Questions-réponses PVMI : Entretien avec Bill Reaugh, du VDE, sur les systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS)
BILL REAUGH, VDE AMERICAS
Bill Reaugh est responsable des technologies de conversion d'énergie au sein du cabinet de conseil en ingénierie VDE Americas. Dans le cadre de nos recherches pour le rapport « PV Module Index Report » (PVMI) 2023, RETC a mené un entretien avec M. Reaugh, expert en la matière, afin de recueillir son point de vue de première main sur les déploiements de systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) dans les applications « en amont du compteur ». Nous partageons ici les points forts de cet entretien en coulisses du PVMI, qui présente les conseils d’expert de M. Reaugh sur l’atténuation des risques liés aux projets BESS à grande échelle.
RETC : Quelles tendances observez-vous en matière de stockage d'énergie par batterie (BESS) dans le cadre de vos missions d'ingénierie indépendante et d'ingénierie pour le compte des maîtres d'ouvrage chez VDE Americas ?
BR : La capacité des systèmes constitue le changement le plus marquant de ces dernières années. Les capacités des projets BESS ont augmenté de plusieurs ordres de grandeur en un laps de temps relativement court. Pas plus tard qu’en 2021, VDE Americas examinait ce que j’appellerais des déploiements de stockage d’énergie « en phase pilote », c’est-à-dire des systèmes d’une capacité de quelques dizaines de MWh. En 2022, le marché s’est orienté vers des systèmes de batteries à l’échelle du GWh. En 2023, nous avons soutenu et continuons de soutenir le financement d’environ 4,5 GWh de capacité solaire couplée à un système de stockage, en couplage CC et CA, qui sera mise en service au cours des 18 prochains mois. Ces systèmes sont nettement plus importants que tout ce que le secteur a connu jusqu’à présent. Parallèlement, nous assistons à une évolution de la chimie des cellules de batterie dans les applications de stockage stationnaire. Le secteur s’est largement détourné des compositions à base de cobalt au profit de celles à base de phosphate de fer lithié, qui présentent moins de risques d’incendie et offrent une durée de vie plus longue.
RETC : Ces déploiements de systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) en amont du compteur sont-ils directement raccordés au réseau électrique principal ou sont-ils installés à proximité d'autres sources de production d'électricité en parallèle ?
BR : D’une manière générale, tous les systèmes de stockage d’énergie que nous avons évalués sont couplés à des installations solaires. En 2022, nous avons examiné un projet d’une capacité d’un GWh qui était en réalité construit comme un système de stockage d’énergie autonome ; toutefois, ce système était raccordé à une interconnexion existante destinée à une centrale photovoltaïque vieille de dix ans. Dans cette application, le système de stockage d’énergie assure un service de décalage de charge sur le réseau de Southern California Edison : il stocke l’énergie solaire produite le matin, puis la restitue en fin d’après-midi afin d’atténuer le pic de la courbe en forme de canard de l’ISO de Californie. En utilisant l’énergie solaire pour charger la batterie, ce déploiement spécifique de BESS a pu bénéficier de crédits d’impôt à l’investissement avant l’adoption de l’Inflation Reduction Act (IRA). Désormais que nous évoluons dans un contexte post-IRA, les déploiements de BESS peuvent bénéficier d’un crédit d’impôt autonome, quelle que soit la source d’énergie utilisée pour charger les batteries. Cela permet des déploiements de BESS à l’échelle du GWh dédiés exclusivement à ce usage. Cette année, par exemple, nous fournissons des services de conseil technique pour un autre déploiement de BESS de grande envergure en Californie. Bien que le BESS soit implanté sur le même site qu’un système photovoltaïque de 250 MW afin de tirer parti d’un raccordement existant, les flux de revenus des deux systèmes électriques sont indépendants l’un de l’autre. Alors que le système photovoltaïque dispose d’un contrat d’achat d’électricité (PPA) autonome, le BESS, qui vient s’y ajouter, opère en tant qu’acteur purement commercial sur le marché en temps réel de l’ISO de Californie.
La « courbe en forme de canard » de l'ISO de Californie a ouvert de nouvelles perspectives commerciales pour les systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS). [Voir EIA]
RETC : Quels sont les cas d'utilisation typiques de ces déploiements de systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) à grande échelle ?
BR : Parmi les cas d’utilisation typiques des projets solaires à grande échelle associés à un système de stockage, on trouve les applications de couverture à profil fixe, dans lesquelles la batterie comble les lacunes de la courbe de production solaire et prolonge ses « épaules » afin de respecter les obligations découlant des contrats d’achat d’électricité, ainsi que les contrats d’achat d’électricité plus traditionnels axés sur la fourniture d’énergie. Les centres de données constituent un bon exemple d’application de couverture à profil fixe. Si vous possédez et exploitez un portefeuille de centres de données, vous connaissez précisément votre profil de charge, heure par heure, sur une année type. Ces opérateurs cherchent généralement à acheter des quantités spécifiques de kilowattheures zéro émission, sur une base horaire, pour chaque jour de l’année. Cette énergie peut provenir de l’énergie solaire, d’une batterie ou de crédits d’énergie renouvelable issus du marché libre. Pour les vendeurs qui approvisionnent ces clients, le déploiement d’un système de stockage d’énergie par batterie (BESS) fait office de tampon, lissant la fourniture d’énergie solaire en réduisant les pics et en comblant les creux et les lacunes afin de s’adapter au mieux au profil de charge du client. Les développeurs installent également des batteries dans des applications relevant exclusivement du marché libre, où le stockage d’énergie sert d’alternative aux centrales de pointe au gaz naturel pour atténuer la « courbe en forme de canard » en fin d’après-midi ou pour fournir des services auxiliaires de contrôle de la tension et de la fréquence.
RETC : Comment les parties prenantes d'un projet peuvent-elles atténuer les risques liés aux applications BESS ?
BR : La disponibilité et le temps de fonctionnement sont les priorités absolues pour les propriétaires et les exploitants de batteries à l'échelle du réseau, en particulier si une source de revenus dépend de la participation à un marché en temps réel. Si votre équipement n'est pas en mesure de répondre à ces signaux du marché en temps réel, vous perdez de l'argent. La fiabilité du matériel et des logiciels a donc un impact significatif sur le profil de risque d'un projet. Les indicateurs de fiabilité comprennent des mesures telles que le temps moyen entre deux pannes (MTBF) et le temps moyen de réparation (MTTR). Le défi pour les parties prenantes du projet consiste à trouver des moyens de confirmer la fiabilité et la durabilité à long terme sur la base de cas d’utilisation potentiellement imprévisibles. Lorsqu’un système de stockage d’énergie par batterie (BESS) participe à un marché en temps réel, les fabricants de batteries doivent structurer leurs garanties de manière à pouvoir s’adapter à un cas d’utilisation indéfini. Ces garanties flexibles reposent sur un ensemble complexe de variables, notamment l’état de charge moyen, le nombre de cycles de charge et décharge, et la température moyenne des cellules de batterie dans un conteneur. La garantie de capacité minimale du fabricant dépendant de tous ces facteurs, le système de contrôle de supervision et d’acquisition de données (SCADA) du projet doit être suffisamment sophistiqué pour mesurer toutes ces variables, éventuellement minute par minute. Sans ces données, vous ne serez pas en mesure de respecter les exigences du fabricant lors d’une demande de garantie.
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RETC : Que recherche VDE Americas lorsqu'elle procède à une analyse technologique des systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) ou qu'elle évalue un rapport de bancabilité établi par un tiers ?
BR : En tant qu’ingénieur mandaté par le propriétaire ou ingénieur indépendant, trois éléments retiennent principalement notre attention : les données d’essais en laboratoire, l’historique des déploiements sur le terrain et la santé financière de l’entreprise. La première chose que nous devons examiner, ce sont les résultats des essais UL 9540A — non seulement au niveau des cellules et des modules de batterie, mais aussi au niveau des racks et des conteneurs. Outre les essais au feu requis pour la qualification du produit, nous nous intéressons également aux résultats des essais de durabilité prolongés. Le deuxième élément que nous examinons concerne les déploiements antérieurs — non seulement les lieux où le produit a déjà été utilisé, mais aussi à quelle échelle. Même les fabricants de batteries de premier rang peuvent rencontrer des problèmes de contrôle logiciel lorsqu’ils passent de déploiements sur le terrain à l’échelle du MWh à ceux à l’échelle du GWh. Le troisième élément que nous examinons est la santé financière du fabricant, que nous évaluons sur la base du bilan de l’entreprise.
RETC : Quels types de technologies émergentes de systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) le VDE Americas a-t-il examinés ?
BR : L’une de nos missions récentes consiste à évaluer le stockage à longue durée à l’aide de batteries à flux. Les batteries à flux présentent des chimies, des cas d’utilisation et des facteurs de risque opérationnels très différents de ceux des batteries au lithium-ion que nous avons examinées au cours des deux dernières années. Bien que les technologies de stockage d’énergie à long terme existent depuis des décennies, elles n’ont pour l’essentiel pas réussi à s’imposer à l’échelle commerciale. Cela pourrait changer, le ministère américain de l’Énergie (DOE) ayant récemment annoncé plusieurs investissements dans le stockage d’énergie à long terme. Les développeurs s’intéressant de près à ces technologies pour des projets dans les années à venir, VDE Americas évalue activement les similitudes et les différences techniques associées à ces technologies émergentes afin de mieux comprendre les risques spécifiques que présentent les batteries à flux pour les investisseurs.
Des extraits de cet entretien avec Bill Reaugh ont été initialement publiés dans l'article « L’essor des systèmes solaires couplés à un système de stockage », un article consacré aux tendances du secteur publié dans le Rapport sur l’indice des modules photovoltaïques 2023.
