26.02.2024

Le système de stockage sur batterie, un amplificateur fonctionnel pour les parcs éoliens plus anciens Avec sa technologie de commande ouverte, Phoenix Contact comble le fossé entre la production d'énergie, le stockage et l'utilisation ultérieure.

Un système de stockage sur batterie à côté d'éoliennes et de panneaux solaires

Résumé

Lorsqu'une brise fraîche souffle, tous les exploitants d'installations éoliennes se réjouissent des revenus qu'ils récoltent grâce à la force du vent. Si le vent s'arrête, plus rien ne tourne - même si le besoin en énergie électrique demeure. Et c'est précisément là que les sources d'énergie renouvelables posent problème car elles ne peuvent pas assurer à elles seules la charge de base. Mais cela changera au plus tard lorsque les parcs auront leur propre système de stockage. Le système de stockage sur batterie donne aux parcs éoliens un bon coup de pouce fonctionnel en matière de rentabilité, de sécurité d'alimentation et de qualité du réseau. Pour les garder plus longtemps sur le réseau, il est possible d'équiper efficacement les installations, notamment les plus anciennes, de systèmes de stockage en dehors des périodes de subvention. Phoenix Contact accompagne cette évolution en proposant des systèmes pour l'installation de dispositifs de stockage d'énergie à partir d'un système modulaire.

Parc éolien vu du ciel

Avec un rendement de 125,3 milliards de kWh, l'énergie éolienne est le principal vecteur du mix énergétique allemand.

Combinaison de l'énergie éolienne et d'un système de stockage pour une seconde vie

Aujourd'hui, 46,2 % de la consommation brute d'électricité en Allemagne est couverte par des sources renouvelables. Le chiffre de l'Agence fédérale de l'environnement considère l'année 2022 et désigne l'énergie éolienne comme le principal vecteur du mix énergétique, avec un rendement de 125,3 milliards de kWh. Selon Statista, la part de l'énergie éolienne était de 21,7 %.

Ce qui semble bon au premier abord ne doit cependant pas faire oublier que, selon l'Agence fédérale allemande pour l'environnement, il est nécessaire d'accélérer le rythme de développement de l'éolien pour atteindre les objectifs climatiques. Outre la poursuite de l'extension, la question de savoir comment traiter les installations d'énergie éolienne d'ancienne génération revient régulièrement. Il s'agit principalement d'éoliennes construites avec le soutien de l'État dans le cadre de la loi sur les énergies renouvelables, entrée en vigueur en 2000. Il en résulte aujourd'hui que les premières installations d'énergie éolienne ont une bonne vingtaine d'années et qu'elles sont considérées comme « ne bénéficiant plus d'aucune aide ».

En raison de la suppression des subventions étatiques, les exploitants se posent la question, motivée par des raisons économiques, de savoir s'ils doivent démanteler les installations ou simplement continuer à les exploiter. Une troisième possibilité : le repowering en combinaison avec les dispositifs de stockage d'énergie industriels. Grâce à ce tampon, même les parcs éoliens les plus anciens sont en mesure de participer au marché de la puissance de régulation primaire. Pour cela, la combinaison du parc éolien et du système de stockage se fait idéalement au point de raccordement au réseau commun. Cela crée une unité de réserve qui, grâce à son dispositif de stockage d'énergie, peut fournir une puissance de régulation primaire. Les parcs éoliens vieillissants peuvent ainsi bénéficier d'une seconde vie car la combinaison avec les dispositifs de stockage d'énergie offre de tous nouveaux modèles commerciaux et d'utilisation.

Phoenix Contact accompagne cette évolution en proposant des systèmes pour l'installation de dispositifs de stockage d'énergie à partir d'un système modulaire. De plus, l'entreprise utilise une technologie de commande ouverte pour combler l'écart entre la production d'énergie, le stockage et l'utilisation ultérieure. Derrière cela se cache l'objectif de l'intégration sectorielle avec laquelle Phoenix Contact continue de travailler à la All Electric Society.

Dr Rüdiger Meyer

Dr Rüdiger Meyer est expert en matière de stockage d'énergie chez Phoenix Contact

Trois formes de puissances de régulation pour maintenir la stabilité du réseau

Les puissances de régulation primaires sont nécessaires pour maintenir la stabilité du réseau électrique. Par nature, celui-ci n'a physiquement aucune chance de stocker de l'énergie. Par conséquent, il faut constamment équilibrer l'offre et la demande. Le secteur de l'énergie distingue à ce stade trois formes de puissance de régulation qui se définissent par leur capacité à être appelées dans le temps. Les puissances de régulation primaires doivent être disponibles dans les 30 secondes. Pour les puissances secondaires, il reste cinq minutes pour la réserve, qui a alors également pour mission de prendre le relais de la puissance primaire dans un délai de 15 minutes - afin que celle-ci puisse se rétablir. La puissance PRM est également appelée puissance réserve minute. Elle doit également être disponible dans les 15 minutes pour l'énergie de régulation négative et positive. Pour les puissances positives, on utilise généralement des centrales électriques à démarrage rapide. Des charges négatives peuvent être atteintes avec de gros consommateurs tels que les fours à arc électrique, les chauffages à accumulation de nuit, les centrales de pompage-turbinage ou encore l'arrêt contrôlé des installations d'énergie éolienne. Toutes les mesures brièvement esquissées ont pour objectif global de garantir la stabilité du réseau. « Si une charge trop élevée est appliquée, la fréquence diminue. Si des charges disparaissent, elle augmente. Il faut éviter ces deux cas », résume le Dr Rüdiger Meyer, expert en applications pour le stockage d'énergie chez Phoenix Contact.

Du point de vue de la rentabilité, les centrales à turbines à gaz rapidement disponibles pour la puissance de réserve minute sont aussi inefficaces que l'arrêt des parcs éoliens. D'un côté, l'énergie électrique est produite en utilisant beaucoup d'énergie primaire et, de l'autre, l'énergie cinétique disponible du vent n'est pas utilisée. Face à ce dilemme, le Dr Rüdiger Meyer voit de très bonnes perspectives de développement, notamment pour l'équipement des parcs éoliens existants avec des dispositifs de stockage d'énergie à l'échelle industrielle. « Si nous combinons les parcs éoliens avec des systèmes de stockage à grande échelle, il est possible d'amortir les variations de charge du réseau. Grâce à leur propre système de stockage, les éoliennes peuvent donc rester dans le vent et produire de l'énergie même lorsque le réseau est plein ». Dans le sens inverse, il est possible d'appeler de la puissance à partir du système de stockage même en l'absence de vent. Les unités joueraient ainsi également un rôle important dans la stabilité du réseau.

Lisser les pics de charge tout en gagnant de l'argent

Et c'est précisément là que se développent de nouveaux champs d'activité en direction du « Repowering », en particulier pour les parcs éoliens de construction ancienne. La combinaison avec des systèmes de stockage basés sur des batteries au lithium-ion ou des cellules à flux redox apporte une contribution précieuse à la stabilité du réseau. De plus, celles-ci offrent de nouvelles possibilités de revenus pour les exploitants - et ce grâce à des opérations d'arbitrage. C'est ici qu'interviennent les prix très fluctuants de l'électricité sur le marché local. Le système de stockage absorbe l'électricité éolienne pendant les périodes de bas tarif et la restitue à des prix plus élevés en cas de pics de consommation temporaires. Ce modèle économique est sans aucun doute motivé par des considérations monétaires, mais il montre que la production d'énergie et sa consommation peuvent être séparées dans le temps grâce au stockage. Ce découplage apporte donc de nouvelles opportunités pour l'intégration sectorielle sur la voie de la All Electric Society.

Phoenix Contact propose dès aujourd'hui des solutions préparées à cet effet, allant jusqu'à des applications partielles prêtes au montage pour les équipements des installations d'énergie éolienne. L'étendue des fonctions va jusqu'aux applications cloud, y compris l'intégration des normes de communication actuelles et futures. La plateforme de commande ouverte PLCnext joue ici un rôle clé car elle permet de répondre aisément aux exigences individuelles. Les modèles commerciaux basés sur l'IoT en font également partie. Ils sont nécessaires en ce qui concerne les services basés sur le cloud ainsi que les processus d'information basés sur des bases de données. Au niveau du matériel, on utilise notamment des solutions complètes pour la gestion de l'injection. Le système au sens large offre par exemple des solutions de raccordement pour l'électronique de puissance dans toutes les sections. De plus, Phoenix Contact propose des applications préparées pour la surveillance du réseau. Obligatoire : la protection efficace et fiable contre la foudre grâce à des parafoudres haute performance.

Centrales hybrides renouvelables

« Aujourd'hui, grâce à l'ensemble de notre gamme, nous avons la chance de pouvoir accompagner un repowering de parc éolien avec des dispositifs de stockage d'énergie industriels, jusqu'à l'ingénierie. Nous créons ainsi une base essentielle pour l'intégration sectorielle », résume le Dr Rüdiger Meyer. La mise en valeur des parcs éoliens grâce à des dispositifs de stockage d'énergie transforme les installations de production d'énergie renouvelable en centrales hybrides - c'est-à-dire la production et le stockage de l'énergie sur un même site. Dr Rüdiger Meyer : « Dans ce contexte, le système de stockage sur batterie est une alternative très exploitable pour remplacer les centrales électriques de pointe, d'autant plus que les systèmes de stockage sur batterie n'ont pas besoin de démarrer et fournissent leur puissance en quelques millisecondes. »

Auteur: Thorsten Sienk

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