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Énergie
Bâtiment
Les systèmes de stockage d'énergie sont utilisés pour stocker l'énergie disponible qui n'est pas immédiatement nécessaire en vue d'une utilisation ultérieure. Grâce au stockage, l'énergie peut être utilisée en cas de besoin. L'objectif est de créer un système fiable et respectueux de l'environnement. L'augmentation de la part des énergies renouvelables s'accompagne d'un besoin de stockage.
Une énergie abordable et propre
Industrie, innovation et infrastructure
Villes et communautés durables
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Description
La demande mondiale d'énergie a fortement augmenté au cours de la dernière décennie, notamment en raison de la croissance économique, de la croissance démographique et de l'industrialisation des pays en développement. Cette demande d'énergie doit être satisfaite de la manière la plus stable et la plus durable possible, en utilisant des énergies renouvelables(Proton OnSite, 2016).
La production variable d'électricité est un phénomène courant lorsqu'il s'agit de ressources renouvelables telles que le vent et le soleil. Il peut donc y avoir un décalage entre l'énergie produite et les habitudes de consommation, ce qui est responsable du fait que l'énergie n'est pas nécessairement produite au moment où l'on en a besoin. En outre, en raison de la décentralisation et de la généralisation de la production d'énergie par les sources renouvelables, l'énergie n'est pas nécessairement produite dans les endroits où la demande est la plus forte.
Les systèmes de stockage d'énergie découplent la production et la consommation d'énergie et peuvent donc contribuer à équilibrer le système en stockant l'énergie disponible au moment où elle n'est pas immédiatement nécessaire, en vue d'une utilisation future(Distributed Control Methods and Cyber Security Issues in Microgrids, 2020).
Problèmes à résoudre
Indirectement par l'intégration accrue des énergies renouvelables :
Production d'énergie à partir de combustibles fossiles
Émissions de carbone
Qualité de l'air nuisible
Dépendance à l'égard des combustibles fossiles
Directement grâce aux solutions de stockage :
Régulation de la tension et de la fréquence
Instabilité du réseau
Déséquilibres géographiques
Élimination des pointes
Efficacité des énergies renouvelables
Taux d'utilisation de la production renouvelable
Avantages
Les avantages montrent de manière tangible comment la mise en œuvre d'une solution peut améliorer la ville ou le lieu.
Le principal objectif des systèmes de stockage d'énergie est de faciliter l'utilisation des énergies renouvelables. Ils permettent d'économiser de l'énergie et donc d'équilibrer les différences entre les temps de production et de consommation. Alors que certains avantages sont susceptibles d'être obtenus avec une mise en œuvre de base de la solution, la réalisation des avantages potentiels dépend des fonctions mises en œuvre dans le cadre d'un projet spécifique.
Principaux avantages
Améliorer l'efficacité de l'utilisation de l'énergie
Augmentation de l'autoconsommation PV
Réduction des frais de demande
Intégration efficace des énergies renouvelables
Alimentation de secours
Adéquation des ressources
Réduire l'utilisation des fossiles
, Réduire les combustibles fossiles pint
Augmentation de la part des énergies renouvelables
Augmenter l'autarcie énergétique
Avantages potentiels
Permettre de nouvelles opportunités commerciales
Améliorer la stabilité du réseau
Réduire les factures d'énergie
Améliorer la qualité de vie
Réduire la pollution atmosphérique locale
Fonctions
Les fonctions t'aident à comprendre ce que les produits peuvent faire pour toi et lesquels t'aideront à atteindre tes objectifs.
Chaque solution a au moins une fonction obligatoire, qui est nécessaire pour atteindre l'objectif de base de la solution, et plusieurs fonctions supplémentaires, qui sont des caractéristiques qui peuvent être ajoutées pour fournir des avantages supplémentaires.
Fonctions obligatoires
Stockage l'énergie
Stockage thermique ou électrique pour une utilisation ultérieure
Découplage demande de production
Capacité de stockage suffisante pour les déplacements de pointe
Gestion d'énergie
Capacité à gérer l'énergie en fonction de la demande et de la production
Fonctions potentielles
Visualiser la consommation d'énergie
Affichage de la demande d'énergie du système alimenté
Stabilisation de micro-réseau
Contre les fluctuations accrues de la tension et de la fréquence, et la modification des schémas de flux d'énergie
Contrôle de la participation au marché de l'énergie
Contrôle aigu des périodes où les prix du marché sont bas et élevés
Variantes
Une variante est généralement quelque chose qui est légèrement différent d'autres choses similaires. Dans le contexte des solutions, les variantes sont des options différentes ou éventuellement des sous-domaines/branches par lesquels la solution peut être mise en œuvre, par exemple des options technologiques différentes.
Il existe différentes possibilités de classer les systèmes de stockage d'énergie afin de les rendre comparables. Les plus connues sont les classifications selon les propriétés physiques, énergétiques, temporelles, spatiales et économiques. La classification énergétique distingue les catégories supérieures de puissance et d'énergie, la temporelle, le court terme et le long terme, la spatiale, le central, le décentralisé, le stationnaire et le mobile, et l'économique, les marchés, les coûts d'investissement et les coûts d'exploitation. En raison de la popularité, du grand nombre de catégories et de la compréhension technique, les différents systèmes de stockage sont classés et expliqués d'un point de vue physio-énergétique(Sterner, Stadtler, 2017).
Description
Les systèmes de stockage mécanique utilisent l'énergie que possède un fluide en raison de sa position (potentiel), de sa vitesse (cinématique) ou de son état thermodynamique (pression). Il s'agit principalement de vecteurs d'énergie secondaire.
Étant donné que l'utilisation de l'énergie provenant de sources renouvelables est plus économique lorsqu'elle est utilisée sous forme d'électricité, le stockage de l'électricité est une option évidente. L'avantage est de ne pas avoir à convertir l'énergie électrique en d'autres formes d'énergie et donc de pouvoir éviter des pertes de conversion élevées dans certains cas. Cet avantage estcontrebalancé par l'inconvénient des densités d'énergie extrêmement faibles en termes de volume et de poids - et des coûts exorbitants (Sterner, Stadtler, 2017). Pour cette raison, leur application est actuellement simplement limitée à des applications de niche.(Kurzweil, Dietlmeier, 2015)
Les condensateurs sont utilisés pour l'alimentation décentralisée en courant de court-circuit et pour les applications ayant les exigences les plus élevées en matière de temps de réaction (par exemple, la qualité de la tension).
Technologies de stockage :
Condensateurs et bobines
Stockage d'énergie par super conducteur magnétique
Stockage d'énergie par supercondensateur
Contexte de la ville de soutien
Stockage à court et à long terme
Présence d'actifs de production d'énergie à faible teneur en carbone
Colocalisation avec d'autres actifs de production (PV et éolien)
Description
Les systèmes de stockage électrochimique sont constitués d'électrodes reliées chimiquement. L'énergie électrique est transférée par le biais de réactions chimiques pendant le chargement et le déchargement. Il existe des systèmes électrochimiques qui ne peuvent être que déchargés. Il s'agit des batteries primaires. Les systèmes qui peuvent être chargés et déchargés à plusieurs reprises sont appelés batteries secondaires (accumulateurs). Le stockage chimique, quant à lui, implique des sources d'énergie matérielles telles que des hydrocarbures ou des substances porteuses d'énergie. L'énergie peut être stockée dans des milieux gazeux (hydrogène, biogaz), liquides (carburants tels que l'éthylène, le méthanol) ou solides (biomasse, charbon). Les processus de chargement se déroulent dans la nature (photosynthèse) ou sont convertis techniquement (de l'électricité au gaz, de l'électricité au liquide). La décharge est réalisée par des processus de combustion ou par la conversion de l'énergie thermique en énergie mécanique ou électrique.
Fonction : Le stockage chimique fonctionne comme un stockage à long terme pour le secteur de l'électricité, mais aussi comme un fournisseur de carburant pour la mobilité et la chaleur.
Technologies de stockage :
Systèmes de stockage par batterie :
Batteries à basse température (batteries au plomb, batteries au nickel, batteries au lithium).
Batteries à haute température (batteries sodium-soufre)
Batteries avec stockage externe (batteries à flux redox)
Stockage de produits chimiques :
Stockage chimique conventionnel (pétrole brut, gaz liquide)
Biocarburants (bioéthanol)
Power-to-Gas (stockage d'hydrogène, stockage de méthane)
Réutilisation des batteries de véhicules électriques pour le stockage de l'énergie
Solution pour la réutilisation des batteries de véhicules électriques (VE). Les taxis électriques de la société privée OU Takso à Tartu seront partiellement rechargés grâce à l'énergie renouvelable produite sur place par des panneaux photovoltaïques et stockée dans des batteries de véhicules électriques usagées, ce qui améliorera le rendement de ces dernières.
Un plan visant à réduire la consommation d'électricité dans les bâtiments tertiaires de Barcelone, grâce à l'installation et à l'utilisation de panneaux solaires photovoltaïques.
Il existe trois principaux types de systèmes de stockage de l'énergie thermique : sensible, latent et thermochimique. Alors que le stockage d'énergie sensible fonctionne grâce à un changement de température, le stockage d'énergie latente fonctionne grâce à un changement de phase du matériau utilisé. Dans les systèmes de stockage thermochimique, une réaction chimique à haute énergie est utilisée pour stocker l'énergie. Le stockage thermique sensible a un niveau de développement élevé mais une faible densité énergétique et le stockage thermochimique vice versa. Le stockage latent se situe entre les deux paramètres.
Technologies de stockage :
Stockage thermiquesensible
Solide
Liquide
Stockage thermique latent
Liquide solide
Liquide gazeux
Solide-solide
Stockage thermique thermochimique
Sorption
Chimiquement réversible
La solution de stockage des sels fondus, mentionnée dans la solution de flexibilité du réseau, entre dans la catégorie du stockage de chaleur sensible.
Fonction :
Le stockage thermique sensible fonctionne comme un stockage à court terme ou saisonnier, allant du niveau à basse température pour le chauffage de l'eau domestique au stockage à haute température pour la production d'électricité (sel fondu pour les centrales solaires thermiques), les applications mobiles et stationnaires.
Quels sont les facteurs de soutien et les caractéristiques d'une ville pour lesquels cette solution est adaptée ? Quels sont les facteurs qui faciliteraient la mise en œuvre ?
La composition du prix de l'électricité peut influencer la performance économique d'un système de stockage d'énergie.
Les réglementations légales ont une influence considérable et peuvent promouvoir ou inhiber les systèmes de stockage dans les pays, les régions et les villes.
Le stockage de l'électricité étant principalement lié aux énergies renouvelables, la proximité d'une centrale d'énergie renouvelable garantit une approche holistique pour maximiser les économies d'émissions dans les limites tracées. Par exemple, l'électricité produite par une éolienne ou un système photovoltaïque peut être stockée dans un système de stockage.
Facteurs de soutien
Prévalence des sources d'énergie renouvelables locales (éolienne/solaire/CHP fonctionnant avec des énergies renouvelables)
La modernisation du réseau, telle que la transition vers des réseaux intelligents, contribue à l'intégration des systèmes de stockage de l'électricité.
les réglementations locales qui soutiennent les systèmes de stockage de l'énergie (voir Initiatives gouvernementales).
Initiatives du gouvernement
Quels sont les efforts et les politiques entrepris par les administrations publiques locales/nationales pour favoriser et soutenir cette solution ?
Les performances économiques de nombreuses technologies de production et de stockage d'énergie dépendent fortement du cadre réglementaire, notamment en ce qui concerne les taxes et les prélèvements. Les implications de la politique climatique et du prix du CO2 peuvent favoriser les technologies à faibles émissions de carbone. Le prix des quotas est ensuite ajouté aux coûts variables de chaque technologie fossile. Par exemple, plusieurs pays européens ont mis en place une taxe sur le carbone. Le Portugal, la Suède, l'Espagne et la Pologne n'en sont que quelques exemples(taxfoundation, 2020).
Plusieurs initiatives européennes ont été lancées dans le domaine des batteries, telles que Batteries Europe, l'action du plan SET, les projets BRIDGE sur les batteries ou le projet BATSTORM(Commission européenne, 2020).
La plupart des pays de l'UE ne disposent pas d'un mécanisme de soutien spécifique pour les systèmes de stockage de l'énergie, bien que certains aient mis en œuvre des mesures spécifiques. En Allemagne, par exemple, il existe un programme de subvention pour la distribution de systèmes de stockage par batterie. Il vise à faire en sorte que les systèmes solaires photovoltaïques profitent davantage au système dans son ensemble en lissant leurs exportations. Si certaines solutions de stockage de l'énergie sont commercialement viables sans subventions, les grands projets à forte infrastructure, tels que les centrales de pompage-turbinage à grande échelle, peinent actuellement à attirer les investissements en raison du risque élevé en matière de revenus(cms, 2018).
Cartographie des parties prenantes
Quelles sont les parties prenantes à prendre en compte (et comment) dans la planification et la mise en œuvre de cette solution ?
Carte des parties prenantes Stockage de l'énergie
Carte des acteurs d'un système de stockage d'énergie (BABLE, 2021)
Potentiel du marché
Quelle est la taille du marché potentiel pour cette solution ? Des objectifs européens soutiennent-ils la mise en œuvre de la solution ? Comment le marché s'est-il développé au fil du temps et plus récemment ?
Il existe de nombreuses projections concernant le futur marché du stockage de l'énergie. Certaines d'entre elles diffèrent sensiblement, mais une affirmation se retrouve dans toutes les projections : le marché du stockage de l'énergie va croître. Une étude de Deloitte (2018) identifie différents moteurs de cette croissance :
La diminution des coûts des technologies de stockage
L'amélioration des performances
La modernisation et la complexité du réseau vont augmenter
Davantage d'énergies renouvelables seront installées (à l'échelle régionale ou mondiale)
Participation des systèmes de stockage aux marchés de gros de l'électricité
Mise en place d'incitations financières pour soutenir l'utilisation des technologies de stockage
Tarifs de rachat faibles ou en baisse pour les énergies renouvelables Augmentation des incitations à l'autoconsommation de l'électricité produite
Augmentation du désir d'autosuffisance (autarcie énergétique), de résilience ou d'indépendance chez les consommateurs.
Réglementations et politiques nationales encourageant les solutions de stockage pour relever des défis spécifiques tels que la dépendance à l'égard des importations, combler les lacunes dans le mix de production, se rapprocher des objectifs environnementaux et des objectifs de décarbonisation.
Le stockage de l'énergie devrait également bénéficier de mandats politiques généraux liés à l'urbanisation et aux objectifs de qualité de vie dans les pays en développement.
En 2019, la demande mondiale de systèmes de stockage de l'énergie s'élevait à 194,32 GW(prévisions par région et par segment, 2020). Selon Bloomberg NEF, le marché du stockage de l'énergie atteindra 943 GW ou 2 857 GWh d'ici à 2040. Entre 2018 et 2040, 620 milliards de dollars seront investis dans le stockage de l'énergie. D'ici 2040, le stockage de l'énergie devrait représenter 7 % de la capacité électrique mondiale installée. Dans un premier temps, une grande partie du stockage de l'électricité sera installée derrière le compteur, mais d'ici le milieu des années 2030, la majorité du stockage devrait se faire dans le secteur des services publics. L'évolution du marché dans les différents pays est illustrée dans la figure suivante(BloomberggNEF, 2018).
Figure: Déploiement cumulé mondial projeté du stockage par pays 2018-2030(Deloitte, 2018).
Structure des coûts
Les coûts des capacités de stockage sont cruciaux pour un système énergétique basé sur des parts significatives d'énergie renouvelable. La figure ci-dessous présente une vue d'ensemble des prix spécifiques par kWh pour différentes technologies de stockage de l'électricité au cours des dernières années. Les solutions les plus utilisées actuellement sont les systèmes de batteries, les technologies "power to X" (électrolyse en couleur brune) et les centrales de stockage par pompage (hydroélectricité pompée en couleur jaune). La dépendance entre le prix et la capacité installée cumulée est illustrée sur les axes horizontaux. On peut ainsi observer une corrélation entre la capacité installée et les réductions de coûts.
Figure: Courbes d'expérience pour les coûts et les capacités installées cumulées de différentes technologies de stockage électrique(Schmidt, Hawkes, Gambhir, & Staffell, 2017).
Outre la réduction historique des coûts spécifiques des capacités de stockage électrique, d'autres réductions de coûts sont attendues. Des études prévoient que le coût nivelé des capacités de stockage (LCoS) diminuera au moins d'un tiers à la moitié d'ici 2030 et 2050. En outre, on s'attend à ce que le lithium-ion devienne plus rentable pour presque toutes les applications de batteries stationnaires à partir de 2030(Schmidt, Melchior, Hawkes et Staffell, 2019). L'effet de la réduction des coûts n'est pas seulement dû à l'économie d'échelle, mais aussi au niveau de maturité des technologies. La figure suivante présente une projection du développement de la technologie LCoS.
2016 - Paquet "Énergie propre pour tous les Européens" - entre autres, passage à l'énergie propre et ouverture des marchés de l'électricité au stockage de l'énergie(Commission européenne, 2017)
2019 - Directive sur la conception du marché de l'électricité (refonte) : vise à réduire les obstacles au stockage de l'énergie et impose des marchés publics non discriminatoires et concurrentiels pour les services d'équilibrage ainsi que des règles équitables en matière d'accès au réseau et de tarification(Journal officiel de la Commission européenne, 2019).
2020 - Proposition de règlement du Parlement européen et du Conseil concernant les piles et les déchets de piles : partie du Green Deal européen(Commission européenne, 2020), statut février 2021 : Parlement européen, 2021
Loi sur la transition énergétique : fixe des objectifs ambitieux pour 2030 en matière d'énergies renouvelables en France, le stockage de l'énergie est une nécessité pour atteindre les objectifs de la politique environnementale.
La création de cette solution a été soutenue par un financement de l'UE.
Cas Pratique
Découvrez des exemples concrets de mise en œuvre de cette solution.
Énergie
Mobilité
Réutilisation des batteries de véhicules électriques pour le stockage de l'énergie
Solution pour la réutilisation des batteries de véhicules électriques (VE). Les taxis électriques de la société privée OU Takso à Tartu seront partiellement rechargés grâce à l'énergie renouvelable produite sur place par des panneaux photovoltaïques et stockée dans des batteries de véhicules électriques usagées, ce qui améliorera le rendement de ces dernières.
Un plan visant à réduire la consommation d'électricité dans les bâtiments tertiaires de Barcelone, grâce à l'installation et à l'utilisation de panneaux solaires photovoltaïques.
Stockage de l'énergie dans le quartier à énergie positive d'Espoo
L'énergie thermique est stockée dans le sol (trous de forage), où l'énergie thermique excédentaire est renvoyée et stockée dans le sol. Une batterie électrique à Lippulaiva est utilisée pour optimiser l'utilisation de l'électricité et participer aux marchés de réserve de l'électricité.
Environ un quart du prix de l'énergie est dû au transport de l'énergie. La mise en œuvre d'un système énergétique local peut faire passer la production d'énergie d'un système centralisé à un système décentralisé.
La fourniture d'énergie aux ménages, aux bâtiments publics et aux services représente la majeure partie des émissions de gaz à effet de serre dans la plupart des municipalités. Les systèmes municipaux d'économie d'énergie représentent des solutions ponctuelles pour optimiser la consommation d'énergie.
Selon la directive sur la performance énergétique des bâtiments (EPBD), les bâtiments sont responsables d'environ 40 % de la consommation d'énergie et de 36 % des émissions de CO2 dans l'UE.
La majorité des financements publics pour l'efficacité énergétique au sein de l'UE sont proposés dans le secteur du bâtiment. Les fonds fédéraux pour l'efficacité énergétique dans les bâtiments résidentiels s'élèvent à 97 millions d'euros en 2019. Un système de maison intelligente est une possibilité d'améliorer l'efficacité énergétique résidentielle.
Les VPP sont une réponse au nombre croissant de ressources énergétiques distribuées (DER) qui font leur entrée sur le réseau, car les VPP permettent de mettre en commun leur production pour atteindre la flexibilité et l'échelle nécessaires pour négocier sur le marché de l'électricité, libérant ainsi des gains pour les prosommateurs, les agrégateurs et les opérateurs de réseau.
