Avec l’augmentation du prix de l’énergie, la conversion aux énergies renouvelables et les nouvelles mobilités sur fond de nécessité de réduction des consommations, les bâtiments deviennent des plaques tournantes (« ou hub énergétique ») de la consommation, de la production et du stockage d’énergie. Des solutions de stockage adaptées à ces nouveaux besoins se développent, associées à des solutions de contrôle et de gestion pour optimiser ces nouveaux fonctionnements.
Pour Clara Trevisiol, cofondatrice de Monabee, société lyonnaise qui depuis 2012 accompagne les particuliers et les entreprises vers l’indépendance énergétique grâce à l’autoconsommation solaire, « l’avenir immédiat du solaire existe bel et bien : il réside dans le bâti. Toits de maisons mais aussi d’entreprises, de bâtiments publics, d’écoles ou d’autres infrastructures sont autant de petites centrales photovoltaïques potentielles. Le potentiel solaire inexploité sur les toitures est estimé à 363 GW selon l’ADEME. De quoi fournir les deux tiers de la consommation des ménages français ! Cette vision locale et diffuse de la production d’énergie solaire rapproche le producteur du consommateur, limite les problématiques d’équilibrage du réseau et offre des opportunités d’économies et d’indépendance immédiates. L’autoconsommation apporte une solution concrète, rapide et facile à mettre en œuvre aux entreprises, qui luttent contre la volatilité des prix et tentent de préserver leurs marges ».
Le bâtiment doit devenir un « hub énergie », plaque tournante de la production, de la consommation et du stockage de l’énergie pour respecter de nouvelles réglementations et réduire ses coûts d’exploitation.
C’est important rappelle Philippe Adam, Group Vice President, Utilities & Renewables Segment Leader d’ABB : « Le secteur du bâtiment représente 44 % de l’énergie consommée en France et ce secteur émet 123 millions de tonnes de C02, ce qui en fait un domaine-clé dans la lutte contre le réchauffement climatique et pour la transition énergétique. Des actions sont donc menées dans le cadre du secteur des bâtiments neufs ou anciens. Les premières actions ont été de travailler sur le bâti lui-même pour avoir une enveloppe évitant la déperdition énergétique. La deuxième action a été de mieux optimiser le fonctionnement du chauffage, de la climatisation ou de l’éclairage, en ayant une vision plus globale pour mieux les piloter et optimiser. Le troisième volet est de ne plus considérer ce bâtiment que comme un point de livraison mais de voir qu’il peut être une source de production (panneaux photovoltaïques sur le toit), de système de stockage d’énergie mais aussi équipé de bornes de recharge de véhicules électriques. Le bâtiment n’est plus une enveloppe passive, mais peut devenir un élément important dans le système énergétique global et dans le réseau électrique. Le bâtiment va être à la fois passif et actif et va essayer d’optimiser et de faire partie du tout au niveau du système électrique. »
Ces solutions de stockage d’énergie, très majoritairement dans des batteries Li-ion, neuves ou de second usage en utilisant des batteries de véhicules électriques, vont avoir plusieurs objectifs, comme l’explique Élodie Hestin, responsable marketing Energy Storage de Socomec : « Elles vont permettre une réduction de la facture d’électricité avec l’autoconsommation de la production photovoltaïque locale, l’écrêtage des pointes de consommation depuis le réseau et l’arbitrage tarifaire. Ce seront aussi des gains financiers par les services réseau (régulation de fréquence, régulation de tension), notamment via le support d’agrégateurs. Et elles vont aussi permettre l’intégration des bornes de recharge par l’écrêtage de puissance. »
Des applications différentes pour ces systèmes de stockage d’énergie sur batteries (ou BESS)
Ces systèmes de stockage peuvent assurer différentes fonctions dans un contexte de pénurie d’énergie ou de hausse des coûts du kWh à certains moments. Comme l’explique Philippe Adam, « la production d’électricité de panneaux photovoltaïques ou d’éoliennes ne se fait pas toujours au moment opportun, ou par intermittence. On accepte cette intermittence en stockant l’énergie dans le BESS pour optimiser au maximum la consommation. C’est la première fonction fondamentale, mais il peut y avoir d’autres applications. Ainsi ABB vient de réaliser une solution d’énergie innovante et intelligente pour un centre culturel en Suède. Le Sara Kulturhus est l’une des plus hautes structures en bois au monde d’une hauteur de 75 m et la sécurité est assurée par une solution BESS pour l’alimentation du système de sprinklers de la structure bois. En cas de panne du réseau électrique, la solution ABB fournira une alimentation de secours 24 h/24 et 7 j/7 ».
Pour répondre à ces différents usages, la société Sirea, fabricant d’armoires d’autoconsommation pour le résidentiel et le tertiaire/industriel, vient de lancer une nouvelle gamme de shelters de stockage dédiés à l’autoconsommation photovoltaïque et au pilotage énergétique. Des solutions conçues et fabriquées en Occitanie et disponibles en plusieurs capacités : de 100 kWh à 1 MWh pour délivrer des puissances de 50 à 500 kW.
« Avec cette nouvelle gamme standard, nous pouvons aider les développeurs d’un projet EnR à intégrer le stockage sur batteries de seconde vie dans leur projet. Nous nous positionnons comme un fabricant français de cette nouvelle brique technologique dédiée au stockage et au pilotage énergétique, s’intégrant de façon plug&play sur une installation, peu importe sa puissance », explique Bruno Bouteille, dirigeant de Sirea.
« Les avantages de cette nouvelle gamme de shelters sont sa simplicité de déploiement, sa facilité de maintenance et surtout, son format ultra compact. On peut facilement stocker une grande quantité d’énergie, dans un local sécurisé, mobile et parfaitement agencé pour protéger les batteries des variations thermiques liées aux onduleurs, eux aussi intégrés au shelter. Couplé à nos algorithmes de pilotage intégrés au shelter, on peut mieux valoriser le surplus de production, rendant le coût du kWh plus intéressant que sur installation PV classique. »
La question du retour sur investissement (ROI) se pose souvent avant d’engager de tels projets de stockage d’énergie, les solutions batteries ayant toujours la réputation d’être onéreuses.
David Grand, responsable communication de Sirea, donne l’exemple d’une réalisation pour un centre commercial : « L’objectif était la réduction de la facture énergétique et l’augmentation du taux d’autonomie énergétique de ce centre. La problématique de ce client était d’optimiser les surplus de l’installation PV actuelle de 300 kWc, de bonifier les 130 kWc en ombrières sur parking et d’éviter le dépassement de la puissance souscrite et le renforcement et un abonnement réseau HT. L’ajout d’un shelter Sirea de stockage batteries avec pilotage dynamique a permis un gain financier annuel de 80 k€ et un ROI inférieur à 5 ans. Pour d’autres réalisations, le ROI peut aller de 2,6 à 6 ans. »
Assurer des services pour les réseaux électriques
Le stockage d’énergie permet également de stabiliser les réseaux électriques en assurant l’équilibre entre production et consommation. Aujourd’hui, cette fonction est assurée par les centrales au fioul ou au gaz, rendant donc le réseau européen dépendant des énergies fossiles. Raccordées au réseau public d’électricité, les centrales de stockage délivrent des « services » à son gestionnaire pour assurer la stabilité de distribution de l’énergie. Ces services ont différentes fonctions : réguler la fréquence du réseau, pallier l’intermittence des énergies renouvelables et stocker l’énergie aux heures creuses de basse consommation pour la réinjecter aux heures de forte consommation.
Le 1er décembre 2022, Michaël Coudyser, directeur général de Corsica Sole, a inauguré à Deux-Acren en Belgique la plus grande centrale de stockage d’énergie d’Europe continentale. La centrale permet de stocker une quantité d’énergie de 100 MWh dans des batteries lithium-ion, à un niveau de puissance allant jusqu’à 50 MW, ce qui lui permettra d’assurer notamment la régulation de la fréquence sur le réseau de transport électrique européen. « Pionnier du stockage d’énergie en France, Corsica Sole exploite ce type de centrales dans les îles françaises depuis 2015, souligne Michaël Coudyser. Ce projet est une étape importante pour le développement des solutions de stockage d’électricité en Europe. En démontrant que le déploiement de batteries à grande échelle est économiquement viable, nous apportons la preuve que nous pouvons construire un monde basé sur les énergies renouvelables couplées au stockage d’énergie. Avec ce projet, Corsica Sole change d’échelle et devient l’un des leaders européens du secteur. »
Les bornes de recharge deviennent un élément de ce hub énergétique
Les bornes de recharge de véhicules électriques (IRVE) équipent de plus en plus de bâtiments pour les collaborateurs, les visiteurs ou les clients d’entreprises, de commerces ou d’hôtels. Ces IRVE peuvent améliorer l’efficacité énergétique du bâtiment avec une utilisation optimale des énergies renouvelables. La recharge bidirectionnelle avec vente d’énergie stockée dans la batterie au distributeur d’électricité devrait se développer. Mais pour Philippe Adam, « il faut des bornes spécifiques pour ce fonctionnement Vehicule-to-Grid (V2G), mais aussi des véhicules électriques adaptés. Pour ABB, c’est le cas d’une borne 11 kW DC destinée aux flottes de VE pour que le business model soit rentable. Ce concept n’est pas encore généralisé à des bornes plus puissantes ».
Mais ce concept du V2G peut aussi être adapté à l’échelle d’un bâtiment, on parle alors de Vehicule-to-Building (V2B) ; les batteries des véhicules électriques, rechargés éventuellement avec des EnR, peuvent stocker l’énergie de ces sources et la réinjecter dans le bâtiment lorsque les tarifs sont très élevés. Ainsi, explique Phillipe Adam : « Dans ce cadre-là, on assiste à une convergence entre deux domaines qui étaient isolés : d’un côté la gestion technique du bâtiment et la régulation des usages, et de l’autre cette partie consommation de charge électrique en courant continu. Le V2B, asservi par une régulation technique du bâtiment, peut constituer un cas intéressant. On peut par exemple délester des chargeurs pilotés par le bâtiment et pas forcément par le réseau. »
Toutefois, avec le développement des bornes de recharge rapide (dont la puissance peut atteindre 350 kW), leur puissance nominale peut dépasser celle du lieu d’installation, surtout s’il ya plusieurs bornes. Élodie Hestin le note : « Le fonctionnement des recharges est tel que la puissance maximale n’est utilisée que pendant un temps court. Ainsi, un système de stockage est tout à fait adapté pour pallier ces surpuissances. Grâce à son ajout dans l’installation, il est possible de jouer sur différents tableaux : la réduction des investissements, la réduction des dépenses d’exploitation et la génération de revenus additionnels. Tout cela dans un souci de réduction des émissions carbone !
1. Réduction des investissements
L’installation de nombreuses et/ou puissantes bornes de recharge (bornes rapides et ultra rapides) peut être génératrice de forts appels de puissance sur le réseau électrique. L’infrastructure n’est pas toujours dimensionnée pour supporter cela et nécessiterait d’être remise à niveau : changement du transformateur moyenne tension, des lignes de distribution… Selon les régions, ces frais peuvent être non négligeables et incomber à l’utilisateur final, le stockage s’avère alors un excellent compromis pour limiter ces dépenses.
2. Réduction des dépenses d’exploitation
Selon l’abonnement électrique en vigueur sur l’installation, les pointes de consommation générées lors des charges peuvent représenter un surcoût très important sur la facture d’électricité. Il devient alors crucial pour les propriétaires des bornes de réduire au maximum ces pointes. Là encore, le stockage de l’énergie s’avère être une solution optimale. En effet, il sera alors possible d’utiliser l’énergie provenant de la batterie à la place de celle du réseau pour alimenter les bornes lors de ces pointes. Lorsque les installations comportent en plus une production photovoltaïque, la maximisation de l’utilisation de cette énergie produite localement permet de réduire encore plus la facture électrique.
3. Génération de nouveaux revenus
Dans certains cas, les bornes sont installées par contrainte, pour une utilisation limitée mais avec de fortes puissances. Dans ce cas, la rentabilité devient clé : le système de stockage permettant de rendre des services multiples, les sociétés pourront contractualiser avec des agrégateurs afin de bénéficier de rémunérations complémentaires pour des services de flexibilité pour le réseau (régulation de tension et de fréquence, par exemple). »
La mise en place de systèmes de stockage va modifier l’architecture du réseau du site
Ces systèmes avec stockage d’énergie dans le BESS pendant les heures creuses et distribution d’énergie pendant les heures pleines, mais aussi la suppression ou la réduction des pics de charge et l’intégration de stations de recharge de véhicules électriques vont modifier l’architecture du réseau des sites.
Comme le confirme Philippe Adam, « lorsque le bâtiment n’est plus passif mais devient actif avec la production PV, le système de stockage, les pompes à chaleur ou les installations de recharge de véhicules électriques, tous ces systèmes-là ne fonctionnent pas en courant alternatif mais aussi en courant continu. Il faut des systèmes de conversion bidirectionnels, mais aussi des systèmes de comptage pour procéder à des facturations. Il faut aussi intégrer des notions de flexibilité et de rémunération de ces flexibilités ».
Installations de production photovoltaïque couplées à des dispositifs de stockage dans les zones non interconnectées
Dans le cadre de la loi sur la transition énergétique (LTECV) pour les zones non interconnectées, la Commission de régulation de l’énergie (CRE) lance régulièrement des consultations pour déployer des installations photovoltaïques pour la production d’électricité. Cela concerne principalement des îles ou départements d’outre-mer. Ces installations sont couplées à un stockage d’énergie par batteries. Ce stockage va permettre d’assurer la pointe du soir mais aussi de garantir une tolérance de +/- 5 % de l’injection d’électricité sur le réseau.
Pour 9 installations du producteur Albioma à Mayotte, La Réunion et en Guadeloupe, Socomec a fourni des solutions de stockage pour des puissances PV de 250 kWc à 1,5 MWc. Élodie Hestin décrit ces solutions : « Elles ont été fournies clé en main en conteneurs 10 et 40 pieds et comprennent des convertisseurs bidirectionnels Socomec, des racks de batteries Li-ion, des armoires de contrôle-commande pour la connexion à l’Energy Management System (EMS), des systèmes de mesure et de surveillance AC et DC. »
Pour ces applications de micro-réseaux connectés ou isolés, mais aussi la gestion d’énergie pour les sites tertiaires, commerciaux et industriels, le soutien aux infrastructures de recharge VE ou l’intégration d’énergies renouvelables, Socomec vient de lancer sa nouvelle offre SUNSYS HES L. Ce système de stockage outdoor de 100 kVA/186 kWh à plusieurs MVA/MWh est un système modulaire adapté à l’optimisation de l’autoconsommation, l’écrêtement des pointes ou le back-up.
Élodie Hestin nous donne les points forts de cette solution : « C’est le système le plus sûr jamais conçu combinant des batteries à refroidissement liquide CATL EnerOne utilisant la chimie stable du lithium-fer-phosphate, qui peut supporter l’emballement thermique, et un système de conversion Socomec (PCS) SUNSYS C-Cab L utilisant une technique de conversion robuste limitant les effets de mode commun. Le système est fiable et basé sur 3 armoires standards, adaptable au cas par cas. Pour une installation rapide et sans erreur, les armoires batteries sont expédiées entièrement assemblées avec les modules montés et l’intelligence (PMS & BMS) est intégrée dans l’armoire C-Cab.
La maintenance est réduite grâce au remplacement de la climatisation par des filtres à air, une armoire batterie peut être déconnectée pour le remplacement d’un module en maintenant les autres en opération et le remplacement d’un module de conversion peut se faire tout en gardant les autres opérationnels.
Le pilotage local est intégré à l’aide d’une plateforme modulaire et adaptative. Cette plateforme permet l’écrêtage des pointes, le transfert d’énergie, l’autoconsommation et les économies de fuel, le passage du mode on-grid au mode off-grid via la fonction black start et la gestion autonome des micro-réseaux multi-sources. Tous ces systèmes de stockage sont connectés et supervisés à distance. »
Le marché de l’autoconsommation domestique avec stockage continue de se développer
Alors que la vente totale d’électricité produite par des installations PV domestiques a été longtemps la règle, l’autoconsommation avec ou sans vente de surplus se développe et les solutions de stockage permettent encore d’augmenter cette autoconsommation.
Des solutions de stockage de plus en plus demandées, selon Simon Peyrenègre-Aussoleil, Product Line Manager de Viessmann France : « Les facteurs combinés du contexte international actuel, des annonces faites de coupures de courant cet hiver et de la hausse attendue et déjà matérialisée des prix de l’électricité chez certains opérateurs ont incité les particuliers à être beaucoup plus autonomes, en utilisant l’électricité autoproduite hors période de production avec du stockage. Cette tendance va se confirmer car l’amortissement des batteries sera d’autant plus rapide que le prix de l’électricité augmentera. Cependant, les batteries à elles seules ne résolvent qu’une partie du problème en faisant passer l’autoconsommation naturelle (sans batterie de 30 %, contre 60 % avec). D’où l’intérêt d’avoir une solution de couplage sectoriel, qui en plus de l’alimentation des appareils électroménagers permet d’alimenter et de piloter les appareils thermiques production d’ECS et de chauffage, dont la consommation peut peser pour 60 % des dépenses énergétiques du foyer, et ainsi d’atteindre jusqu’à 90 % d’autoconsommation. »
Pour répondre à cette demande, Viessmann propose sa nouvelle solution Vitocharge VX3 qui s’intègre dans l’offre des solutions globales de Viessmann avec une capacité de stockage maximale allant jusqu’à 12 kWh. Cette solution complète permet de stocker l’électricité autogénérée afin de l’utiliser ultérieurement de différentes manières : pompe à chaleur, ballon thermodynamique, recharge de véhicule électrique.
« Le Vitocharge est une solution “Tout en un” combinant un onduleur hybride, qui intègre de série un système de gestion de l’énergie (Home Energy Management System) et des batteries lithium-fer-phosphate qui sont plus sûres et d’un meilleur impact environnemental », explique Simon Peyrenègre-Aussoleil.
« Ainsi, au-delà du simple stockage électrique qui permet de couvrir la demande électrique du foyer hors période de production photovoltaïque, l’atout majeur du Vitocharge est le Viessmann Energy Management, logiciel intégré de série à l’onduleur et qui, avec les applications de visualisation des flux énergétiques et de réglages de consignes (ViGuide pour l’installateur et ViCare pour le client final), fait partie intégrante de la plateforme connectée Viessmann One Base.
Au contraire d’une simple visualisation des flux énergétiques, ce logiciel, par ses algorithmes, va agir pour optimiser l’autoconsommation des foyers en faisant le couplage sectoriel de solutions thermiques et électriques, soit, plus concrètement, en pilotant et priorisant le fonctionnement des charges (charges thermiques et borne de recharge) pour qu’elles fonctionnent en fonction de l’électricité photovoltaïque disponible.
Ainsi, l’algorithme déplace les plages de fonctionnement des charges thermiques pour le stockage thermique dans la journée et module la puissance appelée, en fonction des prévisionnels de production PV liés à la météo et des priorités et consignes définies pour la borne de recharge comme pour la PAC, afin de favoriser la consommation d’électricité PV autoproduite, tout en préservant le confort du client.
En alimentant les pompes à chaleur produisant de la chaleur renouvelable avec de l’électricité renouvelable, les particuliers font plus d’économies, augmentent d’autant plus l’autonomie et l’efficience énergétique globale de leur foyer, tout en réduisant leur impact carbone.
En cas de coupure de courant, l’ajout aux batteries d’une Back Up Box Viessmann permet d’alimenter un circuit électrique de secours auquel y seraient branchées des charges essentielles telles que réfrigérateur, congélateur, lumières, box internet ou un même poêle à granulés, etc.
L’autre avantage est la flexibilité et l’évolutivité du Vitocharge VX3 qui, au-delà de la mise en œuvre classique en DC lors d’une nouvelle installation, peuvent également permettre d’étendre son système dans le futur avec des batteries ou d’étendre les installations PV existantes en les rendant par la même occasion plus intelligentes par un couplage AC (en courant alternatif après l’onduleur existant).
Enfin, le Vitocharge, dont le design est primé pour son esthétique, est fabriqué en France à l’usine Viessmann de Faulquemont ».
La batterie de stockage peut aussi être intégrée à un radiateur électrique « intelligent ». LANCEY Energy Storage vient de recevoir le Trophée Start-up Bâtiment 2050 du salon EnerJ-meeting Paris 2023 avec mention spéciale pour son radiateur Capella. Ce radiateur intelligent et équipé de capteurs intègre une batterie de stockage couplée à une intelligence artificielle. Une solution qui s’installe comme un radiateur classique.
Jean-Paul Beaudet
