Utilisation de batteries de véhicules électriques comme stockage stationnaire

Eric Portales (ECP 77)

Directeur de projets Bouygues Energies et Services

L'objectif du projet est la création de stockages électriques à partir de batteries Li-Ion de voitures électriques après leur première utilisation dans les véhicules, batteries dites de seconde vie, dans le but d'accroître la pénétration des énergies renouvelables intermittentes, et de prolonger la durée de vie des batteries avant leur recyclage final. Cette seconde utilisation permet d'en diminuer le coût pour la traction et favorise le développement de la voiture électrique.

Le projet ELSA 

Elsa est un projet de recherche financé par la Commission Européenne dans le cadre du programme H2020. Il répond à un appel à projet sur les stockages décentralisés de petite et moyenne taille.

Il a pour but de développer un stockage à un niveau industriel pour le commercialiser, de mettre au point des systèmes de pilotage de l'énergie pour le faire fonctionner en sécurité, d'étudier les applications possibles dans les différents pays européens en fonction de la réglementation et de la structure du marché local de l'électricité.

Le projet est coordonné par Bouygues Energies & Services et fait appel aux compétences de Renault-Nissan (batteries), l'université allemande de Aachen, le United Technologies Research Centre Ireland Limited, Ingegneria Informatica Italy, B.A.U.M. Consult GmbH, ASM TERNI SPA, Gateshead College, et enfin Allgäuer Überlandwerk. C'est donc un projet européen faisant appel à des partenaires de 5 pays différents, aussi bien industriels qu'académiques.

Une batterie subit deux types de vieillissement qui diminuent sa capacité maximale au cours du temps : le vieillissement en cyclage, dû aux phases de charges et recharges de la batterie, et le vieillissement calendaire, qui survient même lorsque la batterie n'est pas utilisée.

Lorsque la perte de capacité de la batterie devient trop importante, une batterie n'est plus utilisable en application mobile : le risque de panne loin d'un point de recharge n'est plus acceptable.

Ce problème ne se pose pas dans le cas d'une application stationnaire, ELSA propose donc de récupérer les vieilles batteries de véhicules électriques pour les relier avec le système électrique d'un bâtiment résidentiel, du tertiaire ou un site industriel, potentiellement couplées avec des moyens de production d'énergies renouvelables comme des panneaux photovoltaïques.

Cela présente deux avantages majeurs. D'une part augmenter la durée de vie des batteries de VE en leur donnant une seconde vie plutôt que de les recycler, ce qui baisse ainsi leur coût sur le long terme, et participe donc à la démocratisation des VE.

D'autre part, ce système permet de favoriser l'intégration des énergies renouvelables grâce à un système de stockage local, permettant de faire reposer les contraintes de variabilité de la production sur ce système de stockage plutôt que sur les réseaux de distribution et de transport.

Ce projet fait suite à un premier projet développé chez Bouygues Energies & Services et chez ses partenaires de réalisation d'un pilote pour démontrer la faisabilité du concept et pour étudier la durée de vie des batteries de Véhicules Electriques en tant que stockage stationnaire.

Il a permis la mise au point de systèmes de recharge intelligente de véhicules électriques couplée avec une gestion optimisée de l'énergie et avec le stockage de l'électricité pour permettre une recharge rapide d'un grand nombre de véhicules sans travaux d'extension du réseau électrique. L'objectif du projet est de diviser par quatre les coûts de revient entre le pilote et le système industriel pour être au prix du marché.

La particularité de ce projet est d'utiliser les batteries de Véhicules Electriques sans aucune modification par rapport à l'usage dans le véhicule pour diminuer les frais logistiques. Il a donc fallu concevoir, développer et tester un système de pilotage des batteries qui communique avec le BMS (Battery Management System) interne aux batteries qui est spécifique à l'utilisation dans un véhicule.

L'étape suivante est la mise au point et l'industrialisation d'un onduleur spécifique à ces applications et le développement des logiciels de commande permettant de fournir des services aux bâtiments, aux quartiers et au réseau.

Les logiciels développés visent à proposer des services associés à ces stockages, et ce pour plusieurs types d'acteurs :

• Les bâtiments, notamment pour favoriser l'autoconsommation. Certains pays proposent ou comptent proposer des tarifs variables dans le temps, ELSA peut ainsi permettre des économies en gérant l'autoconsommation en période de pointe et donc de prix élevés. De plus, un bâtiment pratiquant l'autoconsommation en période de pointe a besoin d'une puissance maximale souscrite plus faible et peut donc diminuer le coût de son abonnement auprès de son fournisseur.
  
  

• Les réseaux de distribution : les solutions de stockage locales permettront de participer au maintien de la qualité de l'électricité sur le réseau en fournissant la compensation de puissance réactive. Cela permettra également de favoriser l'introduction d'une quantité croissante d'énergie renouvelable au sein du réseau de distribution en régulant les fluctuations dans la production d'ENR.
  
  
• au niveau d'un district, d'un quartier, en apportant de la flexibilité pour équilibrer localement production et consommation et permettre d'utiliser les surplus de production localement ou de les remettre sur le marché lorsqu'il y a un intérêt économique.

Ce projet comporte 6 démonstrateurs dans 4 pays européens (Allemagne, France, Italie, UK) permettant de valider les services proposés dans chaque pays en fonction de la règlementation et leur intérêt économique, de mettre au point et de tester les logiciels développés.

Ces pilotes permettent de valider les « Business Models » dans chaque pays et dans certains cas apportent une validation aux évolutions de la règlementation européenne et de la structure des marchés de l'électricité.

L'avancement du projet – Premiers résultats

Le projet a commencé en avril 2015 et doit se terminer en décembre 2018.

Aujourd'hui 5 stockages pilotes sont installés :

• 1 en France et 1 au Royaume-Uni qui permettent d'étudier les différents cas d'usage dans des bâtiments et les modèles économiques associés dans chaque pays.
  
  
• 2 en Allemagne pour étudier les usages dans un district ou un quartier d'habitation.
  
  
• 1 en Italie opéré par le distributeur d'électricité local, connecté directement au réseau basse tension pour étudier les services au réseau permettant d'augmenter la production d'électricité décentralisée introduite par les particuliers sur le réseau sans perturbations et les modèles économiques associés.

Les premiers résultats obtenus sont prometteurs et permettent d'envisager des modèles économiques rentables sur certains pays européens en combinant plusieurs cas d'usage.

La mise au point d'inverseurs industriels à bas coût optimisés pour l'utilisation directe de ces batteries de voiture est en cours. La cible de prix envisagée permet d'estimer un prix de vente final de l'ensemble de près de moitié par rapport au coût d'un système de stockage neuf actuel.

Ce système favorise une économie circulaire, l'économie d'utilisation des matériaux et l'augmentation de la durée de vie utile des batteries ce qui diminue leur coût d'usage dans un véhicule et favorise ainsi le développement de la mobilité électrique.

Articles du dossier "Le Stockage de l'Energie"

1- Introduction par Cédric Ringenbach

2- Le stockage de l’électricité par batteries dans les systèmes électriques

3- Retour d’expérience des démonstrateurs d’Enedis intégrant le stockage d’électricité 

4- Neoen installe avec Tesla la plus grande batterie du monde

5- Utilisation de batteries de véhicules électriques comme stockage stationnaire : Le projet ELSA 

6- Supercondensateurs : Technologie et applications

7- Storengy du stockage de gaz naturel au stockage d'énergies, cas concret de l'énergie thermique

8- L’hydrogène, nécessaire outil de flexibilité des systèmes énergétiques

9- Le stockage d’énergie résidentiel au cœur de l’habitat à énergie positive et des réseaux intelligents