrolytes à l'état liquide) à l'extérieur de la batterie. Les électrolytes
circulent à travers une cellule d'échange d'ions dont les deux
compartiments sont séparés par une membrane solide.
Efficacité : 70-75 %
Durée de vie : Vanadium Redox : >10 000 cycles, Zinc-Bromine: 3500
Maturité : demo/commercial, marché de $190 million en 2020
Advantages :
• Moins sensitive à des profondeurs de décharge élevés
• Capable de tolérer un nombre élevé de cycles
• Capacité pratiquement illimitée
Inconvénients :
• Faible densité énergétique
• Danger de toxicité dû à la présence de grandes quantités de
solutions de sels de vanadium
Application : Arbitrage, services système, réglage tertiaire, black start,
peak load
Projets :
• King Island en Tasmanie avec une batterie de capacité de 200kW/4h
ou de 400kW/10 s en période de pointe ;
• Tomamae Villa (Japon) ,capacité de 4 MW/90min, éolien Example : Vanadium Redox, Zinc-
Bromine

44. 44
Sodium-Sulphur batteries – Sodium-Soufre
Les électrodes liquides sont des formes ioniques de sodium (pôle
négatif) et de soufre (pôle positif), l'électrolyte solide intermédiaire
est une céramique d'alumine bêta (de sodium) et la température
nécessaire est comprise entre 290 et 390 °C.
Efficacité : 85-90 %
Durée de vie : 5 ans, 2500@100% DOD, 4500@80% DOD
Maturité : demo/commercial
Advantages :
• Densité d’énergie élevée
• Longue durée de vie
• Capable de tolérer un nombre élevé de cycles charge/décharge
Inconvénients :
• Hautes températures nécessaires
• Potentiel problèmes de sécurité avec le sodium fondu
Application : Intégration ENR, qualité et stabilité du réseau
Projets :
• Plus de 190 systèmes installés au Japon, le plus performant en
liaison avec la ferme éolienne de Rokkasho, 34MW.
• Installation expérimentale de 1 MW de puissance,
développée par EDF et NGK, à la Réunion pour soutenir le
réseau électrique de l'île en période de pointe.

45. 45
Lead-Acid batteries – Plomb-Acide
Constituée de plusieurs accumulateurs montés en série, une batterie
au plomb permet de stocker et redistribuer de l'électricité. Ses deux
électrodes en plomb, plongées dans un électrolyte composé d’une
solution diluée d'acide sulfurique, réagissent pour créer du courant.
Le rôle de l'électrolyte est d'assurer le transport de l'électricité par
conduction ionique.
Efficacité : 70-85
Durée de vie : 300-600@80% DOD, VRLA: 1000@50% DOD
Maturité : commercial
Advantages :
• Technologie établie, faible coût de fabrication
• Infrastructures existantes pour le recyclage de fin de vie (grâce à
l’industrie automobile)
• Intensité de décharge élevée
• Taux d’autodécharge faible
Inconvénients :
• Sensible à la profondeur de décharge élevée – durée de vie
• Faible densité énergétique
• Matières potentiellement dangereuses
• Charge lente
Application : Services systèmes, UPS
Projets : Metlakatla 1 MW
Types :
• Batterie ouverte - l'utilisation d'un
électrolyte liquide
• Batterie fermée: VRLA =Valve regulated
• Electrolyte gélifié - la batterie peut être
déplacée plus facilement

46. 46
Pile à combustible
La conversion de l'électricité en hydrogène est réalisée par électrolyse qui
pourrait être stocké et reconverti en électricité. L’électrolyse, consiste à
décomposer la molécule d’eau en hydrogène et en dioxygène. Il peut être
utilisé directement comme carburant de VE de moteurs à combustion
fonctionnant au gaz. Il peut aussi être stocké avant d’être reconverti en
énergie au moyen d’une pile à combustible, fournissant de l’électricité et de
la chaleur. Il pourrait également être injecté dans le réseau gazier
(technologie Power to Gas) bénéficiant ainsi de l'infrastructure gazière
existante
Efficacité : 22-50 %
Durée de vie : 10- 20 ans
Maturité : demo
Advantages :
• Peut être utilisé à tout moment sans auto-décharge
• Peut alimenter des véhicules électriques, transportable
• Seules émissions : vapeur d’eau
Inconvénients :
• Rendement faible (40%)
• Faible densité d’énergie
• Problèmes potentiel de sécurité
• Les piles à combustible ont un coût élevé
Application : VE, réseau (pile à combustible)
Projets :
• plateforme MYRTE, Corse : centrale PV de
560kW reliée à un électrolyseur qui convertit
l'électricité en hydrogène pendant les heures
creuses ; cette énergie est ensuite restituée via
une pile à combustible qui reconvertit
l'hydrogène et l'oxygène en électricité pendant
les heures de forte consommation.

47. 47
Superconduction Magnetic Energy Storage (SMES)
SMES signifie Superconducting Magnetic Energy Storage
(Stockage d'énergie magnétique supraconductrice)
Ce système permet de stocker de l'énergie sous la forme
d'un champ magnétique créé par la circulation d'un courant
continu dans un anneau supraconducteur refroidi sous sa
« température critique ».
Efficacité : 55-80 %
Durée de vie : 30 ans
Maturité : R&D/commercial
Advantages :
• Charge/Décharge très rapide
• Cycle de vie infinie
Inconvénients :
• Faible densité énergétique
• Grandes pertes parasites associés au refroidissement de
l’aimant supraconducteur
• Coût élevé des matériaux supraconducteurs
Application : Arbitrage, réglage secondaire et tertiaire, black start,
peak load
Projets : 30 installation aux USA, 50 MW, Wisconsin : réglage de la
fréquence

48. 48
Supercapacitors - Supercondensateurs
Les supercondensateurs sont des dispositifs de stockage de
l’électricité constitués de deux électrodes, généralement identiques,
séparées par un électrolyte, A la différence d'un condensateur¹, un
supercondensateur est doté d'une double couche électrique sur
chaque interface électrode-électrolyte . Les électrodes sont conçues
pour développer la plus grande surface possible, grâce à un support
en charbon microporeux ou à du graphène. 07/2015 : 9,6 Wh/kg de
densité d’énergie
Efficacité : 55-80 %
Durée de vie : 10 000 cycles
Maturité : demo/commercial
Advantages :
• Nombre illimité de cycle de charge
• Intensité de courants élevés
• Temps de cycle très rapides, non sensible à la surcharge
Inconvénients :
• Coût élevé
• Taux d’autodécharge élevé
• Faible densité d’énergie
Application : courte durée de vie, intégration ENR
Projets : Big Island, Hawaii, 500kW, en liaison avec de l’éolien,
lissage de fluctuations
¹Un condensateur est un composant
électronique élémentaire fait de deux
électrodes (armatures) séparées par un
isolant polarisable (diélectrique).

49. 49
Molten salts – Sels fondus
Le système utilise des sels fondus (un mélange de nitrate de potassium
et nitrate de sodium fondu) il extrait les sels fondus d’un réservoir froid
(290 °C), utilise la chaleur des miroirs pour les chauffer jusqu’à 550 °C et
les transfère ensuite dans un réservoir séparé où ils sont stockés.
Lorsque cela est nécessaire, les sels fondus chauds passent par un
échangeur thermique pour produire la vapeur nécessaire à la
production d’électricité. Les sels fondus retournent alors dans le
réservoir froid et le processus se répète en boucle fermée.
Efficacité : 80-90 %
Durée de vie : 20 ans
Maturité : demo
Advantages :
• Nombre illimité de cycle de charge
• Intensité de courants élevés
• Temps de cycle très rapides, non sensible à la surcharge
Inconvénients :
• Usage limité
Application : en liaison avec le Solaire thermique à concentration
Projets : Gemasolar, Andalousie, ESP, 20MW, solaire thermique à
concentration CSP
source : AREVA