Ces dernières années, le secteur du stockage d'énergie a connu une croissance explosive.
Afin de mieux conquérir le marché et d'obtenir des rendements économiques plus élevés, les entreprises énergétiques continuent d'optimiser la structure et la conception des batteries de stockage d'énergie pour atteindre une densité énergétique supérieure et une durée de vie plus longue. En collaboration avec certains des principaux fabricants de systèmes de stockage d'énergie, le développement de batteries de « grande capacité » est également devenu une tendance majeure.
La batterie de stockage d'énergie laminée à lame courte L500 de 325 Ah produite par Honeycomb Energy ne mesure que 21 mm d'épaisseur, soit 2/3 de moins que la batterie de stockage d'énergie de 280 Ah ;
Le produit de cellule de stockage d'énergie de 315 Ah d'Envision Power a augmenté la densité énergétique de 11 % tout en conservant la même taille ;
La batterie de stockage d'énergie à grande échelle de 320 Ah produite par Penghui Energy présente une augmentation de capacité unique de 14 % ;
EVE Lithium Energy a lancé une cellule de stockage d'énergie de très grande capacité de 560 Ah, et une seule batterie peut stocker 1,792 kWh d'énergie ;
Cependant, cette grande capacité engendre également de nouveaux défis pour le développement des batteries de stockage d'énergie.
À mesure que la capacité augmente, la densité énergétique à l'intérieur de la batterie augmente également en conséquence, ce qui entraîne une libération d'énergie plus importante et des risques pour la sécurité plus graves.
Ces dernières années, des incendies et des explosions se sont produits ponctuellement dans des centrales de stockage d'énergie, et les cas les plus graves ont même pu entraîner des pertes humaines parmi le personnel. La sécurité des systèmes de stockage d'énergie demeure une préoccupation majeure.
Lors de la 4e Conférence internationale sur les véhicules à énergies nouvelles et les batteries (CIBF2023 Shenzhen), Ouyang Minggao, membre de l'Académie chinoise des sciences, a déclaré que les batteries lithium-fer-phosphate sont généralement considérées comme relativement sûres, ce qui est vrai en principe pour les petites batteries. Cependant, pour une batterie de grande capacité, la température interne peut dépasser 800 degrés, ce qui excède la température de décomposition de la cathode lithium-fer-phosphate.
Pour les petites batteries, en raison d'une réaction en chaîne au sein de la cellule, une séparation se crée et le matériau de l'électrode positive ne se décompose pratiquement pas avant 500 degrés. C'est pourquoi les petites batteries ne sont pas concernées par ce seuil de température. En revanche, les batteries haute capacité peuvent atteindre 700 à 900 degrés, température à partir de laquelle la séparation peut se rompre et entraîner la décomposition du matériau de l'électrode positive. Les batteries de stockage d'énergie actuelles ont généralement une capacité supérieure à 300 ampères-heures (Ah), ce qui reste très dangereux.
D’une part, il est nécessaire d’accroître les capacités et de réduire les coûts ; d’autre part, il est nécessaire de maintenir un niveau acceptable de risques de sécurité. Comment concilier ces deux impératifs ?
L'industrie du stockage d'énergie accorde une grande importance à la sécurité des batteries.
Alors que les centrales de stockage d'énergie évoluent vers des capacités plus importantes, la sécurité et la protection contre les incendies des systèmes de stockage seront également soumises à des tests plus rigoureux. La sécurité est primordiale pour le développement de l'industrie du stockage d'énergie.
D'après les statistiques de l'Alliance technologique de l'industrie du stockage d'énergie de Zhongguancun, plus de 70 accidents liés à la sécurité du stockage d'énergie ont été recensés dans le monde depuis 2011. En 2022, on prévoit 17 accidents de ce type dans le monde, hors stockage domestique.
L'Institut chinois de recherche sur l'énergie électrique a souligné dans son rapport d'analyse de l'accident que l'explosion de la centrale électrique a deux causes principales : d'une part, la combustion et l'explosion de la batterie lithium-ion sont dues à un emballement thermique. Ce phénomène, qui compromet la sécurité et la qualité de la batterie de stockage d'énergie, est à l'origine de l'explosion. D'autre part, le système de gestion de batterie (BMS), le système de contrôle de puissance (PCS), le transformateur, les équipements de protection par relais et les équipements de communication associés, qui font partie du système de stockage d'énergie, peuvent présenter des défauts de qualité, une installation et une mise en service non conformes aux normes, des réglages inappropriés et une isolation insuffisante. Ces éléments peuvent engendrer, directement ou indirectement, des problèmes de sécurité au sein du système de stockage d'énergie.
En cas d'accident, outre les risques causés par l'incendie et l'explosion eux-mêmes, des produits chimiques toxiques peuvent également être libérés, provoquant des risques chimiques, voire des risques électriques ou physiques lors de la réparation ou du sauvetage du système de stockage d'énergie par le personnel compétent.
La demande en matière de contrôle de la température et de protection contre l'incendie des systèmes de stockage d'énergie a augmenté. L'édition 2014 de la norme nationale « Code de conception des centrales de stockage d'énergie électrochimique » peine à répondre à l'évolution rapide des exigences de sécurité liées au stockage d'énergie. Outre cette norme nationale, il existe, à titre de référence, des normes d'entreprise, de groupe, locales et les normes américaines NFPA 855 et UL 9540. La réglementation des normes de sécurité relatives au stockage d'énergie nécessite encore d'être approfondie.
La nouvelle norme nationale relative à la sécurité du stockage d'énergie, GB/T 42288-2022 « Réglementation de sécurité des centrales de stockage d'énergie électrochimique », a été approuvée par l'Administration d'État pour la réglementation du marché (Comité des normes) et entrera officiellement en vigueur en juillet prochain. Les normes de sécurité du stockage d'énergie s'améliorent et se durcissent progressivement, s'orientant vers une normalisation et marquant une nouvelle étape de leur développement à grande échelle.
En raison des accidents fréquents survenus dans les centrales de stockage d'énergie, les normes de sécurité de mon pays en matière de stockage d'énergie se rapprochent des normes internationales et sont constamment améliorées et renforcées. L'importance des systèmes de protection contre l'incendie et de contrôle de la température des installations de stockage d'énergie devrait être considérablement accrue, et leur développement devrait se poursuivre.
Comment rendre les centrales de stockage d'énergie plus sûres ?
Yang Yusheng, membre de l'Académie chinoise d'ingénierie, estime qu'à l'heure actuelle, les batteries à haute énergie, telles que les batteries ternaires à haute teneur en nickel, ne devraient pas être la priorité en matière de développement, et que le succès des batteries tout-solide reste incertain. Actuellement, la batterie lithium-fer-phosphate semble présenter une sécurité élevée et une longue durée de vie, et ne nécessite pas de métaux comme le nickel ou le cobalt. Elle pourrait devenir la technologie dominante, mais son rapport coût-efficacité doit être constamment amélioré.
Selon Huidong, expert principal de l'Institut chinois de recherche sur l'énergie électrique, le phosphate de fer lithié n'est pas, en théorie, totalement sûr, mais relativement sûr. Les accidents survenus jusqu'à présent dans les centrales de stockage d'énergie sont souvent dus à l'absence ou à la lenteur des systèmes d'alerte précoce. De plus, les mesures de protection incendie existantes ne sont pas adaptées et peuvent engendrer des accidents graves.
D'après les statistiques incomplètes de la base de données mondiale sur le stockage de l'énergie de la CNESA, de nombreux incidents liés aux batteries lithium-ion ternaires sont attendus en 2021-2022. Cependant, les projets de batteries ternaires sont rares ces deux dernières années et concernent principalement des projets antérieurs. On dénombre 6 incidents impliquant des batteries lithium-fer-phosphate, 1 incident impliquant une batterie au plomb-acide, et le type des autres batteries reste inconnu.
Bien entendu, compte tenu du rôle clé du stockage d'énergie dans l'objectif de « double carbone » et de l'augmentation du nombre de projets mis en service, la surveillance de la sécurité du stockage d'énergie et les recherches connexes font également l'objet d'une attention croissante.
L'académicien Ouyang Minggao a récemment déclaré que l'indice d'explosion du phosphate de fer lithié dans les batteries de grande capacité est deux fois supérieur à celui des batteries ternaires.
Face aux nombreuses technologies de stockage d'énergie existantes, de nombreux experts affirment que, malgré la multitude de technologies de batteries actuellement disponibles, ces technologies ne constitueront pas la voie dominante à l'avenir, et que des technologies de rupture apparaîtront assurément.
À l'avenir, l'objectif de la technologie de stockage électrochimique de l'énergie est « un faible coût, une longue durée de vie, une sécurité élevée et un recyclage facile », ce qui nécessite des innovations de rupture et des percées technologiques.
Afin d'améliorer la sécurité des centrales de stockage d'énergie, une série de mesures doivent être prises :
Tout d'abord, il convient de renforcer le système d'alerte précoce, notamment par la surveillance en temps réel de paramètres tels que la température, la tension, le courant et la pression des centrales de stockage d'énergie, afin de garantir la détection et la gestion rapides des risques potentiels. Ensuite, compte tenu des spécificités des centrales de stockage d'énergie, des mesures de protection incendie et des plans d'urgence spécifiques doivent être mis en place pour faire face aux situations d'urgence telles que les incendies. Par ailleurs, une attention particulière doit être portée à la conception et au processus de fabrication du système de batteries ; l'utilisation de matériaux d'isolation thermique et de technologies de dissipation de chaleur performants est essentielle pour contrôler efficacement la température et la libération d'énergie des batteries et réduire ainsi les risques potentiels. Enfin, la formation et l'encadrement du personnel doivent être renforcés afin de garantir que les opérateurs possèdent les connaissances et les compétences nécessaires en matière de sécurité pour réagir adéquatement face à diverses situations d'urgence.
L'Administration nationale de l'énergie a également souligné la nécessité de renforcer l'acceptation des installations raccordées au réseau. Les entreprises de réseau électrique doivent coopérer activement au raccordement et à l'acceptation des centrales de stockage d'énergie électrochimique et prévenir les raccordements non conformes aux normes techniques nationales (sectorielles). Le plan de fonctionnement doit être optimisé et l'intervalle de sécurité de la centrale doit être spécifié dans le contrat de raccordement et strictement appliqué.
Date de publication : 22 septembre 2023