Stockage d'énergie : clé de voûte des économies connectées ?

Il convient tout d’abord de distinguer indépendance et autonomie : l’autoconsommation, qui consiste à consommer l’énergie que l’on produit, permet une autonomie relative. Avec une batterie au Lithium, on pourra assez facilement auto-consommer 90% de sa production. Les batteries trouvent ici toute leur pertinence simplement parce qu’elles permettent de stocker l’énergie produite, mais non-utilisée au moment de sa production. Mais les usagers concernés sont presque toujours connectés à un réseau de distribution électrique. L’indépendance suppose, elle, d’être capable de se passer intégralement du réseau de distribution, ce qui représente encore un challenge de taille, en tout cas en Europe. La situation française dénombre par ailleurs des environnements très différents, selon que vous êtes en Métropole ou Outre-Mer. Au nom de la péréquation tarifaire, le coût du KWh sera partout le même, mais le coût de production sera évidemment très différent d’un endroit à l’autre. De plus, Outre-Mer, compte-tenu de coupures de courant régulières, le besoin d’autonomie est avant tout un besoin de continuité : il s’agit de prendre le relais lorsque le réseau s’avère défaillant.

L’autoconsommation ne deviendra une pratique de masse que lorsque les usagers y trouveront un intérêt économique. Justement, partout dans le monde, les besoins en énergie sont en forte augmentation… comme les prix au KWh. 

Aujourd’hui, le marché repose essentiellement sur des solutions « plomb ». Si son succès est lié à un coût en apparence plus abordable, il pose néanmoins plusieurs problèmes de taille. D’abord, sa durée de vie est très limitée, c’est à dire quelques centaines de cycles. Très toxique pour l’environnement, il est également lourd et encombrant (5 à 10 fois plus que le Lithium). En termes de performances, le plomb offre en plus une faible profondeur de décharge (DoD) de l’ordre de 50 %. Cela signifie très concrètement que vous devez installer le double de la puissance voulue, puisque vous ne pouvez utiliser que la moitié de cette puissance.

Le lithium, lui, est plus compact et léger, et permet des décharges bien plus importantes, proches des 100 %. Mais il faut aussi mieux comprendre ce que l’on entend par « technologie au lithium » : c’est un nom générique donné à un vaste ensemble de solutions, qui contiennent certes du lithium, mais aussi nombre d’autres composants qui permettront de mettre l’accent sur la sécurité, le prix, la puissance, l’énergie, la durée de vie, la résistance aux températures… Lorsque l’on compare deux solutions de batteries délivrant véritablement la même puissance, les solutions lithium ne sont pas beaucoup plus chères que des solutions plomb. Et les coûts baissent : nous tablons sur une réduction de 50 % dans les dix prochaines années.

Il n’y a pas que les voitures électriques : c’est tout le marché du transport et notamment les bus électriques qui est en plein essor. Les grandes capitales européennes, mais aussi, de manière plus surprenante, des villes comme Dubaï, où le pétrole ne coûte pas grand-chose mais qui suffoque sous la pollution, s’équipent de bus électriques. Donc, sur le court terme, c’est surtout le transport qui va continuer de stimuler la demande. Le secteur des bateaux, gros ou petits, et la marine sont également des créneaux porteurs. L’électronique et la robotique constituent encore un autre marché, avec des besoins croissants et des exigences nouvelles en termes d’encombrements, de puissance, d’autonomie et de durée de vie. Cette forte demande globale va favoriser l’essor des batteries électriques et les innovations sur les solutions de stockage d’énergie au Lithium. Sur le plan de l’autonomie, de nombreuses technologies différentes sont à l’œuvre, avec chacune leurs avantages et leurs inconvénients. Au-delà de la réduction des coûts, le principal challenge reste la « densité d’énergie » : concevoir des batteries toujours plus compactes, plus légères et plus puissantes en augmentant la densité d’énergie par cellule.

Tout d’abord, il faut bien distinguer les systèmes Off Grid des systèmes Smart Grid, qui sont deux choses totalement différentes. Dans le premier cas, il n’y a pas de réseau : l’utilisateur final doit être producteur de son énergie. Dans le second cas, il y a un réseau qui va disposer de capacités réparties et qui sont gérées, voire mutualisées, souvent en amont du compteur. Les batteries permettent de constituer une réserve d’énergie pour l’opérateur réseau. Elles permettent aussi au gestionnaire d’un parc photovoltaïque de restituer l’énergie à un niveau et un moment convenus avec l’opérateur. 

La question des batteries est fortement liée à celle de l’intégration des ENR, principalement parce que ces énergies sont fluctuantes. Les batteries apportent des réponses à la discontinuité des sources d’approvisionnement en énergie. Au-delà de se prémunir contre les coupures du réseau, les solutions de stockage d’énergie favorisent en plus l’autoconsommation. Il y a toujours un décalage de temps entre la production de l’énergie avec des panneaux photovoltaïques et le moment de sa consommation. Avec une batterie, on passe facilement de 30 à 40 % d’autoconsommation à 90 %. Pour un particulier, le 100 % est néanmoins difficile à atteindre, en tout cas si l’on raisonne d’un point de vue économique : il faudrait tellement de batteries que cela ne serait plus rentable. Mais même avec une petite batterie, on permet déjà au particulier de rythmer sa consommation d’énergie. Il existe enfin d’autres applications comme permettre à un usager de rester dans son abonnement et de demander à la batterie de compenser un besoin soudain de puissance. 

C’est effectivement possible, et ces bouleversements ont déjà commencé. Avec des batteries intelligentes, on peut sans aucun doute dépasser les 50 % voire 60 % de contribution des énergies vertes au mix électrique. On va peut-être assister en parallèle à l’émergence de communautés énergétiques quasi-autonomes, avec leurs propres moyens de production et de stockage. Le marché du stockage stationnaire est en croissance constante. Il s’agit donc pour les professionnels comme nous de gérer les attentes, de trouver le « Graal » du stockage, c’est-à-dire une solution durable (10 ans !), fiable et très accessible. En termes de déploiement, nous n’en sommes encore qu’au démarrage : le gros du marché reste à venir.

Aujourd’hui, avoir un système complètement indépendant et autonome est techniquement tout à fait possible mais s’avère difficile à mettre en œuvre sur le plan économique. Surtout avec un prix de 13 centimes du kWatt, comme en France. Dans nombre d’autres pays, comme aux USA, en Australie, au Chili, en Afrique du Sud, c’est déjà réalisable. Les solutions de stockage d’énergie seront aussi très intéressantes dans des contextes extrêmes où le maillage du réseau est déficient, comme dans beaucoup de pays du Moyen-Orient (Liban, Egypte) qui souffrent de plusieurs heures de coupures par jour. Malheureusement, dans ces pays, c’est encore la solution « batteries au plomb + générateurs au fioul » qui reste à ce jour plébiscitée. Le lithium est encore jugé trop onéreux par les PVD. Pourtant, si elle est certes deux fois plus chère à l’achat, elle aura une durée de vie au moins trois fois supérieure, voire beaucoup plus. 

La question de la fiabilité existe pour le fioul, le charbon ou le nucléaire. Les batteries au lithium n’échappent donc pas à ces exigences. Si pour l’immense majorité elles sont fiables et durent longtemps, encore faut-il les concevoir, les intégrer et les dimensionner de la bonne manière. Ce qui constitue un enjeu aujourd’hui n’est donc pas forcément la technologie, mais la manière dont elle est utilisée. Une sécurité à toute épreuve impose des procédés très rigoureux. Il faut notamment être très vigilant face au risque d’emballement thermique. Une technologie mal pensée ou mal dimensionnée, c’est une technologie contraignante à installer voire inutilisable. Généralement nos clients viennent nous consulter après avoir été confrontés à des problèmes de « boites noires » : ils ont acheté une batterie sans vraiment connaitre son électrochimie ni ses performances réelles. 

Effectivement il y a des secteurs où ces questions de fiabilité se posent particulièrement comme le secteur du transport et du médical. Notre positionnement en tant qu’expert électro-chimiste nous permet de fournir une réponse fiable, car pour réussir sur ce marché, il faut être électro-chimiste, même sans forcément être fabricant. C’est le seul moyen de garantir la fiabilité et la sécurité des batteries. Cela passe aussi par une R&D intensive et des capacités d’adaptation constantes à un marché très technologique et en perpétuelle évolution. Nous avons la chance d’avoir nos propres laboratoires mais également de travailler avec la R&D du groupe EDF, notre investisseur de référence au travers du fonds de croissance Electranova. Ce partenariat nous permet de rentrer dans le détail du lithium pour « faire parler » les batteries et garantir leur fiabilité et leurs performances à termes. Nous analysons et testons beaucoup d’électrochimies disponibles sur le marché. Cela nous permet d’être à l’affût des innovations et de répondre à des besoins très différents, en termes de puissance, de durée de vie, d’usage ou d’environnement. 

Les exigences du transport, très règlementé car on y trouve forcément des usagers, se retrouvent dans la fiabilité de tous nos produits. Notre expérience nous permet d’avoir le bon niveau d’expertise. Nous avons notamment appris à concevoir des batteries capables de résister à un écrasement et à une perforation, ou encore de rester étanches en cas d’accident, par exemple.

Sur ces questions de sécurité, la confiance est primordiale. Il faut travailler avec des grands noms du secteur ou avec des professionnels qui disposent évidemment de compétences en électrochimie mais pas forcément en systèmes. La vigilance est donc de mise : aller chercher une batterie toujours moins cher n’est probablement pas une solution. Nous fabriquons, testons, intégrons en France afin d’intégrer l’impératif de sécurité dès le début du cycle de vie de la batterie. Il s’agit de garantir une proposition technique sérieuse et non de faire des réductions de coûts de quelques pourcents au détriment de la sécurité. Mais des progrès restent toujours possibles, comme de rendre obligatoire les tests indépendants pour le stockage stationnaire. 

La sécurité est une condition sine qua non pour avancer. Ainsi, le principal défi est à mon sens de définir l’environnement juridique du stockage de l’énergie. Mais l’autre problématique du secteur est celle de la baisse des coûts : le prix des batteries au lithium baisse mais pour devenir une solution accessible à tous, il faut que cette baisse s’accentue encore. Les leviers de cette baisse seront les économies d’échelle. On le voit bien avec la cellule cylindrique, produite par les grands du secteur en milliards d’unités, et qui a permis des économies d’échelle importantes. Baisser les coûts, c’est également trouver le format adéquat à la production des batteries et réfléchir à l’ensemble de la palette de réponses techniques fournies par le lithium. Les usines se mettent en place et la surcapacité est déjà réelle. C’est un cercle vertueux, qui pourra probablement se comparer un jour à la baisse des solutions photovoltaïques.

Nous attendons d’importants taux de croissance sur un marché qui en est encore à ses premiers pas. Cela implique encore pour nous de participer à un certain nombre de projets pilotes. Car les solutions de stockage répondent aux défis de l’autoconsommation et de l’intégration des ENR, de façon à les rendre, à terme, réellement compétitives. Les solutions de stockage sont parties prenantes d’une approche systémique de la transition écologique.

 

Gilles Ramzeyer est Directeur de la division stockage d'énergie pour FORSEE POWER depuis avril 2013. Il est titulaire d'un MBA, obtenu auprès de la New York University (Stern School of Business). Il a été précédemment en poste au sein d'ALCATEL (10 ans) en tant que Directeur Europe en charge de la division Réseaux Optiques, basé en France (3 ans), aux USA (5 ans) puis en Espagne (2 ans). Il a également exercé de 2008 à 2012 les fonctions de Directeur en charge des réseaux de distribution Europe puis au niveau mondial pour REC Solar, fabricant intégré de polysilicone, cellules et panneaux solaires.