En 2022, le secteur du stockage d'énergie connaîtra un développement soutenu, et la capacité installée cumulée de stockage d'énergie nouvelle atteindra 13,1 GW. Le nombre de projets de stockage d'énergie nouvelle planifiés et en construction en Chine avoisine les 100 GW, dépassant largement les prévisions de 30 GW pour 2025 établies par les autorités nationales compétentes. L'année 2023 sera sans aucun doute une nouvelle année de forte croissance continue du stockage électrochimique d'énergie en Chine.
Le secteur du stockage d'énergie est en plein essor, porteur d'espoir et de défis. Le stockage d'énergie doit évoluer vers des solutions à grande échelle, à moyen et long terme, avec une forte tolérance aux pannes et une sécurité optimale. Ces dernières années, les accidents liés au stockage électrochimique de l'énergie se sont multipliés. Comment garantir la sécurité du stockage d'énergie ?
Le refroidissement liquide s'est imposé comme une technologie de choix dans le domaine de la gestion thermique, et son intérêt s'est récemment accru. En avril, Midea a lancé ses solutions de stockage d'énergie ainsi qu'une gamme de nouveaux produits de gestion thermique pour le stockage d'énergie refroidis par liquide, marquant ainsi son entrée officielle sur le marché segmenté de la gestion thermique du stockage d'énergie. De son côté, le groupe Huadian a lancé un nouveau cycle d'achats centralisés de systèmes de stockage d'énergie au phosphate de fer lithié, acquérant 2 GWh de systèmes refroidis par air et 3 GWh de systèmes refroidis par liquide.
Quel type de circuit est utilisé pour le stockage d'énergie par refroidissement liquide ?
01 Gestion thermique du stockage d'énergie
Du fait des caractéristiques thermiques des batteries, la gestion thermique est devenue un maillon essentiel de la chaîne de valeur de l'industrie du stockage électrochimique de l'énergie. En termes de valeur et de volume, le coût des batteries représente environ 55 % du système de stockage d'énergie, celui des systèmes de stockage d'énergie (PCS) environ 20 %, celui des systèmes de gestion de batterie (BMS) et de gestion de l'énergie (EMS) environ 11 %, et celui de la gestion thermique environ 2 à 4 %. Bien que relativement faible, la gestion thermique joue un rôle crucial et est indispensable au fonctionnement continu et sûr du système de stockage d'énergie.
Les accidents dans les centrales électriques sont fréquents, et l'emballement thermique des batteries au lithium est l'une des principales causes d'incidents liés à la sécurité des systèmes de stockage d'énergie. Ces systèmes génèrent une chaleur importante et disposent d'un espace limité pour sa dissipation. Le contrôle de la température est difficile à obtenir par ventilation naturelle, ce qui compromet la durée de vie et la sécurité des batteries. Comparées aux batteries des systèmes de production d'énergie, celles des systèmes de stockage d'énergie présentent une puissance et un nombre supérieurs, et génèrent donc davantage de chaleur. Leur agencement compact limite l'espace de dissipation thermique, ce qui rend difficile une dissipation rapide et uniforme de la chaleur et peut facilement engendrer des frottements entre les packs de batteries. L'accumulation de chaleur et les écarts de température de fonctionnement excessifs sont à l'origine de fréquents incidents liés à la sécurité des systèmes de stockage d'énergie, et finissent par compromettre la durée de vie et la sécurité des batteries.
processus d'emballement thermique des batteries lithium-ion
La gestion thermique est essentielle pour garantir le fonctionnement continu et sûr des systèmes de stockage d'énergie. Idéalement, sa conception permet de maintenir la température interne du système dans la plage optimale (10-35 °C) pour le fonctionnement des batteries au lithium, et d'assurer une température uniforme au sein du pack de batteries, réduisant ainsi la dégradation de leur durée de vie et les risques de perte de contrôle liés à la dissipation de chaleur.
Actuellement, les principales techniques de gestion thermique du stockage d'énergie sont le refroidissement par air et le refroidissement par liquide. Les technologies de gestion thermique du stockage d'énergie se répartissent principalement en quatre catégories : refroidissement par air, refroidissement par liquide, refroidissement par caloduc et refroidissement par changement de phase. Parmi celles-ci, les technologies par caloduc et par changement de phase sont encore en développement.
1. Refroidissement par air
La température de la batterie est abaissée par convection gazeuse. Ce système présente l'avantage d'une structure simple, d'une maintenance aisée et d'un faible coût, mais son efficacité et sa vitesse de dissipation thermique, ainsi que l'uniformité de sa température, sont médiocres. Il convient aux applications à faible dégagement de chaleur.
2. Refroidissement liquide
La température de la batterie est abaissée par convection du liquide. L'efficacité et la vitesse de dissipation thermique, ainsi que l'uniformité de la température, sont bonnes, mais le coût est élevé et il existe un risque de fuite du liquide de refroidissement. Ce système convient aux batteries à haute densité énergétique, à vitesse de charge et de décharge rapide et soumises à d'importantes variations de température ambiante.
3. Caloduc et changement de phase
La dissipation de chaleur de la batterie est obtenue par l'évaporation et l'absorption de chaleur du fluide caloporteur dans le caloduc et par la conversion de phase du matériau.
Parmi ces technologies, le refroidissement liquide dissipe directement la chaleur par convection, permettant un contrôle précis de la température de la batterie et un refroidissement uniforme. À l'inverse, le refroidissement par air est moins coûteux, mais son efficacité de dissipation thermique est moindre et il est impossible d'obtenir un contrôle précis de la température. C'est pourquoi, pour les applications à faible puissance, le refroidissement par air reste la norme, tandis que pour les applications à moyenne et haute puissance, le refroidissement liquide domine. Ce dernier présente l'avantage d'une capacité thermique massique élevée et d'un refroidissement rapide, permettant un contrôle plus efficace de la température de la batterie et garantissant ainsi un fonctionnement stable du système de stockage d'énergie.
02 Marché du stockage d'énergie par refroidissement liquide
Le marché domestique du stockage d'énergie est en plein essor, et les intégrateurs de systèmes de stockage et les fabricants de batteries ont rapidement adopté la technologie de refroidissement liquide pour le stockage d'énergie, développant de nouveaux produits et modernisant leurs gammes existantes grâce aux dernières innovations. Avec la multiplication des applications concrètes, les systèmes de stockage d'énergie à refroidissement liquide s'imposent rapidement comme la technologie dominante sur le marché.
Actuellement, la part de la technologie de refroidissement liquide dans les nouveaux projets de stockage d'énergie à grande échelle, côté production/réseau, augmente rapidement. À titre d'exemple, le projet de démonstration de centrale de stockage d'énergie partagée de 100 MW/200 MWh de la base de Ningxia Power Investment à Ningdong et le projet de centrale de stockage d'énergie partagée de 100 MW/400 MWh de Gansu Linze utiliseront cette technologie de contrôle de la température par refroidissement liquide. Son application dans les projets concrets se développe progressivement. Par exemple, la centrale de stockage d'énergie de Meizhou Baohu, exploitée par Southern Power Grid, a été mise en service récemment dans le comté de Wuhua, ville de Meizhou, province du Guangdong. Il s'agit de la première centrale de stockage d'énergie au monde à refroidissement liquide immergé. Pour la première fois, China Southern Grid Energy Storage Company a immergé directement la batterie dans le liquide de refroidissement à l'intérieur de la cabine afin d'obtenir un refroidissement direct, rapide et suffisant, garantissant ainsi le fonctionnement de la batterie dans sa plage de température optimale.
De grands groupes énergétiques ont lancé des appels d'offres pour des systèmes de stockage d'énergie refroidis par liquide. Selon les statistiques, China National Nuclear Corporation, PetroChina, National Energy Group, Huadian Group et d'autres entreprises ont entrepris des projets d'acquisition de tels systèmes. La capacité de ces systèmes est d'environ 5,4 GWh, pour un prix unitaire compris entre 1,42 et 1,61 yuan/Wh.
D'après les statistiques publiques, des dizaines de fabricants, dont Kehua Data Energy, Sungrow Power, Yiwei Lithium Energy, Cairi Energy, Xingyun Times, HyperStrong, Haichen Energy Storage, Zhongtian Technology, Shanghai Electric Guoxuan, Trina Energy Storage et Ashi, ainsi que Te et Shenghong, ont adopté la technologie de refroidissement liquide. Leurs nouveaux produits intègrent tous cette technologie et couvrent divers secteurs d'activité : réseaux électriques, applications industrielles et commerciales, et stockage d'énergie domestique.
Pour les entreprises spécialisées dans les équipements de contrôle de la température, la compétitivité reposera essentiellement sur leurs capacités de personnalisation, ainsi que sur leur longue expérience et leur expertise technique en matière de solutions de gestion thermique. GGII estime qu'à moyen et long terme, la répartition du marché privilégiera les entreprises proposant des conceptions personnalisées plus abouties, des conceptions non standard plus performantes et des produits plus économiques. Par conséquent, la compétitivité des entreprises de contrôle de la température, notamment dans le domaine des solutions de gestion thermique, dépendra avant tout de leurs capacités de personnalisation et de leur longue expérience.
03 Potentiel futur du stockage d'énergie par refroidissement liquide
L'essor du marché du stockage d'énergie va se poursuivre. Afin de promouvoir efficacement la consommation d'énergies renouvelables, la mise en service de centrales de stockage d'énergie de grande capacité est accélérée. Composante essentielle du système de stockage d'énergie, la gestion thermique bénéficiera de l'augmentation des capacités installées. Le marché du contrôle de la température pour le stockage d'énergie pourrait ainsi continuer de croître.
D'après les statistiques, en 2022, les nouveaux projets de stockage d'énergie en Chine atteindront 7,3 GW/15,9 GWh, portant la capacité installée cumulée à 13,1 GW/27,1 GWh. Compte tenu des plans d'aménagement des différentes régions, on estime que d'ici fin 2025, la capacité installée cumulée de stockage d'énergie en Chine devrait avoisiner les 80 GW. Selon une analyse de l'Institut de recherche sur l'industrie avancée (GGII), la valeur des livraisons de systèmes de contrôle de température pour le stockage d'énergie en Chine atteindra 16,5 milliards de yuans en 2025. Avec l'augmentation de la capacité de stockage et du taux de charge/décharge, la part des produits de stockage d'énergie de moyenne et haute puissance utilisant le refroidissement liquide augmentera. Progressivement, le refroidissement liquide devrait devenir la solution dominante à l'avenir, et son taux de pénétration devrait atteindre environ 45 % d'ici 2025.
Prévisions du marché chinois du stockage d'énergie, du contrôle de la température et du refroidissement liquide (100 millions de yuans)
À l'avenir, avec le développement des nouvelles centrales électriques et du stockage d'énergie hors réseau, qui exigeront une capacité de batterie et une densité de puissance système accrues, la part du stockage d'énergie à refroidissement liquide augmentera considérablement. Grâce à ses nombreux avantages, cette technologie s'imposera comme leader sur le marché du stockage d'énergie. Elle stimulera l'innovation chez les fabricants de systèmes de stockage d'énergie, les incitant à développer en permanence de nouveaux produits et technologies, et à améliorer la sécurité et la rentabilité de ces systèmes.
Date de publication : 22 septembre 2023