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1 Les services rendus par le stockage électrochimique. L expérience des îles françaises. EDF Direction des Systèmes Énergétiques Insulaires Printemps de la Recherche EDF R&D 13 octobre 2011 Jean-Michel DEVEZA Directeur SI et Programme Smartgrids Travail collaboratif avec Joseph Maire Directeur technique du programme SG

2 Sommaire EDF SEI en quelques mots L équilibre Offre-Demande: un problème crucial dans les îles. Quelques idées générales sur le stockage dans les îles. Trois illustrations concrètes sur le stockage électrochimique à EDF SEI Le projet Millener Batteries NaS à La Réunion La Centrale de Kaw en Guyane Conclusion 2 - Document name - Chapter - 00 Mois 2009

3 Guadeloupe Customers 427 MW installed capacity (68% EDF) GWh suplied 2010 (8,6% from RES) St Pierre et Miquelon 3700 customers, 27 MW installed capacity (~100% EDF), 45GWh supplied in 2010 (2% from RES) Martinique Customers 417 MW installed capacity (83% EDF) 1 617GWh supplied in 2010 (2,8% from RES) French Guiana customers 250 MW installed capacity (~100% EDF) 845 GWh supplied in 2010 (57% from RES) EDF IES Presentation in a nutshell Corsica customers 643 MW installed capacity (92% EDF) GWh supplied in 2010 (27.7% from RES) La Réunion customers 707 MW installed capacity (56% EDF) GWh supplied in 2010 (33.7% from RES) More than 1 million customers 3,257 employees 1,878 MW generation capacity ¼ Renewable sources Promotion of Demand side Management Stepping-up Fossil-fired capacity to guaranty the energy balance of its networks and modernize the plants Developing Renewable Energy Sources to limit the dependence on fossil fuel and protect its local fragile environment

4 Equilibre offre-demande: un problème crucial dans les îles Rappel des caractéristiques du système électrique: Empilement des moyens de production (base, modulation, pointe) Chaudières, moteurs diésels, TAC, hydraulique avec stockage Merit order. Avec la montée en charge des EnR intermittentes + gestion optimisée de la réserve primaire, le stockage électrochimique peut être une solution adaptée à la Gestion du Système Electrique. 4 - Document name - Chapter - 00 Mois 2009

5 Stockage Energie Puissance Temps de réponse EnR intermittentes Profil moyen Intermittence Transfert d énergie Production fatale jour, semaine Night Day Lissage Charge Intermittence minute Discharge Wind Compensated Power Services système PV sans inertie Intermittence seconde CONFIDENTIEL

6 CONFIDENTIEL

7 jour, semaine minute seconde CONFIDENTIEL

8 Les questions adressées par le stockage Quelle technologie et quels coûts? (Plomb, Lithium ion, NAS,. Thermique, Hydro.? ) Emplacement et pilotage idéal sur le système électrique? (centralisé ou distribué?) A B C D E F G H I Stockage isolé au jeu de barres HTA Stockage chez un producteur en départ dédié Stockage isolé en départ HTA existant Stockage chez un producteur en départ existant Stockage chez un client raccordé en HTA Stockage isolé en aval du poste DP Stockage isolé en réseau BT Stockage chez un client BT producteur Stockage chez un client BT 8 29/01/2009

9 1 ère illustration : le stockage individuel avec le projet Millener AMI de l ADEME, intégré dans le cadre des Investissements d Avenir. Un projet sur 4 années Le démonstrateur prévoit de déployer des écosystèmes chez des clients particuliers : des passerelles énergétiques, des batteries de stockage associés à des systèmes PV Ces installations seront déployées à la Guadeloupe, en Corse, à La Réunion. Eléments budgétaires Coût global : 30,2 Millions Aides nationales ADEME : 7,2 Millions 8 partenaires industriels

10 Projet Millener : deux familles d installations Configuration batteries individuelles Li-Ion + panneau photovoltaïque Le stockage permet : d injecter une énergie PV lissée sur le réseau de contribuer à l équilibre du réseau (réglage fréquence, apport de puissance aux heures de pointe...) au client d autoconsommer son énergie produite et d être secouru en cas de panne Système d information Centre de conduite passerelles énergétiques client Compteur PV Configuration passerelles énergétiques 500 installations sont prévues et réparties sur les 3 îles La passerelle permet de gérer les équipements de chauffage/climatisation du client afin de : diminuer sa consommation contribuer à l équilibre du réseau (effacement de puissance, ) installations Système d information Centre de conduite Actionneurs passerelles énergétiques client Compteur Pilotage Convecteur EC S Climatisation

11 ZOOM : Les Uses Cases «stockage» UC1: Soutien de fréquence Objectif: contribuer à la gestion instantanée de l équilibre offre demande par des actions locales pour agir sur la stabilité du système électrique. UC3: Gestion programmée de l équilibre offre-demande (la veille pour le lendemain) Objectif : Optimiser la gestion des ressources du système électrique (parc de production conventionnel, capacités de gestion de la demande) pour gérer l équilibre offre-demande en J+1. Moyens : il s agit de diminuer le recours au parc de production conventionnel en mobilisant les capacités de gestion de la demande et de stockage chez les clients Millener. UC7: Maximiser l autoconsommation Objectif : Minimiser l énergie PV intermittente renvoyée vers le réseau en maximisant l usage local de cette énergie PV, et réduction globale des pertes réseaux. UC8: Secours Objectif : Assurer un service minimum au consommateuren cas de panne du réseau (blackout ). Moyens : En cas de perte du réseau, les moyens de production et de stockage locaux prennent le relais.

12 Millener : Les questions adressées par le démonstrateur La sécurité du matériel mis en œuvre Evaluation des risques sur les batteries Un risque d image important pour nos groupes Le cycle de vie du matériel Le recyclage des batteries et le coût de celui-ci Acceptabilité client Encombrement des batteries Encombrement des installations de gestion (onduleur et BMS) Positionnement des batteries Stockages décentralisés (chez les particuliers) Stockages semi centralisés (quartier, lotissement) Stockages centralisés Les choix de dimensionnement Quelle puissance PV à installer? Quelle puissance batterie en conséquence? Quelle énergie en réserve? Combien de dispositifs à mettre en œuvre? Valorisation du stockage Bénéfices techniques (stabilisation du réseau) Bénéfices économiques

13 2 ème illustration: le Stockage de grandes capacité (NaS) La Batterie NAS d 1 MW à St ANDRE : à quoi ça ressemble? avant les travaux. après travaux (inauguration juillet 2010) Électronique de puissance

14 Batterie Sodium-Soufre (NaS) : comment çà marche? Batterie NAS Convertisseur alternatif/continu + PCS ~ Transformateur d adaptation au réseau - ~ Jeu de barre 15kV poste source de St André

15 Stratégies de pilotage du stockage Transfert d énergie quotidien: charge de la batterie à partir du réseau la nuit puis participation à la pointe du matin et du soir Déjà réalisé Absorption des fluctuations de la puissance photovoltaïque Réglage en fréquence: exemple: production si f< 49,8 Hz, stockage si f<50,2 Hz à venir projet Pegase

16 Le projet PEGASE: intégration des ENR intermittentes sur le système électrique par la prévision et le lissage Ferme photovoltaïque de 2 MW Ferme éolienne de 10 MW Stockage d énergie Batterie NaS de 1 MW Station d observation au sol prévisions météorologiques fines Algorithme de pilotage

17 Batterie Sodium-Soufre (NaS) : rex d une expérimentation en grandeur réelle Vérifier dans les années à venir les performances de la batterie NAS grace à cette expérimentation : Le rendement complet élevé annoncé à 75% La durée de vie garantie : 300 cycles de charge/décharge/an pendant 15 ans Les pertes de capacité de 1,3%/an, et de rendement de 0,2%/an L absence d entretien des modules Différentes applications possible dans le fonctionnement du système électrique Les points importants du rex: Un déroulement exemplaire des travaux ( ) Un dossier administratif long et complexe à mener avec la «DRIRE» / quantité de produits toxiques Na2Sx ( ) Initialisation en dossier de «simple déclaration» Puis instruction du dossier en ICPE Un budget dépassé du fait d exigences des services de l Etat (bâtiment notamment): coût final 3,5 M pour 1MW ( ) Un fonctionnement irréprochable jusqu à ce jour, une réactivité impressionnante ( )

18 3 ème illustration: Micro grid La centrale hybride de Kaw (Guyane) 18

19 3 ème illustration: micro grid centrale hybride de Kaw (Guyane) La centrale hybride solaire-thermique de Kaw a été mise en service en 2009 C est l une des plus grandes centrales en site isolé de ce type de par le monde, avec une puissance installée de panneaux solaires de 100 kwc, un complément thermique d appoint de 80 kva et une capacité de stockage sur batteries de kwh permettant une autonomie sur le solaire de 2,5 jours environ La superficie du champ solaire est de 800 m² environ; le stockage d énergie est effectué au moyen de 576 éléments de batteries au plomb de (2 V, 1090 Ah) La centrale pourvoit aux besoins des habitants du village de Kaw qui comprend une cinquantaine d habitations regroupées au cœur d une réserve naturelle exceptionnelle ; le village est accessible uniquement en pirogue. 19

20 Kaw, comment ça marche? Les modules PV capte l énergie solaire qui est transformé en courant alternatif et injecté directement sur le réseau du village via un premier jeu d onduleurs (SMC, rouges) Les onduleurs réversibles (SI, jaunes) permettent de stocker sur les batteries l énergie non consommée par le village en milieu de journée (ensoleillement maximum) en vue de la restituer le reste du temps Le groupe électrogène permet de compléter l apport d énergie au système en fonction des conditions d ensoleillement et de consommation du village 20

21 REX, points d attention, recommandations Avantages du couplage solaire-thermique : - production d énergie majoritairement d origine solaire, sans nuisance sonore et avec un impact environnemental fortement réduit (CO2) - production thermique d appoint, en vue de compléter et optimiser la charge des batteries garantie de service - réduction par 3 ou 4 des quantités de gasoil nécessaires par rapport à un système purement thermique Première année de fonctionnement: production à 60 % d origine solaire et 40% thermique Pour des questions de mauvais fonctionnement des onduleurs d injection réseau et du système de contrôle d ensemble de la partie PV, ce rapport s est inversé la 2 ème année! Points d attention, recommandations : système est nettement plus complexe à maîtriser que le simple fonctionnement d un moteur diesel. La gestion en parallèle de la charge-décharge des batteries ne permet pas d assurer la complétude des charges en saison des pluies, ce qui impacte négativement la durée de vie du parc batteries ; l optimisation de la gestion des flux d énergie reste un sujet d étude pour ce type de centrale hybride autonome avec stockage d énergie télé-information performante ou télé opération pertinentes. 21

22 Conclusion sur le stockage électrochimique dans les îles EDF SEI anticipe la réflexion sur les réseaux électriques intelligents SEI marque un intérêt prononcé pour le stockage électrochimique pour la préparation du futur : les îles sont «tirées» par une forte croissance de la consommation et un Equilibre Production Consommation fragile. La technologie du stockage électrochimique doit faire ses preuve techniques et économiques avant d être considérées comme une solution viable: elle pose de nouveaux problèmes notamment en terme d environnement et de sécurité que les exploitants doivent apprendre à maitriser. Le groupe EDF investit dans la réflexion sur le stockage et adresse les questions ci après: La sécurité du matériel mis en œuvre Le cycle de vie du matériel Acceptabilité client Les choix de dimensionnement Positionnement des batteries Valorisation du stockage

23 Merci de votre attention 23 - Document name - Chapter - 00 Mois 2009

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