Rapport de recherche sur l'industrie du stockage d'énergie : le stockage d'énergie connaît un essor considérable.

1. Le connecteur de stockage d'énergie est un élément indispensable au développement de nouvelles énergies

1.1 La part de la production mondiale d'énergie nouvelle augmente

Le monde développe vigoureusement de nouvelles énergies, et la part de la production d’électricité à partir de nouvelles énergies augmente

Les nouvelles énergies contribuent principalement à la croissance de la production mondiale d'électricité. En volume, la production mondiale d'électricité dépassera 25 000 TWh en 2020, dont les combustibles fossiles (énergie thermique) resteront la principale source d'énergie, représentant plus de 70 % de la production ; tandis que la part totale des nouvelles énergies dans la production d'électricité augmentera significativement, représentant plus de 25 % en 2020.

En termes d'augmentation, en 2011, la proportion de nouvelles énergies mondiales dans la nouvelle capacité installée de puissance a dépassé celle de l'énergie traditionnelle et a atteint 83 % en 2020. On s'attend à ce qu'elle continue de dominer le marché de la nouvelle capacité installée à l'avenir.

1.2 Les nouvelles énergies ont accru leurs exigences en matière de flexibilité du réseau

La production d’électricité à partir de nouvelles sources d’énergie est instable et décalée par rapport au pic de consommation d’électricité

La production d'électricité issue des nouvelles énergies est décalée par rapport aux pics de consommation et est instable. Tout d'abord, du point de vue des habitudes de consommation, les pics sont respectivement à 10 h et à 20 h. Cependant, les centrales éoliennes et photovoltaïques produisent davantage tôt le matin et à midi, respectivement, et il existe une grande différence entre leur répartition horaire de production et leur charge électrique. Ensuite, les saisons et les conditions météorologiques peuvent également entraîner des fluctuations et une instabilité de la production d'électricité issue des nouvelles énergies, et d'autres mesures énergétiques sont nécessaires pour améliorer la stabilité du réseau électrique.

Le développement de la production d'énergies renouvelables nécessite une amélioration de la flexibilité du réseau électrique. Lorsque les facteurs d'instabilité de la production d'énergies renouvelables entraînent une offre supérieure à la demande, cela conduit à l'abandon de cette production, entraînant un gaspillage de ressources ; lorsque ces facteurs d'instabilité entraînent une offre inférieure à la demande, cela entraîne une réduction de la charge et une pénurie d'électricité. Par conséquent, lorsque la production d'énergies renouvelables ne correspond pas à la charge, des ressources de régulation flexibles sont nécessaires pour améliorer la capacité du système électrique à réguler, à la hausse comme à la baisse, et ainsi atteindre un équilibre dynamique entre l'offre et la demande. En 2020, la capacité installée des ressources de régulation flexibles traditionnelles (comme le gaz) dans mon pays ne représentait que 4,46 %, et les zones riches en ressources énergétiques renouvelables manquent souvent de ces ressources. À l'avenir, avec l'augmentation de la part de la production d'énergies renouvelables, le problème de l'instabilité de la production d'énergies renouvelables deviendra de plus en plus important, et l'insuffisance de la capacité de régulation du système électrique doit être résolue de toute urgence. La demande de ressources réglementaires flexibles dans mon pays va encore augmenter. (Source : Report Research Institute)

Le connecteur de stockage de batterie 1.3 devient le quatrième élément indispensable du nouveau système d'alimentation

*** guide vigoureusement le développement du connecteur de stockage

Le stockage d'énergie est devenu le quatrième élément indispensable du nouveau système électrique. Le 25 février 2021, la Commission nationale du développement et de la réforme et l'Administration nationale de l'énergie ont publié les « Avis d'orientation sur la promotion de l'intégration des sources d'énergie, du réseau, de la charge et du stockage, ainsi que sur le développement de la complémentarité multi-énergies ». Ces avis clarifient la voie à suivre pour mettre en œuvre l'intégration des sources d'énergie, du réseau, de la charge et du stockage, et explorent la construction d'un nouveau système électrique hautement intégré, en optimisant et en intégrant les ressources locales d'approvisionnement, de réseau et de charge, grâce à des avancées technologiques de pointe et à l'innovation des mécanismes institutionnels.

2. Le stockage électrochimique de l'énergie se distingue parmi de nombreuses solutions

2.1 Le stockage d'énergie électrochimique se démarquera

Les technologies de stockage d'énergie sont principalement divisées en stockage d'énergie mécanique, stockage d'énergie électromagnétique, stockage d'énergie électrochimique et autres stockages d'énergie.

Actuellement, les technologies de stockage d'énergie se divisent principalement en stockage d'énergie mécanique, stockage d'énergie électromagnétique, stockage d'énergie électrochimique et autres. Parmi ces technologies, le pompage-turbinage mécanique est la plus répandue sur le marché du stockage d'énergie en raison de sa maturité, mais il est fortement tributaire des conditions géographiques. Le stockage électrochimique est la technologie la plus répandue sur le marché, et se divise principalement en quatre types de batteries : les batteries au lithium, les batteries au plomb, les batteries à flux et les batteries sodium-soufre. Parmi elles, la technologie des batteries lithium-ion est relativement mature et a atteint le stade de la production de masse à grande échelle. Il s'agit de la technologie de stockage d'énergie électrochimique qui connaît la croissance la plus rapide et la plus importante.

2.2 Trois principaux scénarios d'application du stockage d'énergie électrochimique

1 Côté production d'électricité

Le stockage d'énergie représente la part la plus importante du secteur de la production d'électricité. Ses principales fonctions comprennent le lissage de la production, la régulation de la fréquence et de la tension, ainsi que l'écrêtement et le comblement des pointes de production. Parmi ces fonctions, l'écrêtement et le comblement des pointes de production constituent la fonction la plus essentielle du stockage d'énergie : il permet d'absorber l'énergie éolienne et solaire abandonnée lorsque la nouvelle production atteint son pic ; de la décharger lorsque la nouvelle production est insuffisante, de lisser la production et d'améliorer le taux d'utilisation de la nouvelle production d'électricité.

②Côté grille

Les fonctions du stockage d'énergie côté réseau sont principalement des services auxiliaires de puissance, notamment la régulation de pointe, la régulation de fréquence, la régulation de puissance réactive, la mise en veille du système électrique et le redémarrage autonome. La régulation de pointe et la régulation de fréquence sont les principaux moyens auxiliaires. La régulation de pointe consiste à charger le système de stockage d'énergie sur le réseau en période creuse de faible charge ; en période de pointe de forte charge, le système de stockage décharge l'énergie sur le réseau afin de lisser la répartition de la demande d'énergie ; la régulation de fréquence consiste à adapter la puissance de chaque unité du réseau en fonction de ses propres caractéristiques statiques lorsque la charge électrique et la fréquence du réseau varient, ou à augmenter ou diminuer la charge de certaines unités pour rétablir la fréquence du réseau, afin de s'adapter aux besoins liés aux variations de charge externes.

③Côté utilisateur

Les principales fonctions du stockage d'énergie côté utilisateur comprennent l'écrêtement des pointes de charge et le comblement des creux de consommation, la nouvelle consommation d'énergie et la gestion de la capacité. Parmi ces fonctions, l'écrêtement des pointes de charge et le comblement des creux de consommation constituent le modèle économique le plus important côté utilisateur, permettant l'arbitrage et le stockage d'énergie. Pour les utilisateurs industriels et commerciaux, le stockage d'énergie sert généralement à facturer lorsque les prix de l'électricité sont bas et à décharger lorsque ceux-ci sont élevés, afin de réduire le coût du kilowattheure. Pour les utilisateurs tels que les stations de base 5G et les centres de données, les pannes de courant entraînent des pertes importantes ; le stockage d'énergie joue donc un rôle plus important d'alimentation de secours. (Source du rapport : Report Research Institute)

2.3 L'innovation des modèles et la réduction des coûts améliorent l'efficacité économique du stockage d'énergie électrochimique

Le modèle de stockage d'énergie partagé améliore l'efficacité économique et devient un nouveau promoteur du stockage d'énergie

Du point de vue du modèle économique, si les centrales de stockage d'énergie ne fournissent des services qu'à une seule nouvelle centrale électrique, le taux d'utilisation est faible ; les installations de stockage d'énergie desservant une seule nouvelle centrale électrique ont souvent des ressources dispersées, une gestion difficile et des coûts d'exploitation élevés ; le stockage d'énergie dans des stations dispersées est difficile à réaliser une répartition et un règlement unifiés, et ne peut pas participer à une variété de services auxiliaires côté réseau, et le modèle économique est difficile à commercialiser.

Le stockage d'énergie partagé élargit les sources de revenus du stockage d'énergie, ce qui devrait résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus et offrir de nouvelles opportunités de stockage d'énergie pour la production d'électricité. Le stockage d'énergie partagé consiste à construire une centrale de stockage d'énergie partagée dans une nouvelle station de collecte d'énergie. La centrale de stockage d'énergie signe un accord de règlement des frais d'électricité avec les nouvelles centrales et les fournisseurs d'électricité de la région ou d'ailleurs. Lorsque la nouvelle centrale est soumise à des restrictions de puissance, le répartiteur (réseau) stocke l'énergie éolienne et photovoltaïque abandonnée dans le système de stockage d'énergie partagé et la restitue lorsque la consommation côté charge atteint son pic ou qu'il y a de la place pour l'accepter. La répartition et la gestion unifiées des centrales de stockage d'énergie sont ainsi réalisées.

III. L'ère du stockage électrochimique de l'énergie approche

3.1 Croissance rapide du stockage mondial d'énergie électrochimique

En 2021, le stockage mondial de nouvelles énergies atteindra 10,2 GW, soit une augmentation de 117 % par rapport à l'année précédente.

En 2021, la capacité installée cumulée des projets de stockage d'énergie mis en service dans le monde s'élève à 209,4 GW, soit une augmentation de 9 % par rapport à l'année précédente. Parmi eux, la capacité installée cumulée des nouveaux systèmes de stockage d'énergie représente 12,2 %, soit 25,4 GW, soit une augmentation de 67,7 % par rapport à l'année précédente. Les batteries lithium-ion représentent plus de 90 % du marché des nouveaux systèmes de stockage d'énergie.

3.2 Le développement du stockage d'énergie électrochimique en Chine s'accélère

En 2021, la Chine a ajouté 2,4 GW/4,9 GWh de nouveau stockage d'énergie

Selon les calculs de la CNESA, en 2021, la capacité totale installée des projets de stockage d'énergie mis en service en Chine était de 46,1 GW, représentant 22 % du marché mondial, soit une augmentation de 30 % en glissement annuel. Parmi eux, en 2021, le nouveau stockage d'énergie a augmenté de 2,4 GW/4,9 GWh, et la capacité installée cumulée a atteint 5,73 GW, soit une augmentation de 75 % en glissement annuel. Les batteries lithium-ion ont représenté 89,7 % du nouveau marché du stockage d'énergie.

Français À en juger par la situation des nouveaux projets de planification et de construction de stockage d'énergie, le nouveau stockage d'énergie en Chine évoluera vers un développement à grande échelle en 2021 : un total de 865 projets planifiés, en construction et mis en service en 2021, avec une capacité totale de 26,3 GW. Parmi eux, les nouveaux projets de stockage d'énergie mis en service sont principalement des projets de petite et moyenne taille de 10 à 50 MW, représentant 46 % ; les projets de stockage d'énergie planifiés/en construction sont principalement des projets de grande envergure de 50 MW et plus, représentant 85 %, dont plus de 70 projets de 100 MW sont planifiés et en construction. La plupart des projets de 100 MW sont sous la forme de stockage d'énergie indépendant/stockage d'énergie partagé, et ont la base et les conditions pour que le réseau joue un rôle à l'échelle du système en termes de volume.

IV. Calcul de l'espace de stockage d'énergie électrochimique

4.1 Chine : Le stockage d'énergie éolienne et solaire constitue la principale contribution supplémentaire à la production d'électricité

Le stockage de l’énergie éolienne et solaire domine la croissance du stockage d’énergie du côté de la production d’électricité

Français En 2019-2021, la nouvelle capacité photovoltaïque installée en Chine était respectivement de 30,22, 48,75 et 52,57 GW. Selon les prévisions du CAPI, dans les trois scénarios (conservateur, optimiste et neutre), la nouvelle capacité photovoltaïque installée en Chine en 2022-2026 sera respectivement de 75, 80, 85, 90, 95 GW, 90, 95, 100, 110, 116 GW, 83, 88, 93, 100 et 106 GW, avec un taux de croissance composé sur cinq ans de 13 %, 17 % et 15 % respectivement.

Français De 2019 à 2021, la capacité éolienne nouvellement installée en Chine sera respectivement de 24,88, 72,50 et 46,83 GW. 2020 est la première année de subventions à l'énergie éolienne terrestre, ce qui a entraîné une ruée vers l'installation d'énergie terrestre. Après 2020, le taux de croissance de la capacité éolienne installée reviendra à un niveau stable. Selon les prévisions du GWEC, la nouvelle capacité éolienne terrestre installée en Chine sera de 46,28, 50,18, 49,68, 50,15 et 52,81 GW en 2022-2026, représentant 46 %, 49 %, 47 %, 42 % et 41 % de la nouvelle capacité éolienne installée mondiale, avec un taux de croissance composé sur cinq ans de 12 % ; La capacité installée de l'énergie éolienne offshore de la Chine devrait augmenter de 39 GW entre 2022 et 2026, soit 43 % de la capacité mondiale.

4.2 Chine : L'espace de stockage d'énergie côté réseau est relativement limité

Entre 2022 et 2026, le stockage d'énergie nouvelle côté réseau augmentera d'environ 18 GWh

Hypothèse principale 1 : Le côté réseau ne joue un rôle que dans la régulation de pointe ; le taux de demande de régulation de fréquence côté réseau est généralement de 3 % à 5 %, la demande de régulation de fréquence de l'énergie thermique est d'environ 2 %, et l'énergie éolienne et solaire est plus volatile, en supposant une augmentation annuelle de 0,4 %.

Hypothèse de base 2 : Selon les statistiques de la CNECA, la capacité installée de stockage d'énergie côté réseau en 2021 est de 2,01 GW, et les taux de pénétration de la régulation de fréquence électrochimique et de la régulation de pointe sont respectivement de 2,12 % et 0,04 % ; on suppose que le taux de pénétration de la régulation de fréquence du stockage d'énergie augmentera de 1 % chaque année de 2022 à 2024. Le taux de pénétration de la régulation de pointe est de 0,01 % ; le taux de pénétration de la régulation de fréquence du stockage d'énergie en 2025-2026 est de 2 %, et le taux de pénétration de la régulation de pointe est de 0,02 %.

Hypothèse de base 3 : La densité de courant de la régulation de fréquence électrochimique est grande (2C), la capacité est petite et le temps est court ; la densité de courant de la régulation de crête électrochimique est petite (1C), la capacité est grande et le temps de charge et de décharge est long ; on suppose que le temps de régulation de fréquence électrochimique et de régulation de crête est respectivement de 1 h et 2 h.

Conclusion : Nous estimons que la puissance cumulée du stockage d’énergie côté réseau en 2022-2026 sera respectivement de 4,33, 6,28, 8,74, 13,53 et 19,58 GWh, et que le nouveau stockage d’énergie supplémentaire côté réseau en 2022-2026 sera d’environ 18 GWh.

4.3 Chine : la demande de stockage d'énergie du côté des utilisateurs va continuer de croître

De 2022 à 2026, la quantité supplémentaire de nouveau stockage d'énergie du côté des utilisateurs sera d'environ 13 GWh

Hypothèse principale 1 : Le New Energy Blue Book 2021 prévoit que la consommation totale d'électricité en 2025 sera de 9,5 billions de kWh, en supposant que le taux de croissance de la consommation d'électricité diminuera d'année en année de 5 % à 3 % de 2022 à 2026.

Hypothèse de base 2 : On suppose que la configuration du stockage d’énergie sera toujours dominée par l’industrie et le commerce de 2022 à 2026, et que la proportion de la consommation d’électricité industrielle et commerciale dans la consommation totale d’électricité de la société restera à 86 % de 2022 à 2026.

Hypothèse de base 3 : Taux de pénétration du stockage d'énergie électrochimique = capacité installée cumulée de stockage d'énergie du côté de la consommation d'énergie / puissance industrielle et commerciale ; Selon les statistiques de la CNECA, la capacité installée de stockage d'énergie du côté de l'utilisateur en 2021 est de 1,37 GW, on peut donc calculer que le taux de pénétration du stockage d'énergie électrochimique en 2021 est de 0,08 % ; on suppose que le taux de croissance du taux de pénétration du stockage d'énergie électrochimique augmentera de 0,01 % par an de 2022 à 2026.

Hypothèse principale 4 : Supposons que le temps de charge et de décharge de chaque ensemble de stockage d’énergie soit de 2 h de 2022 à 2024.

Conclusion : Nous estimons que la puissance cumulée du stockage d’énergie côté réseau en 2022-2026 sera respectivement de 4,25, 6,17, 8,55, 11,44 et 14,89 GWh, et que le nouveau stockage d’énergie supplémentaire côté réseau en 2022-2026 sera d’environ 13 GWh.

5. Démêler les liens clés du stockage d'énergie électrochimique non cellulaire

5.1 Composition du système de stockage d'énergie électrochimique

Le système de stockage d'énergie électrochimique implique de nombreux liens

L'amont de l'industrie du stockage d'énergie est principalement constitué par la fabrication de batteries, y compris les matériaux positifs et négatifs, les électrolytes, les diaphragmes, etc. ; le milieu de chaîne est l'intégrateur du système de stockage d'énergie, incluant la conception de l'ensemble du système et la sélection de multiples sous-systèmes tels que les packs de batteries, les systèmes de gestion de batteries, les systèmes de gestion de l'énergie, les convertisseurs de stockage d'énergie, etc. ; une fois le package EPC construit, il est utilisé pour la production d'électricité, le réseau et la consommation d'électricité. (Source du rapport : Report Research Institute)

De nombreuses entreprises sont impliquées dans le domaine du stockage d'énergie, notamment les fournisseurs de technologies de stockage d'énergie représentés par CATL, China National Energy Storage et EVE Power, les fournisseurs de PCS de stockage d'énergie représentés par SENENG Electric, Kehua Digital Energy et Soying Electric, et les intégrateurs de systèmes de stockage d'énergie représentés par Haibosichuang, Electric Times et Kehua Digital Energy.

5.2 Système de contrôle de la température du stockage d'énergie électrochimique

Les batteries au lithium ont des exigences strictes en matière de température de fonctionnement, et le système de contrôle de la température joue un rôle important

La plage de températures comprise entre 15 °C et 35 °C est la plage de températures de fonctionnement optimale pour que la batterie atteigne sa pleine performance. Cette plage est également la plus efficace, la plus fiable et la plus sûre pour son fonctionnement. Dépasser la plage standard réduira la capacité de la batterie, ralentira les réactions chimiques et augmentera les coûts de cycle de vie.

En raison des exigences de température liées au fonctionnement des batteries au lithium, le système de régulation thermique est essentiel au bon fonctionnement des systèmes de stockage d'énergie. Les principales solutions de régulation thermique actuelles comprennent la climatisation intégrée à sortie supérieure et l'alimentation en air précise par conduit, la séparation des canaux chauds et froids, la climatisation montée sur le dessus et l'alimentation en air précise par conduit, la sortie inférieure intégrée et la régulation de température par eau froide refroidie par air, etc.

5.3 Système de lutte contre l'incendie à stockage d'énergie électrochimique

En tant que demande rigide d'armoires de stockage d'énergie, le système de lutte contre l'incendie joue un rôle dans l'alerte précoce et la prévention des catastrophes

Selon des statistiques incomplètes, 50 incendies et explosions se sont produits dans des centrales de stockage d'énergie à travers le monde entre 2011 et 2021. Les principales causes de ces accidents étaient des défauts du système de gestion des batteries et l'emballement thermique des batteries au lithium. Par conséquent, le système de lutte contre les incendies joue un rôle d'alerte précoce et de prévention des catastrophes, car il répond à une exigence stricte en matière d'armoires de stockage d'énergie.

Le système de lutte contre l'incendie est principalement composé de détecteurs, de contrôleurs d'incendie, d'alarmes sonores et lumineuses, de contrôleurs de communication, d'interrupteurs manuels et de dispositifs d'extinction. Le système peut détecter les risques d'incendie à temps et émettre des signaux d'alerte et d'alarme précoces dès la phase initiale du risque. Lorsque les conditions d'incendie prédéterminées sont réunies, le dispositif d'extinction est automatiquement activé pour éteindre l'incendie dès son début, assurant ainsi la sécurité des conteneurs de stockage d'énergie.

La valeur du système de lutte contre l’incendie représente environ 2 à 4 % de la valeur globale, soit environ 40 000 à 160 000/MWh.