RENOUVELABLES ET INTERMITTENCE: LE STOCKAGE EN SOUTIEN MARION PERRIN

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CONTENU DE LA PRÉSENTATION 1. La problématique du photovoltaïque à plusieurs échelles 2. Le stockage comme solution 3. L habitat solaire 4. Les grandes centrales et le réseau électrique 5. questions principales pour l utilisation du stockage: dimensionnement choix de la technologie gestion pour la maximisation de la duré vie

RENOUVELABLES ET RÉSEAU Intégration massivs EnR Non prévisible Non contrôlable Intermittente Développement du véhicule électrique & nouveaux usages Dérégulation du secteur électrique qui entraine la séparation des différents business électriques 3

INTERMITTENCE DU PV ILLUSTRATION POUR MAYOTTE Possibilité de perdre plus de 70% de la puissance crête en 1min Diminution de cette probabilité par augmentation de la taille de la centrale Impact mesuré sur la fréquence en ZNI

FLEXIBILITÉ & SERVICES SYSTÈMES DÉCENTRALISÉS! Sur la consommation! Sur la production! Stockage Stockage R&D Production décentralisée Tarification temps-réel Pilotags charges Coût Social Gestion de la demande Economie d énergie

VALEUR AJOUTÉE DU STOCKAGE 0,50!/kWh Coût du stockage Applications solaire et bâtiment Applications transport Site isolé VE et VHR Evolution graduelle 0,10!/kWh Production décentralisée 100h 10h 1h 10m 1m Faible puissance Forte puissance Temps de décharge

L INSERTION DU STOCKAGE SUR LES RÉSEAUX C P T D C ESS ESS ESS ESS C Production Transmission Distribution Consommation Le stockage a une fonction transversale! Difficulté à récolter la totalité des bénéfices L optimum varie en fonction du cadre réglementaire 7/20

LA PROBLÉMATIQUE PV Au niveau du client final Produire son électricité Etre indépendant du tarif de l électricité " Besoin de mettre en «phase» production PV et consommation " Solution: Développement de l autoconsommation Au niveau du réseau de distribution Accueillir le PV Assurer le maintien de l approvisionnement " Besoin de gestion du plan de tension et des surcharges transformateur " Solution: Ecrêtage du PV Au niveau du réseau de transport Accueillir le PV Assurer l équilibre production/consommation " Besoin de certitudes dans la «variabilité» du PV afin de maintenir la fréquence " Solution: Réserves opérationnelles nécessaires pour apporter de «l inertie» à la production PV

AUTOCONSOMMATION Pourquoi vendre son électricité lorsque l on peut la consommer AUTOCONSOMMATION soi-même? - LE SYSTÈME SOL-ION Produire local, est-ce vrai aussi pour l électricité? 0,37 Figure: ScommeSolaire.com

AUTOCONSOMMATION LE CAS ALLEMAND 0,15 Figure: ScommeSolaire.com

L AUTOCONS OMMATION

L AUTOCONS OMMATION

TAUX DE COUVERTURE SOLAIRE L AUTOCONS OMMATION

BILAN DE L AUTOCONSOMMATION Technique: l autoconsommation et la taux de couverture solaire sont fonction: Du ratio Energie produite/energie consommée De la courb charge du consommateur (variation de 10 à 15 points) " Gestion de la demande De la capacité batterie Economique L augmentation du coût de l électricité couplée au prix dégressif du PV devrait rendre «naturelle» l apparition de l autoconsommation en France. La création de tarif de rachat PV spécifique autoconsommation peut accélérer cette tendance. Perspectives L autoconsommation ne doit pas se faire avec comme seul objectif les contraintes des consommateurs. Elle doit prendre en compte les contraintes réseau pour améliorer l insertion du PV et ses bénéfices.

LES GRANDES CENTRALES PV : Variable Peu prévisible Peu contrôlable! Comment intégrer à grande échelle la production PV dans les réseaux électriques? " Limiter la variabilité et améliorer la contrôlabilité - Ramp montée/descente - Limiter la puissance maximale " Améliorer la prédictabilité - Fournir des indications de production au préalable (1jour à 1heure) # Centrale PV similaire à une centrale conventionelle 15

SIMULATION ET DIMENSIONNEMENT Scheduling compute_t1_t2_pref - Prévision PV - Contraintes batterie T1 Pref T2 Operation control_ess - 3 phases: - Augmentation de P - P constant; - Réduction de P ; ESS sollicitation limitée par le systèm stockage Evaluation - Détection de pénalités 16

DIMENSIONNEMENT TECHNICO-ÉCONOMIQUE Dimensionnement optimal et impact des incertitudes techniques et économiques : Détermination du dimensionnement technico-économique optimal avec comme indicateur de rentabilité le TRI (Taux de Rentabilité Interne), modèle P/E constants : Détermination probabiliste du dimensionnement optimal (ici 600 kwh) Impact de l incertitude liée au coût d O&M sur le dimensionnement optimal : 650 kwh pour un coût d O&M annuel de 3% du CAPEX et 500 kwh pour un coût d O&M annuel de 7% du CAPEX

TEST TERRAIN À INES

QUELLE TECHNOLOGIE DE STOCKAGE? Temps de réponse Puissance disponible Ratio Puissance/Energie Profondeur de décharge Duré vie Coût Maintenance prédictive/curative Impact environnemental Plomb avancé Batteries Redox NiMH/NiCd Sodium-beta Supercapacités Lithium-ion

LSE: intelligence pour le stockage Véhicules électriques Stockage connecté réseau Systèmes autonomes 1. Caractérisation / développement de batteries (benchmarking, identification, standardisation, nouvelles technologies, capteurs innovants) 2. Modélisation des batteries (outils de simulation, outils de dimensionnement) 3. Gestion des batteries (BMS, indicateurs d état, algorithmes de charge/décharge) 4. Intégration des batteries aux réseaux (dimensionnement, indicateurs spécifiques, energy management system EMS)

Familles de batteries au Lithium Historique Développement des batteries au Lithium Début des années 70 1. Batteries Lithium-métal Commercialisées au début des années 80 Problèm performances et de sécurité 2. Batteries Lithium-ion Commercialisées au début des années 90 3. Batteries Lithium-métal polymère Développées par le Gorupe Bolloré (BatScap)

Familles de batteries au Lithium Batteries Lithium-ion Négative Positive Li-ion picture: courtesy of Prof. M. Winter

Performances en endurance 2 types de vieillissement " en usage, mais aussi au repos! Vieillissement en cyclage (= mode roulage) Vieillissement au repos (= mode parking) 80 à 95 % du temps d utilisation d un véhicule! CONFIDENTIEL CEA 23

Performances en endurance Performances en vieillissement en cyclage Résultats de cyclage à 25 C CONFIDENTIEL CEA 24

Performances en endurance Performances en vieillissement calendaire Résultats de calendaire à T=60 C, SOC=100 CONFIDENTIEL CEA 25

Résultats de simulation : Impact de la gestion sur la duré vie Simulation de l impact du calendaire dans 4 cas : - SOC100 et Tamb. ARIZONA, avec et sans gestion thermique* - SOC80 et Tamb. ARIZONA, *T" 30 C

EN CONCLUSION Le stockage permet l intégration plus massivs ENR dans les réseaux (et le développement des véhicules électriques) Les points critiques sont: La localisation Le choix de la technologie Le dimensionnement Les modèles d affaires du stockage sont en pleine mutation La gestion du moyen de stockage est primordiale pour maximiser sa duré vie

Merci de votre attention Marion.perrin@cea.fr 28