DOSSIER Mots clés : Accumulateurs, Batteries, tilisation des batteries industrielles électriques,

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1 DOSSIER Mots lés : Aumulateurs, Batteries, Réseaux botte tilisation des batteries industrielles életriques, éetr Energie dans les grands reseaux e#*ietriques L-de se de seours. Pression sur les prix, onentration de la prodution par Patrik GAGNOL, André MARQUET, Eletriité de Frane, Diretion des études et reherhes, Isabelle LAIDET, Eletriité de Frane, SEPTEM (Servie des études et projets thermiques et nuléaires) et André VASSEUR, Eletriité de Frane, Exploitation du Par nuléaire. Dans la prodution et la distribution d'életriité, le stokage de l'énergie par aumulateurs életrohimiques voit progressivement ses appliations s'étendre, des dispositifs de seours vers la gestion de la qualité et la régulation de harge. INTRODUCTION Les différentes entrales életriques, postes et entres de distribution d'eletriité de Frane utilisent environ 5000 batteries industrielles. Celles-i servent en tant qu'alimentations de seours en ourant ontinu (ou alternatif au travers d'onduleurs) en as de oupure de ourant du réseau de distribution ou du générateur. Dans les entrales nuléaires, elles font partie du système de protetion qui garantit la fiabilité du ontrôle du réateur. La protetion des ordinateurs et la ommuniation sont deux autres appliations importantes des batteries de seours. Ces utilisations stratégiques dans le système életrique d'edf néessitent de porter une attention partiulière à l'évaluation des batteries, à leur séletion et à leur entretien. Cet artile dérit la situation atuelle des batteries industrielles pour des appliations de seours dans les systèmes életriques. Des appliations potentielles telles que le stokage d'éner gie provenant de soures renouvelables ou des appliations sur le réseau sont également disutées. BATTERIES STATIONNAIRES DE SECOURS DANS LES CENTRALES ÉLECTRIQUES Dans les entrales életriques, les batteries sont prinipalement utilisées pour des appliations de seours. Elles onstituent une omposante essentielle du système de séurité et de fiabilité des entrales nuléaires. En as de panne du hargeur ou du réseau, les batteries permettent de mener à bien les proédures d'arrêt du réateur. Les batteries sont onçues pour résister aux tremblements de terre sans onséquene sur leur fontionnement. Toute entrale éle- Les entrales életriques, postes et entres de distribution d'eletriité de Frane utilisent plus de inq mille batteries industrielles. Les aumulateurs au plomb et les batteries alalines nikel-admium sont utilisés pour des appliations stationnaires de seours, et, dans les entrales nuléaires, partiipent au système qui garantit la fiabilité du ontrôle du réateur. Cet artile dérit les onditions d'utilisation des batteries à EDF, les tehnologies qui leur sont liées, les tests utilisés et les ritères de oneption. Outre es appliations de seours, EDF étudie également le potentiel de futures appliations des batteries dans le domaine de l'énergie (stokage de l'énergie de soures renouvelables) et la gestion de sa qualité (lissage de la demande). The elelri power stations, substations and transmission enters operated by Eletriité de Frane make use of more than five thousand industrial batteries. Lead batteries and nikeladmium batteries are used for stationary bakup appliations and form part, in nulear power stations, of the system that ensures reliability of reator ontrol. This artile desribes the onditions under whih EDF makes use of the batteries together with relevant tehnologies, tests and design riteria. Other than bak-up appliations, EDF is studying future appliations for batteries in the area of power supplies suh as the storage of power derived from renewable soures, and in management to regularise demand. trique omporte des alimentations életriques en ourant ontinu pour ouvrir les opérations liées à son ontrôle. Ces alimentations sont également utilisées en parallèle omme hargeur de batteries (fig. 1, voir bibliographie [11). Les hargeurs sont alimentés par le réseau auxiliaire ou en

2 Batteries industrielles et grands réseaux életriques k k r7l Chargeur Batterie Chargeur AC /DC rd CI Chargeur -.. Batterie Résistane Utilisateurs : déharge 1 1 R é!! <* Résistane 1 déh.,g. 7 Utilisateurs a) k k DC Chargeur DC Chargeur- Batterie $ $ -1- l -- iil 1 1 Utilisateurs Résistane déharge - k k b) Chargeur Chargeur L Batterie L DC = Batterie = DC - -L- \-7- \ U tilisateurs 1-1 Résistane déharge ) d) a) Un hargeur - une batterie - un jeu de barres. b) Deux hargeurs - tne batterie - un jeu de barres. ) Deux hargeurs - une batterie - deux demi-jeux de barres. d) Deux hargeurs - det.x- batteries - un jeu de barres. 7. Configtarations d'alimeratatlon en CC dans les entrales életriques. as de panne par des générateurs diesel de seours. En as d'urgene, les batteries alimentent automatiquement en ourant ontinu les prinipaux dispositifs «usagers» (onduleurs, ordinateurs, systèmes de ontrôle et d'instrumentation, poste de ommutation extérieur, oupe-iruit, démarrage du générateur diesel de seours...). Compte tenu du raordement au hargeur parallèle et permanent des utilisateurs et de la batterie, auune oupure de ourant ne peut se produire en as de panne sur le iruit d'alimentation prinipal. La redondane est l'un des prinipes essentiels de la séurité. Chaque dispositif ou équipement, qui garantit la fiabilité du fontionnement et la protetion du réateur dans une entrale nuléaire, est doublé. Deux iruits indépendants, appelés voies A et B, doivent être disponibles et prêts à fontionner. A l'heure atuelle dans les entrales EDF, les voies A et B sont équipées respetivement de batteries au plomb et NiCd afin d'éviter toute panne générique simultanée. BATTERIES INDUSTRIELLES ET CENTRALES ÉLECTRIQUES : ompte environ 12 batteries au plomb et 5 à 6 batteries NiCd. Les tensions nominales vont de 24 V à 230 V, la apaité nominale de 40 Ah à 2000 Ah. Dans les entrales thermiques et nuléaires, environ 800 batteries tubulaires au plomb ( éléments «2 V») et 260 batteries NiCd ( éléments «1,2 V») sont utilisées. Le tableau 1 dérit un exemple d'installation de batterie dans une entrale nuléaire de MW. En raison des ontraintes de servie et de fiabilité, le temps moyen avant remplaement des batteries est à l'heure atuelle de 8 à 10 ans pour les batteries au plomb et de 13 à IS ans pour les batteries NiCd. Mais il est fort probable que la durée de servie des aumulateurs NiCd atuels soit prolongée dans le futur. Depuis le début de la prodution nuléaire en Frane (1977), 25 % des batteries NiCd ont été remplaées. Le taux de remplaement des batteries au plomb est en ours d'évaluation. En 1994, 18 batteries NiCd (1174 éléments) et 69 batteries au plomb (4 280 éléments) ont été remplaées. PROTECTION DU MATÉRIEL QUELQUES CHIFFRES INFORMATIQUE Les entrales életriques, à elles seules, utilisent quelques batteries industrielles omme alimentation életrique de seours. Dans haque tranhe nuléaire, on Les alimentations sans interruption (ASI) qui protègent les ordinateurs empêhent les pertes de données en as de panne du réseau prinipal et évitent les dysfontionnements

3 BATTERIES, STOCKAGE ÉLECTROCHIMIQUE TaMëCM/. - Caratéristiques de la batterie d'une ASI CC dans une entrale nuléaire de 1400 MW Tensioii d'al i i-netitatioii ontinue Batterie de voie A (Pb-Ca) déharge Capaité Batterie de voie B (NiCd) déharge Capaité «Usager» alimenté 230 V 125 V 48 V 48 V 30V 390 A 290 A 200 A 320 A 260 A 520 A 500 Ah 150 A 380 Ah i 220 V CA (redresseur) : protetion ontrôle & instrumentation. ordinateurs, téléommuniation, télévision, Ah 75 A 250 Ah Equipement (oupe-iruit. ontateurs,...), dispositifs de ommande (valves,...) Ah 150 A 380 Ah Protetion du réateur Ah 300 A 760 Ah Multiplexeurs, iruits de 880 Ah de retransmission, Ah 300 A 760 Ah Dispositif de ontrôle automatique, interrupteurs et endommagements. Une étude statistique, effetuée sur environ 120 ASI (hargeur + batterie + redresseur) utilisées dans les entres de distribution d'edf montre que 25 % des pannes de ASI sont liées aux batteries (perte de apaité) [2]. Le temps moyen entre les pannes (MTBF) est de 7,5 ans. Les ASI installées vont de 2 à 200 kva ; 30 % d'entre elles délivrent plus de 80 kva, et 40 % moins de 10 kva. PARAMÈTRES DE DIMENSIONNEMENT Les batteries de seours ne sont jamais déhargées, sauf en as d'urgene ou en période de maintenane de l'installation protégée. Elles sont reliées en permanene au hargeur qui les plae en ondition de marhe flottante (floating). Leur tension est alors maintenue à un niveau suffisamment élevé pour ompenser l'autodéharge afin de onserver les aumulateurs hargés omplètement. Ce type de fontionnement entraîne une onsommation d'eau supplémentaire et des effets de mémoire dans le as des batteries NiCd. On s'appuie sur quatre paramètres prinipaux pour onevoir et séletionner batteries destinées à des appliations stationnaires de seours. Les ritères de séletion orrespondent aux ontraintes de fontionnement et aux exigenes de servie suivantes. - Autonomie minimum requise lors d'une déharge au ourant onstant assigné (AM) : Ce paramètre fait référene à la durée de fontionnement minimum de l'alimentation életrique de seours requise en as de panne de la soure prinipale. Elle doit être d'au moins 60 minutes dans les entrales thermiques et nuléaires et de 4 et 8 heures dans les entres de prodution hydroéletrique, les installations de transport et de téléommuniation. - Courant de déharge maximum requis (Id) : Il est lié au ourant maximum qui peut être appelé par tous les «usagers» travaillant ensemble et simultanément, dans des onditions de servie normal. - Tension de fin de déharge (Ufd) : Cette valeur orrespond à la tension la plus basse autorisée en servie et supportable par les «usagers» avant tout endommagement ou dysfontionnement. Les pertes en ligne sont prises en ompte. - Tension de harge maximum (t/m) : Cette valeur est liée à la tension maximale en servie normal supportable par les «usagers» avant tout endommagement ou dysfontionnement. Une tension plus élevée spéifique (Ue) peut être appliquée exeptionnellement pendant une ourte période en as de harge partiulière. Deux méthodes de harge peuvent être utilisées pour les batteries stationnaires : - Marhe flottante à tension onstante - les batteries sont hargées à une tension donnée (Uin par ex.) pendant 24 heures ave limitation de ourant, puis plaées en marhe flottante à ette même tension. - Marhe flottante bipalier - les batteries sont hargées à une tension élevée (tension spéifique Ue par ex.) pendant 24 heures ave limitation de ourant puis automatiquement plaées en marhe flottante à une tension plus faible (Lm par exemple). Le dimensionnement et la séletion des batteries sont basés sur ette desription du servie requis et non sur des demandes spéifiques de performanes életriques (apaité, taux de déharge, tension nominale...). Les fabriants de batteries doivent en prendre en ompte lors de la oneption le dimensionnement des batteries qu'ils proposent. Le nombre d'aumulateurs est défini en fontion de la ten- RUE N'1 199 (,

4 Batteries industrielles et grands réseaux életriques sion de fin de déharge et elle de harge maximale : la apaité est définie en fontion de l'autonomie du ourant de déharge. requise et Le tableau 2 donne des exemples de valeurs seuil dans les entrales életriques et le nombre proposé d'aumulateurs pour des batteries au plomb et NiCd. TECHNOLOGIE STATIONNAIRES DES BATTERIES UTILISÉES DANS LE SYSTÈME ÉLECTRIQUE D'EDF Jusqu'à présent, tous les aumulateurs utilisés sont des éléments «ouverts», qui demandent un apport d'eau et un entretien à intervalles réguliers. Les différenes de durées de vie entre les batteries des voies A (plomb) et B (NiCd) permettent d'établir des alendriers de remplaement distints qui assurent la disponibilité totale d'une voie en as d'urgene. En outre, les aumulateurs NiCd sont intéressants pour les batteries de faible tension, du fait de l'impat plus faible de la perte d'un élément «1,2 V» que d'un élément «2 V». Aumulateurs Aumulateurs au plomb type Planté On n'utilise plus que quelques aumulateurs de e type. Ils étaient installés auparavant dans les entrales hydroéletriques (il reste environ 40 aumulateurs d'une apaité moyenne de Ah en exploitation, soit 10 % de la quantité totale des batteries installées). Leur durée de vie peut atteindre plus de 15 ans dans ertaines appliations, mais on ne les emploie plus en raison de leur oût élevé, de leur faible énergie spéifique et de leur omportement médiore lors des tests sismiques. Aumulateurs à plaque empâtée (batteries de type Faure) Ce type de batteries est utilisé dans la prodution hydroéletrique (50 % des batteries installées). Chaque plaque est omposée d'une grille en alliage plomb antimoine (3-12 % Sb) empâtée ave une pâte mixte d'oxyde de plomb, d'aide sulfurique et d'eau. Aumulateur à plaque positive tubulaire De nos jours, ette tehnologie est adoptée lors des remplaements de batterie ou pour tout nouvel équipement. Les batteries tubulaires au plomb représentent 33 % des batteries en servie dans les entrales hydroéletriques et 66 % dans les entrales nuléaires. Les plaques négatives sont empâtées. Les plaques positives sont omposées de tubes vertiaux. Chaque tube est reux ave une arête en alliage de plomb (Pb-Sb, Pb-Ca). Les parois du tube sont faites d'un isolant perméable du type fibre de verre tressée. L'espae vide dans le tube est omblé ave une matière ative. Pour le remplaement et les équipements nouveaux, des batteries à faible taux d'antimoine d'antimoine (Sb < 3 %) ou sans (Pb-Ca) sont préférées afin d'éviter les effets noifs de l'antimoine sur la plaque négative qui engendrent un dégagement de l'hydrogène et une onsommation d'eau CI plus importants (entretien aru, pertes de performane...). Batteries NiCd Aumulateurs à plaque à pohette C'est la prinipale tehnologie utilisée dans les entrales életriques, ave 33 % du nombre total de batteries. Elle est omposée de pohettes métalliques perforées remplies de matières atives. Aumulateurs à életrodes à liant plastique et à struture fibreuse Pour les nouveaux équipements, les batteries à életrode de admium ave liant plastique et les batteries à életrodes de nikel et de admium à struture fibreuse (FNC) sont deux autres tehnologies suseptibles d'être séletionnées. Les premières sont onstituées d'une plaque positive frittée et d'une plaque négative, dont la masse ative est omposée d'un mélange d'hydrate de admium et d'un liant plastique. Les aumulateurs FNC possèdent deux plaques à matrie de fibres de nikel dans laquelle sont imprégnées les matières atives. Lors de nos tests d'endurane marhe flottante en température, es deux tehnologies ont mieux résisté au vieillissement onventionnels à plaque à pohette. que les aumulateurs en Tableau 2. - Valeur-s seuil reonimandées daus les eutrales életriques Tension nominale (V) Nombre d'éléments plomb NiCd Tension de fin de déharge Ufd (V) 20, , Tension normal j Tension spéifique max. Uii (V) max. Ue (V) , ,5 255 REE N 1. ". : - [ 19 (, 35

5 BATTERIES, STOCKAGE ÉLECTROCHIMIQUE ÉVALUATION ET SÉLECTION DES TECHNOLOGIES DES BATTERIES Des règles préises ont été définies pour évaluer, hoisir et ontrôler les batteries. Pour l'équipement nuléaires, des entrales les proédures d'assurane qualité ouvrent haque étape essentielle de la prise de déision. Choix des batteries Le hoix des batteries repose sur des tests de qualifiation selon les spéfiations d'edf. Ces proédures d'essai tendent maintenant à intégrer les normes internationales, en plus des exigenes partiulières d'edf. La Diretion des études et reherhes d'edf a établi des spéifiation d'essais pour les batteries stationnaires au plomb et NiCd, qui omportent des séquenes de vieillissement à des températures plus élevées que elles de fontionnement. Pour une utilisation en entrale nuléaire, le fontionnement ontinu des batteries pendant et après des essais de séisme est vérifié. Auparavant, le vieillissement était effetué en appliquant des yles de surharge à 25'C. Les proédures d'évaluation atuelles sont basées sur la suession de périodes de marhe flottante à 45'C pour les batteries au plomb et à 55 C pour les batteries NiCd. A la suite d'études antérieures à 55'C, la température d'essai des batteries au plomb a été ramenée à 45'C pour éviter un vieillissement non représentatif. Des séquenes d'évaluation des performanes à des régimes de déharge différents sont interalées entre les phases de marhe flottante. Les prinipales valeurs seuil sont établies à partir des paramètres de fontionnement et des aratéristiques des batteries (par exemple, tension de oupure : 1,80 V/élément, 1,136 V/élément - tension de marhe flottante : 2,20 V/élément, 1,44 V/élément pour les batteries au plomb et NiCd respetivement). Résistane interne, performanes initiales, étanhéité, ourant de ourt-iruit, effiaité anti-déflagrante font partie des différents autres paramètres examinés. gaz émis doivent être pris en ompte. Les oeffiients de reombinaison à 25'C étaient de 97 % dans tous les as, sauf pour l'une des batteries (95 %). Des débits gazeux atteignant 2 m)/h ont été mesurés à ette même température. Cependant, à 45'C, des débits de l'ordre de 50 ml/h ont été observés pour ertaines batteries. Le niveau du débit gazeux est évidemment d'un intérêt tout partiulier lors de la séletion de batteries pour des appliations dans des endroits non ou mal aérés (armoire életrique, par exemple) du fait des risques assoiés à la formation d'hydrogène (risque explosion...) et de la onsommation d'eau (assèhement de l'életrolyte). Un autre objetif est de développer des proédures d'essai en ligne afin d'éviter la déonnexion des batteries testées du iruit d'alimentation des utilisateurs. Les méthodes de surveillane sont néessaires pour vérifier et ontrôler le bon fontionnement des batteries. C'est pourquoi EDF étudie le rapport entre la résistane interne (RI) et l'autonomie résiduelle en fontion de l'état de vieillissement de la batterie [3, 4, 51. Un impédanemètre prototype a été onçu pour réaliser les mesures sur site. La figure 2 montre des résultats enourageants qui indiquent une forte orrélation entre les valeurs RI élevées, mesurées à 70 Hz et la rédution de l'autonomie des différents éléments d'une batterie stationnaire au plomb de 1000 Ah utilisée depuis 81 mois. D'autres résultats intéressants apparaissent à la figure 3. Un rapport existe entre la apaité déhargée et la hute de tension des éléments, mesurée après seulement 10 minutes de déharge. Ces deux méthodes néessitent des ompléments de validation sur site. Cependant, elles pourraient permettre de réduire le temps d'indisponibilité qui est ausé par la déharge de ontrôle annuelle. Les développements de systèmes semblables (tels qu'un ondutimètre) sont également étudiés ave attention. Evaluation des batteries Les études d'edf sur les batteries stationnaires se onentrent sur deux points prinipaux : - l'évaluation de l'aptitude des nouvelles tehnologies de batteries à répondre aux exigenes de fontionnement, - le développement de proédures d'essai, de ritères de séletion et de méthodes de surveillane adéquats. Les aumulateurs au plomb à reombinaison à életrolyte absorbé (glass-mat VRLA) ont été étudiés lors d'essais de vieillissement. Ce type de batterie est présenté omme «sans entretien» grâe au proessus de reombinaison des gaz d'életrolyse. Il ne demande auun rajout périodique d'eau. Six batteries différentes ont subi des périodes de marhe flottante suessives à 45'C. Les résultats initiaux révèlent que non seulement le oeffiient de reombinaison, mais également les volumes globaux de.ilit ; t., ( ) : 65 ep,ésentatif de la batter e.t. 1 ALito. = Moy 4308 * (1891/200) "'-.' LJ (J Teni (,ii de l'élénient 600 IleSUrée s de dëiia,,,e aplës (iliv) 2. Corrélition eiitre la résistaiie iiiterne, jnesbij- (,e à 70 Hz, avant déharge. et l'autonomie des éléments d'une batterie ait ploiiib otit,ei-te de 1000 Ah de 81 iiiois.

6 Batteries industrielles et grands réseaux életriques Il s (0,255/5454) l. e :.> -- a.. -..* leinerit (0>275/421 ri, 10 0) reprentatif de la bauerie 1A...y ,e Z 4000 s: F V Z, (0,35b73). : b o O36 déjà existantes, solutions lassiques pour répondre à la R : Résistane interne de hnqu élinnent la mesuré déharge arant (xio.j Ohms) demande roissante en énergie et en qualité. Les âbles 3. Corrélation entre ititoiioi7iie et liiite de tension après 600 s de déharge des éléments d'une batterie au plomb otiverte de 1000 Ah de 81 iiiois. Entretien et vérifiation Les proédures d'entretien et de vérifiation ont été établies afin de suivre le omportement des batteries en poste pendant leur durée de vie. Elles sont basées sur : - la vérifiation de mise en servie (inspetion visuelle, mesures de apaité assignée et de tension d'élément), - les vérifiations périodiques (inspetion visuelle, addition d'eau, surveillane de la tension d'élément pendant les périodes de marhe flottante et 10 minutes après la déonnexion du hargeur), - l'entretien et la vérifiation pendant l'arrêt annuel de la tranhe (surveillane de la tension des batteries et de la tension d'élément pendant les périodes de marhe flottante, déharge au ourant spéifié pour les mesures d'autonomie). Dans les entrales nuléaires, la déharge annuelle est généralement arrêtée après 60 mn, une fois l'autonomie spéifiée ontrôlée. Des déharges plus fréquentes d'une durée limitée à 10 mn peuvent également être effetuées entre deux vérifiations annuelles. Autant que possible, pour les nouveaux équipements et les remplaements, les éléments d'aumulateurs vont être individuellement instrumentés ave des fils de mesure pour surveiller et enregistrer leur tension au ours de leur vie de servie. APPLICATIONS ET POTENTIELLES FUTURES DES BATTERIES DANS LES UNITÉS DE PRODUCTION ET DE DISTRIBUTION Réseaux importants D'ÉLECTRICITÉ Le stokage de l'énergie par aumulateurs életrohimiques va-t-il progressivement voir ses appliations s'étendre, des dispositifs de seours vers la gestion de la qualité ou la régulation de la harge dans les grands réseaux életriques futurs? Pour améliorer et gérer les installations de prodution, de transport et de distribution, les servies opérateurs életriques font fae maintenant à de nouveaux problèmes tehniques, éonomiques et environnementaux. Ils sont généralement touhés par les oûts roissants de l'énergie non distribuée et ils ont besoin d'une gestion du réseau plus préise ôté distribution. Ils font également fae à des diffiultés roissantes pour onstruire de nouvelles lignes de transport ou même pour renforer des lignes életriques életriques enterrés peuvent être une solution alternative, même si leur oût reste sensiblement supérieur. Parmi les différentes solutions existantes, le stokage d'énergie par aumulateurs peut être onsidéré à moyen terme omme un andidat pour la régulation de la harge, puisque, au vu des tarifs de l'életriité, il peut être déjà éonomiquement rentable pour ertains usagers industriels. Ce type de stokage, installé par exemple dans différentes postes, permettrait de différer la mise à niveau des systèmes de transport et de distribution amont. Comme un tel report de apaité ne peut durer éternellement, on peut envisager l'emploi d'ensembles de stokage mobiles, ave des tehnologies de batteries adaptées. Des systèmes de stokage assoiés à des onvertisseurs életroniques de puissane répartis dans le réseau peuvent présenter plusieurs avantages, en terme de : - séurité et qualité de l'életriité fournie, en évitant les miro oupures, les baisses de tension, les pertes d'alimentation en amont, et. ; - gestion loale rapide de l'énergie ; réglage de la fréquene, orretions du fateur de harge, amélioration de la stabilité, ontrôle de l'impédane par un onvertisseur életronique, réglage de la tension et peut-être, ave des onvertisseurs IGBT, ompensation harmonique ; - régulation de la harge sur de ourtes périodes ave ompensation des pointes (peak shaving), qui peut permettre de limiter les réserves tournantes, et lissage de la harge, sur des périodes plus longues (quelques heures), e qui permet de différer le renforement du réseau en amont. Ces systèmes - batterie + onvertisseur - demandent ependant un investissement de apital important : toutes les valeurs ajoutées des différentes fontionnalités assoiées doivent être prises en ompte. Si la tendane à la rédution des oûts est onfirmée, l'étude éonomique préliminaire montre un intérêt. Cela semble être le as ave les onvertisseurs életroniques de puissane de taille importante ou moyenne (GTO ou plus réemment IGBT) pour lesquels une rédution d'un fateur deux du prix dans les 10 ans semble possible. Les batteries doivent suivre la même voie pour réduire leur oût bien en deçà des FF/kWh. En même temps elles doivent onserver une bonne tenue aux yles (1 500 yles ou plus), et s'intégrer dans des systèmes très ompats, ave un entretien minime, voire inexistant [6]. REE \11 1, 1996

7 BATTERIES, STOCKAGE ÉLECTROCHIMIQUE Les batteries au plomb ouvertes atuelles donnent déjà des résultats tehniques intéressants, illustrés par environ deux dizaines d'installations, mondiales et à grande éhelle, expérimentales, opérationnelles ou en phase de lanement, allant de 200 kw à 70 MW et de 200 kwh à 40 MWh (BEWAG, CHINO. PREPA...). Les tehniques devront être améliorées si l'on veut trouver un moyen éonomique de touher un marhé plus vaste et répondre aux ritères mentionnés i-dessus. On peut penser à deux moyens différents. Augmentation des apaités nominales des monoblos au plomb ouverts ou à reombinaison, pour limiter la quantité trop importante de matériaux non atifs (onnexions...). Cela implique probablement : - de développer de nouveaux onepts d'életrodes larges, de gestion thermique intégrée et de dispositifs de gestion des gaz, afin d'améliorer l'effet d'éhelle, - de tirer parti d'une oneption semi-bipolaire (ou bipolaire le as éhéant) pour améliorer davantage la ompaité et la puissane spéifique. Bien que les batteries au plomb à reombinaison (VRLA) soient onsidérées omme plus fraoiles que les batteries ouvertes, elles peuvent être améliorées en tirant les enseignements de l'utilisation la tration életrique. des batteries VRLA pour Utilisation d'ensembles modulaires intégrés, assoiant haun une unité de stokage «sans entretien» et le onvertisseur de puissane életronique, pour parvenir à une prodution normalisée en grande série de façon à réduire les oûts. Cette approhe permettrait un investissement progressif en apaité selon les besoins roissants de stokage. Des onepts intermédiaires, omme les ensembles ompats sodium/soufre 500 kw-4 MWh (proposé par NGK/TEPCO au Japon), et 300 kw-300 kwh (proposé par Silent Power aux USA) peuvent également présenter un grand intérêt si des oûts suffisamment bas sont atteints. D'autres tehnologies peuvent apparaît-e, le zin/brome par exemple, en ours de développement aux Etats-Unis ave une perspetive oût faible (J 50 $/kw). Energies renouvelables Au-delà des systèmes spéiaux de signalisation photovoltaïque qui utilisent des batteries de seours surdimensionnées pour éviter les entretiens fréquents et les manques d'énergie, les soures renouvelables peuvent ontribuer à ourt terme à alimenter en énergie les habitations dans des onditions spéifiques. EDF est en train d'équiper, par exemple, plusieurs milliers de lients «isolés» à ause d'un éloignement trop important par rapport au réseau. Mais l'alimentation életrique fournie est intermittente. Pour es lients isolés, le stokage de l'énergie est don néessaire, e qui peut d'ailleurs aider la onnexion au réseau. Dans le premier as, une onurrene existe entre la résistane et la tenue aux yles des batteries au plomb «tubulaires» ouvertes de tration d'une part, et les batteries au plomb à életrolyte gélifié, qui résistent à la stratifiation pour une utilisation à des régimes de déharge partielle à basse température d'autre part. Là enore, l'amélioration de e deuxième type d'aumulateurs provenant des développements effetués dans le adre de l'appliation «véhiule életrique» permettra d'aroître leur durabilité. Dans le deuxième as, le stokage sert d'interfae régulation entre les usagers, la prodution loale renouvelable et le réseau de distribution. Cei permet une gestion du réseau optimale (les batteries peuvent être déplaées de site en site), ainsi qu'une utilisation optimale et un dimensionnement minimal de la soure d'énergie loale. Dans le adre de LIBES au Japon par exemple, des batteries tithium-arbone/oxyde de métallique à ylabilité élevée sont développées pour e type d'appliation, au niveau de l'usager individuel. CONCLUSIONS Les onnaissanes des grands opérateurs életriques sur le omportement des batteries stationnaires de seours ont beauoup progressé. Cei permet de mieux faire orrespondre les performanes des aumulateurs installés aux besoins spéifiés et de mieux omprendre leurs faiblesses. Les nouveaux enjeux que renontreront les opérateurs életriques dans le futur peuvent onduire à utiliser des batteries, réparties dans les réseaux életriques, pour des appliations de qualité, de gestion tehnique et de ontrôle de la harge. Mais ela est lié à des évolutions tehniques importantes pour obtenir des systèmes moins onéreux. Certaines «nouvelles» tehnologies voient déjà le jour. Les améliorations provenant de la reherhe sur les véhiules életriques pourraient être utiles d'une ertaine façon, pour des appliations sur les réseaux et pour l'utilisation des soures d'énergie renouvelables. Bibliographie [1] MORANGE et al. JM.) ; «Pratiques d'edf en matière de batteries stationnaires», dans Compte rendu du nov SEE onf. sur «Aumulateurs életrohimiques». Journées G. PLANTE», Frane, E4, pp [2] DEFLANDRE (T.) ; Rapport interne HM-22/94/41/A, 25 nov [3] ALZIEU et al. (J.) Un ; «paramètre de ontrôle de l'état d'une batterie d'aumulateurs en servie : la résistane életrique interne», dans Compte rendu SEE (f. [1]) El, pp [4] LEROY (J.) ; Rapport interne HMI 7/ , dé [5] LEROY (J.) ; «Charaterisation of the ondition of an open stationary lead storage battery». In LABého 1.94, Frane p. 2. [6] MARQUET (A.) ; «Eletrohemial onversion of energy : potential range and onditions for appliations in eletrial systems», in Proeedings of «Eletrohemial Engineering & Energy», May 94, Nany, Frane, Plenum Press. REE N'1 j, i, 1996