À mesure que la production d'énergie renouvelable se développe et que la demande en électricité liée à l'IA s'accélère, les systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) deviennent une infrastructure indispensable pour les réseaux électriques de demain.
par Bob Beckwith, responsable des applications du groupe – BESS, Clarke Energy
Pendant une grande partie de la dernière décennie, les systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) ont été considérés principalement sous un angle commercial. Leur argument de vente reposait sur un concept relativement simple : se charger lorsque les prix de l'électricité étaient bas, se décharger lorsque les prix de l'électricité étaient élevés, et tirer profit de la différence.
Le succès se mesurait en mégawattheures transférés et en revenus d'arbitrage générés. Cette vision est aujourd'hui en train de devenir rapidement obsolète.
À mesure que les réseaux électriques évoluent vers des niveaux de production d'énergie renouvelable plus élevés, le rôle des systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) à grande échelle s'étend bien au-delà du simple négoce d'énergie.
Sur de nombreux marchés, le stockage par batterie est en train de passer du statut de classe d'actifs de marché à celui de technologie d'infrastructure stratégique, dont les futurs réseaux électriques dépendront de plus en plus.
Les gestionnaires de réseau comptent sur les batteries non seulement pour stocker l'énergie dans le temps, mais aussi pour assurer la stabilité, la flexibilité, la résilience et le soutien opérationnel qui étaient autrefois assurés par la production synchrone conventionnelle.
Cette évolution s'inscrit dans le contexte de deux transformations structurelles simultanées : la première est la décarbonisation continue des réseaux électriques et la mise hors service des grandes centrales synchrones ; la seconde est l'émergence rapide de l'intelligence artificielle et des infrastructures numériques à très grande échelle en tant que grands consommateurs d'électricité. Ensemble, ces tendances redéfinissent à la fois l'offre et la demande du système électrique.
La valeur future des systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) dépendra donc non seulement de l'énergie qu'ils stockent, mais aussi des fonctions essentielles qu'ils remplissent en tant qu'infrastructures critiques.
Dans des réseaux électriques de plus en plus complexes et exploités de manière dynamique, les batteries deviennent un facteur essentiel pour la stabilité du réseau, l'intégration des énergies renouvelables, la sécurité énergétique et la croissance économique.
La prochaine étape dans l'évolution du stockage d'énergie par batterie
La première vague de déploiement des systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) a été principalement motivée par l'intégration des énergies renouvelables. La deuxième vague est motivée par le besoin de stabilité du réseau et de soutien du système, à mesure que les centrales synchrones sont mises hors service. La troisième vague pourrait être accélérée par la convergence de l'intelligence artificielle, le développement de centres de données à très grande échelle et les contraintes croissantes pesant sur les réseaux électriques.
Dans ce contexte en pleine évolution, le stockage par batterie dépasse le simple statut d'actif énergétique pour devenir une plateforme d'infrastructure stratégique, située à la croisée de la transition énergétique et de l'économie numérique.
Pourquoi les gestionnaires de réseau ont besoin d'un soutien adaptatif
Les réseaux électriques ont toujours nécessité un équilibrage constant entre la production et la demande. Historiquement, cet équilibrage était assuré naturellement par de grandes centrales synchrones équipées de turbines et de générateurs en rotation.
Au-delà de la production d'électricité, les centrales thermiques conventionnelles offraient toute une série de caractéristiques stabilisatrices qui étaient largement considérées comme allant de soi. Leurs machines tournantes apportaient intrinsèquement de l'inertie, contribuaient à la stabilité de la fréquence, fournissaient un courant de défaut pour renforcer les performances du réseau et aidaient à maintenir la tension sur l'ensemble du réseau de transport.
Ces services ont été intégrés de manière efficace au parc de production et fournis sans qu'il soit nécessaire de recourir à des marchés ou à des mécanismes d'approvisionnement spécifiques.
À mesure que les centrales à charbon et à gaz sont mises hors service et que la part des énergies renouvelables ne cesse d'augmenter, bon nombre de ces fonctions inhérentes de soutien au réseau disparaissent. La production éolienne et solaire est raccordée via des composants électroniques de puissance plutôt que par le biais de machines tournantes directement couplées ; elle n'offre donc pas naturellement les mêmes caractéristiques de stabilisation.
Si cette transition présente des avantages environnementaux considérables, elle modifie également les exigences opérationnelles du réseau électrique.
Les perturbations du réseau se produisent en quelques fractions de seconde. Les écarts de fréquence, les variations de tension et les défauts sur le réseau exigent une réaction immédiate afin d’éviter des répercussions plus importantes sur le système. À mesure que les sources traditionnelles de stabilité s’amenuisent, les gestionnaires de réseaux de transport recherchent de plus en plus des technologies capables d’assurer ces services grâce à des systèmes de contrôle avancés et à l’électronique de puissance.
C'est là que le BESS s'est imposé comme une technologie clé. Les systèmes de batteries sont capables de détecter les événements sur le réseau et d'y réagir en quelques millisecondes, soit bien plus rapidement que les centrales thermiques classiques.
En injectant ou en absorbant rapidement de la puissance, ils permettent d'assurer la stabilité de la fréquence, d'améliorer la résilience du réseau et de réduire le risque que des perturbations ne se transforment en incidents à plus grande échelle sur le réseau.
À mesure que la part des énergies renouvelables augmente, cette capacité passe du statut d'atout souhaitable à celui d'exigence indispensable pour garantir la sécurité d'exploitation du réseau.
Croissance renouvelable et défi posé par la diminution de l'inertie du système
L'une des conséquences techniques les plus importantes de la transition énergétique est la diminution de l'inertie du réseau. L'inertie correspond à l'énergie cinétique stockée dans les masses en rotation des générateurs synchrones ; elle agit comme un amortisseur naturel qui ralentit la vitesse de variation de la fréquence à la suite de perturbations majeures.
Pendant des décennies, l'inertie était abondante. Les centrales à charbon, à gaz, nucléaires et hydroélectriques fournissaient une masse en rotation considérable du simple fait de leur raccordement au réseau. À mesure que ces installations sont progressivement remplacées par des sources d'énergie renouvelables équipées d'onduleurs, la quantité d'inertie disponible diminue, ce qui entraîne des variations plus rapides de la fréquence du réseau en cas de perturbations.
Ce phénomène, généralement mesuré à l'aide du taux de variation de fréquence (RoCoF), pose de nouveaux défis opérationnels aux gestionnaires de réseau. Des variations de fréquence plus rapides laissent moins de temps pour prendre des mesures correctives et augmentent le risque de déclenchement intempestif des systèmes de protection, ce qui peut entraîner la déconnexion de sources de production ou de la charge.
Plusieurs marchés ont déjà connu des périodes d'inertie du réseau très faible, ce qui a incité les gestionnaires de réseau à mettre en place de nouvelles mesures d'exploitation et à investir dans des technologies permettant de rétablir les caractéristiques de stabilité essentielles.
Au Royaume-Uni et en Irlande, ainsi que sur des marchés tels que l'Australie, l'Allemagne, le Danemark et certaines régions des États-Unis, les gestionnaires de réseaux de transport ont investi dans des condensateurs synchrones afin d'améliorer l'inertie, la résistance aux courts-circuits et la contribution au courant de défaut.
Ces machines tournantes offrent bon nombre des caractéristiques de stabilisation traditionnellement assurées par la production conventionnelle et continuent de jouer un rôle important dans la stratégie de transition.
Cependant, si les condensateurs synchrones apportent un soutien physique précieux au réseau, ils n'offrent pas la flexibilité opérationnelle, la réactivité rapide en puissance active ni la polyvalence que permettent les systèmes de stockage d'énergie par batterie.
En conséquence, de nombreux opérateurs considèrent de plus en plus ces deux technologies comme des éléments complémentaires d'un ensemble plus large d'outils destinés à assurer la stabilité du réseau.
Il est peu probable que la solution à long terme consiste à conserver les centrales thermiques vieillissantes uniquement pour leurs propriétés stabilisatrices. Au contraire, les réseaux électriques de demain auront besoin de technologies capables de reproduire bon nombre de ces services tout en restant compatibles avec un système énergétique à forte part d'énergies renouvelables.
Grâce à des systèmes de contrôle avancés, à l'électronique de puissance et à une technologie d'onduleurs de plus en plus sophistiquée, les systèmes BESS peuvent fournir différentes formes d'inertie synthétique ou virtuelle, offrant ainsi une réponse immédiate aux perturbations du réseau.
Bien que ces capacités ne soient pas physiquement identiques à l'inertie des machines synchrones, elles peuvent contribuer de manière significative à la stabilité du système et occupent une place de plus en plus importante dans l'architecture des réseaux électriques à forte part d'énergies renouvelables.
Le rôle essentiel de la technologie des onduleurs
Si les batteries sont en passe de devenir des infrastructures essentielles, les onduleurs, quant à eux, deviennent le « cerveau » de ces infrastructures. La véritable valeur d’un système moderne de stockage d’énergie par batterie (BESS) ne dépend pas uniquement des cellules de batterie, mais aussi de ses systèmes de conversion de puissance et de contrôle.
Historiquement, la plupart des installations équipées d'onduleurs fonctionnaient selon un mode de fonctionnement « suiveur de réseau ». Ces systèmes se synchronisent avec un réseau déjà stable et injectent de l'électricité en conséquence. Cependant, à mesure que la part des énergies renouvelables augmente, la technologie « suiveuse de réseau » ne suffit plus à elle seule.
Les réseaux électriques de demain nécessitent des équipements capables d'établir et de maintenir activement les conditions du réseau, plutôt que de se contenter d'y réagir. C'est ce qui explique l'intérêt croissant pour la technologie des onduleurs « grid-forming ».
Contrairement aux technologies classiques de suivi du réseau, les onduleurs de formation de réseau contribuent activement à l'établissement et au maintien de conditions de réseau stables. Ils peuvent fournir des signaux de référence de tension, permettre le fonctionnement dans des réseaux affaiblis, renforcer la robustesse du système et apporter différentes formes d'inertie synthétique.
Leur capacité à rester opérationnels en cas de perturbations du réseau et à reproduire certains aspects du comportement des machines synchrones en fait l'une des technologies clés pour les réseaux électriques à forte part d'énergies renouvelables.
Pour les exploitants de réseaux, ces capacités sont de plus en plus intéressantes, car elles permettent de remplacer les services traditionnellement assurés par les générateurs classiques. Le secteur connaît déjà d’importants projets de démonstration et des déploiements commerciaux dans lesquels des systèmes de batteries de stabilisation du réseau sont utilisés pour stabiliser les réseaux fragiles et faciliter l’intégration des énergies renouvelables.
À mesure que ces technologies gagneront en maturité, les performances des onduleurs pourraient devenir l'un des principaux facteurs de différenciation entre les différents projets de batteries. Le débat ira au-delà de la composition chimique des batteries et de leur durée de vie pour porter sur les performances du système, sa contrôlabilité et ses fonctionnalités de soutien au réseau.
Pourquoi les futurs projets BESS pourraient être davantage valorisés pour leurs services au réseau que pour l'arbitrage
La tendance est claire. À mesure que le déploiement des batteries continue de s'accélérer, l'arbitrage devrait devenir plus concurrentiel et, sur de nombreux marchés, moins rentable en soi.
Parallèlement, les besoins en services de soutien au réseau ne cessent de croître. Chaque augmentation de la production d’énergie renouvelable accroît le besoin de services visant à maintenir la stabilité du réseau. Le contrôle de la fréquence, la gestion de la tension, la robustesse du réseau et la capacité de réserve rapide ne sont plus de simples considérations techniques secondaires, mais constituent désormais des exigences opérationnelles fondamentales.
À mesure que les réseaux électriques deviennent de plus en plus tributaires des ressources fonctionnant avec des onduleurs, des capacités telles que l'inertie synthétique, la capacité de démarrage autonome et la résilience du réseau sont appelées à revêtir une importance stratégique et économique croissante.
Ces services répondent à des besoins opérationnels fondamentaux plutôt qu’à des inefficacités temporaires du marché. Par conséquent, les projets de batteries les plus rentables à l’avenir ne seront pas nécessairement ceux qui acheminent le plus d’énergie. Il s’agira peut-être plutôt de ceux qui contribuent le plus à la stabilité et à la fiabilité du réseau. Cette évolution a des implications importantes pour les développeurs, les investisseurs, les équipementiers et les opérateurs.
En conséquence, les priorités en matière de développement de projets devraient évoluer de manière significative. Le secteur se concentrera de plus en plus sur les capacités des onduleurs, la sophistication des systèmes de contrôle, les performances dynamiques du réseau et le respect de codes de réseau toujours plus exigeants.
Il sera tout aussi important qu’un projet soit capable de pallier les contraintes des réseaux locaux et d’apporter des avantages mesurables au réseau à des endroits précis de celui-ci.
Les marchés pourraient également évoluer de manière à accorder une plus grande valeur économique aux services essentiels du réseau, ce qui créerait des opportunités de revenus à plus long terme et plus prévisibles par rapport au seul négoce d'énergie en gros. En effet, les batteries font actuellement l'objet d'une reclassification stratégique.
Autrefois considérées principalement comme des actifs énergétiques commerciaux, elles sont de plus en plus reconnues comme des infrastructures essentielles dont la valeur réside dans le fait qu’elles garantissent la fiabilité du réseau, facilitent l’intégration des énergies renouvelables et contribuent à la réalisation des objectifs nationaux en matière de sécurité énergétique.
Le BESS, l'intelligence artificielle (IA) et l'augmentation de la demande en électricité à très grande échelle
Alors que les énergies renouvelables ont dominé les débats sur le secteur de l'électricité au cours de la dernière décennie, l'intelligence artificielle pourrait devenir le facteur déterminant du côté de la demande au cours de la prochaine décennie.
La croissance rapide des modèles d'entraînement en intelligence artificielle, des plateformes de cloud computing et des services numériques entraîne des investissements sans précédent dans les centres de données hyperscale à travers le monde. Contrairement à de nombreuses charges commerciales traditionnelles, ces installations fonctionnent en continu, exigent une fiabilité exceptionnelle et nécessitent de plus en plus des raccordements électriques de l'ordre de plusieurs centaines de mégawatts. Dans certains cas, la consommation électrique de certains campus avoisine celle d'installations industrielles de taille moyenne, voire celle de villes entières.
Pour les services publics et les gestionnaires de réseaux de transport, cela représente un nouveau défi majeur en matière de planification. Les gestionnaires de réseaux doivent en effet répondre simultanément à l'augmentation des volumes de production d'énergie renouvelable, à l'électrification généralisée des transports et du chauffage, ainsi qu'à l'émergence d'une nouvelle catégorie de charges numériques très concentrées.
Historiquement, la croissance de la demande en électricité était relativement prévisible et répartie de manière assez homogène entre les régions. Les centres de données hyperscale sont en train de bouleverser ce paradigme. Les concentrations importantes d’infrastructures informatiques peuvent entraîner des contraintes de transport localisées significatives, accroître les besoins en renforcement du réseau et accélérer la nécessité de développer de nouvelles capacités du réseau.
Les responsables de la planification du réseau doivent donc, de plus en plus, tenir compte non seulement de l'emplacement des futures installations de production, mais aussi des points de raccordement au réseau des infrastructures numériques à grande échelle. Dans de nombreuses régions, l'intelligence artificielle devient un facteur déterminant de la planification du transport d'électricité, au même titre que le développement des énergies renouvelables lui-même.
D'un point de vue stratégique, cela constitue un nouvel argument de poids en faveur des investissements dans le stockage par batterie.
Les mêmes systèmes qui favorisent l'intégration des énergies renouvelables peuvent également contribuer à accompagner le développement des infrastructures numériques tout en allégeant la pression sur les réseaux électriques saturés.
Le BESS, interface entre l'infrastructure numérique et le réseau électrique
L'un des rôles futurs les plus importants sur le plan stratégique du stockage par batterie pourrait être celui de couche tampon entre des charges numériques très dynamiques et le réseau électrique dans son ensemble.
Les centres de données exigent des niveaux exceptionnellement élevés de qualité de l'alimentation électrique et de résilience opérationnelle. Même des perturbations de courte durée peuvent avoir des conséquences opérationnelles importantes, ce qui incite fortement les opérateurs à déployer des infrastructures énergétiques locales capables de réagir instantanément à l'évolution des conditions.
Les systèmes de batteries sont particulièrement adaptés à ce rôle. Leur capacité à injecter ou à absorber de l'énergie en quelques millisecondes leur permet de lisser les fluctuations de la demande, de garantir la qualité de l'alimentation électrique, d'atténuer les perturbations de courte durée et de réduire la contrainte instantanée exercée sur l'infrastructure du réseau.
En effet, les batteries permettent de dissocier les besoins opérationnels en constante évolution des infrastructures numériques des contraintes physiques des réseaux de transport et de distribution.
Cette fonctionnalité s'avère particulièrement utile alors que les exploitants de centres de données cherchent à se raccorder au réseau dans des régions où la capacité du réseau est limitée. Les installations de systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) en colocalisation peuvent réduire les besoins d'importation en période de pointe, faciliter l'extension progressive des installations et, potentiellement, repousser la nécessité de coûteuses mises à niveau du réseau de transport.
Parallèlement, les batteries elles-mêmes peuvent continuer à intervenir sur les marchés des services auxiliaires et d'équilibrage, générant ainsi des sources de revenus supplémentaires.
À l'avenir, les architectures des sites pourraient de plus en plus associer la production d'énergie renouvelable, le stockage par batterie à grande échelle et les installations informatiques à très grande échelle au sein d'un seul et même écosystème énergétique intégré.
Dans ce type de configurations, les batteries ne sont plus seulement des moyens de stockage. Elles deviennent des outils de contrôle opérationnel qui optimisent les flux d'énergie entre la production, la demande et le réseau.
Pour les services publics, cela offre l'opportunité d'améliorer l'utilisation du réseau et de gérer des profils de charge de plus en plus complexes. Pour les développeurs de centres de données, cela renforce la résilience et la flexibilité énergétique. Pour les investisseurs, cela ouvre la voie à des projets d'infrastructure qui tirent parti à la fois de la croissance des énergies renouvelables et de celle des infrastructures numériques.
Alors que l'intelligence artificielle continue de transformer la demande en électricité, le stockage par batterie pourrait s'imposer comme l'une des rares technologies capables de répondre aux deux aspects de cette équation : favoriser une plus grande pénétration des énergies renouvelables tout en répondant aux besoins énergétiques exceptionnels de l'économie numérique.
En conclusion
Le secteur du stockage par batterie entre dans une nouvelle phase de maturité. Si l'arbitrage énergétique a contribué à jeter les bases commerciales des premiers déploiements, le rôle futur des systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) va bien au-delà du simple transfert de mégawattheures d'une période de la journée à une autre.
À mesure que la production d'énergie renouvelable remplace les centrales synchrones traditionnelles, les réseaux électriques ont besoin de nouvelles sources de flexibilité, de résilience et de stabilité.
Grâce à une technologie d'onduleurs de plus en plus sophistiquée, les batteries sont particulièrement bien placées pour offrir ces fonctionnalités tout en favorisant la transition vers un système électrique à faibles émissions de carbone.
Parallèlement, l'émergence de l'intelligence artificielle et le développement des centres de données à très grande échelle constituent une nouvelle source de croissance de la demande en électricité, qui exercera une pression croissante sur les infrastructures de réseau.
Les services publics et les gestionnaires de réseau doivent désormais faire face à un avenir où tant la production que la demande deviennent plus complexes, plus dynamiques et de plus en plus tributaires de l'électronique de puissance.
Les projets BESS les plus importants sur le plan stratégique de la prochaine décennie pourraient donc être évalués non seulement en fonction de l'énergie qu'ils stockent, mais aussi en fonction des fonctions d'infrastructure qu'ils remplissent.
Leur capacité à contribuer à la stabilité du réseau, à renforcer la résilience du système, à faciliter l'intégration des énergies renouvelables et à favoriser le développement des infrastructures numériques pourrait, à terme, s'avérer plus précieuse que l'arbitrage énergétique à lui seul.
La première vague de déploiement des batteries visait à stocker de l'énergie. La vague suivante a pour objectif de soutenir le réseau électrique. La vague d'après pourrait permettre le développement simultané de la transition énergétique et de l'économie numérique.
Dans ce futur, le BESS n'est plus simplement une technologie de stockage. Il devient un pilier de l'infrastructure moderne des réseaux électriques.
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