Analyse du marché du stockage de l'énergie aux États-Unis

Le marché du stockage de l'énergie dans les décennies à venir

Les systèmes de stockage de l'énergie sont susceptibles de constituer un élément clé d'un réseau à faible émission de carbone, flexible et résilient pour l'avenir. La production d'énergie renouvelable dans le secteur de l'électricité aux États-Unis a considérablement augmenté au cours des dernières années, et le marché du stockage de l'énergie devrait connaître une croissance significative à l'avenir.

De plus en plus d'entreprises s'impliquent donc dans ces domaines et vous pouvez lire Les 10 premières entreprises de batteries de stockage d'énergie aux États-Unis sur l'industrie du stockage de l'énergie aux États-Unis.

En outre, la demande du marché du stockage de l'énergie augmente avec l'accent mis sur le déploiement de l'énergie propre tout en maintenant un fonctionnement fiable du système électrique.

Les États-Unis et les pays du monde entier se concentrent de plus en plus sur les cas d'utilisation pour faire face aux pannes du réseau électrique, et mettent de plus en plus l'accent sur la recherche et l'analyse de la fiabilité et de la résilience du réseau électrique.

Dans le même temps, le coût de la technologie de stockage de l'énergie a considérablement baissé au cours des dernières années, et des technologies de stockage de l'énergie plus nombreuses et plus variées sont en cours de développement. Ces facteurs attirent l'attention sur le rôle vital que jouent les systèmes de stockage de l'énergie en tant qu'actifs clés de la décarbonisation et garantissent une alimentation fiable du réseau sur le marché en pleine croissance du stockage de l'énergie.

Les systèmes de stockage de l'énergie offrent de nombreux avantages potentiels pour le réseau. Ils peuvent stocker et fournir de l'électricité, en complément des installations de production d'énergie éolienne et solaire, et fournir de l'électricité lorsque la disponibilité de ces ressources diminue. Lorsqu'ils sont associés à des sources d'énergie renouvelables ou à d'autres sources d'énergie propres, les systèmes de stockage d'énergie ont la capacité de réduire les émissions de gaz à effet de serre.

Les systèmes de stockage d'énergie peuvent également améliorer l'utilisation des lignes de transport tout en compensant ou en ralentissant la construction de nouvelles installations de production pour fournir une capacité de pointe ou répondre à la demande du marché du stockage d'énergie pour les réserves opérationnelles.

Enfin, les systèmes de stockage d'énergie distribués peuvent réduire la pression opérationnelle sur le réseau pendant les périodes de demande de pointe. Cette flexibilité est importante pour la croissance attendue des véhicules électriques et les augmentations de charge potentielles liées à l'électrification d'autres utilisations finales.

Comme le coût des systèmes de stockage d'énergie continue de baisser et que le réseau intègre davantage de sources d'énergie renouvelables variables, le déploiement des systèmes de stockage d'énergie augmentera de manière significative dans les décennies à venir. Mais cela soulève également des questions : comment le stockage de l'énergie affectera-t-il le fonctionnement et le développement du réseau dans les décennies à venir ?

La quantification de la valeur d'un système de stockage d'énergie est plus complexe que celle d'une installation de production d'énergie renouvelable telle que l'énergie solaire ou éolienne, en raison des propriétés des systèmes de stockage d'énergie qui affectent la production, la transmission et la distribution.

Le laboratoire national des énergies renouvelables (NREL) cherche à mieux comprendre comment les systèmes de stockage de l'énergie peuvent apporter une valeur ajoutée au réseau électrique.

Quelle est la valeur ajoutée au réseau électrique, quelle quantité de stockage d'énergie peut être déployée de manière économique, et comment le déploiement du stockage affecte le fonctionnement et l'évolution du réseau électrique.

Augmenter le déploiement et la durée du stockage de l'énergie au fil du temps, créer des prévisions à long terme pour le déploiement des systèmes de stockage de l'énergie pendant la journée (moins de 12 heures) aux États-Unis, puis appliquer des coûts de production détaillés et une modélisation basée sur les agents pour mieux comprendre le rôle du système de stockage de l'énergie.

Le déploiement du stockage de l'énergie a le potentiel d'augmenter considérablement - au moins cinq fois la capacité installée cumulée des systèmes de stockage de l'énergie déployés aujourd'hui d'ici à 2050 - et jouera un rôle essentiel dans la détermination de la future combinaison de réseaux à coût optimisé pour le marché du stockage de l'énergie.

8 enseignements clés sur l'avenir du marché du stockage de l'énergie et son impact sur le réseau électrique. Ces enseignements importants peuvent aider les décideurs politiques, les développeurs de technologies et les opérateurs de réseaux à se préparer à la prochaine vague de déploiement du stockage de l'énergie.

La capacité installée devrait augmenter rapidement

L'adoption du stockage d'énergie de jour dans le secteur de l'électricité aux États-Unis présente un énorme potentiel économique et démontre la compétitivité croissante des coûts des systèmes de stockage d'énergie.

À l'aide d'un modèle avancé d'expansion des capacités à grande échelle, on constate que, selon divers scénarios, les systèmes de stockage d'énergie journalier (durée < 12 heures) sont compétitifs en termes de coûts sur le marché du stockage de l'énergie, pour les systèmes de stockage d'énergie, les installations éoliennes, les installations solaires et une série d'hypothèses de coûts et de performances pour les centrales électriques au gaz naturel.

Dans tous les scénarios, la capacité totale installée des systèmes de stockage d'énergie déployés sur le futur marché du stockage d'énergie varie entre 100 GW et 650 GW. Une telle fourchette s'explique par divers facteurs, notamment le coût des systèmes de stockage de l'énergie, les prix du gaz naturel et l'augmentation des coûts des énergies renouvelables.
Même le scénario le plus prudent représenterait une multiplication par cinq de la capacité installée par rapport au déploiement cumulé de 23 GW de stockage d'énergie, dont la majeure partie est constituée d'hydroélectricité pompée, d'ici à 2020.

Il est intéressant de noter que même en l'absence de nouvelles politiques de réduction des émissions de carbone, les énergies renouvelables et les systèmes de stockage de l'énergie seront largement déployés, ce qui démontre leur compétitivité croissante en termes de coûts en tant que ressources pour la fourniture de services énergétiques et de capacité.

Dans un scénario de simulation de décarbonisation importante mais incomplète, les émissions de carbone du secteur électrique américain sont réduites de 46% à 82% par rapport à 2005, et d'ici 2050, les énergies renouvelables variables (ERV) seront disponibles aux États-Unis. La part de la capacité installée totale atteint 43% à 81%.

Les systèmes de stockage d'une durée de 4 à 6 heures sont généralement utilisés, en raison des synergies inhérentes avec les installations de production d'énergie solaire, mais les systèmes de stockage d'une durée plus longue sont généralement déployés au cours des dernières années de modélisation.

Capacité de stockage d'énergie du système de stockage d'énergie et large gamme de déploiement

Les systèmes de stockage de l'énergie par batterie lithium-ion vont dominer le marché du stockage de l'énergie.

Prévisions de développement du marché du stockage de l'énergie pour le coût des systèmes de stockage par batterie à l'échelle des services publics et d'autres technologies de stockage de l'énergie qui sont à l'origine de la majeure partie de la croissance attendue de la capacité installée.

La plupart des systèmes de stockage d'énergie stationnaires qui devraient être déployés à court terme sont des systèmes de stockage d'énergie par batterie, en particulier des systèmes de stockage d'énergie par batterie lithium-ion. La prédominance des systèmes de stockage d'énergie par batterie lithium-ion sur le marché du stockage d'énergie, du moins à court terme, est due à leur croissance sur de multiples marchés, notamment l'électronique grand public et les applications stationnaires de stockage d'énergie, ainsi que les véhicules électriques.

La figure présente un exemple du coût historique et futur d'une batterie lithium-ion, qui montre la baisse rapide du coût des systèmes de stockage d'énergie au cours des dernières années. Le graphique montre également que la grande majorité des batteries sont utilisées dans les applications de transport, ce qui pourrait être le moteur le plus important du développement de la technologie des batteries et de la réduction de leur coût.

Utiliser diverses projections de coûts futurs pour les systèmes de stockage par batterie à l'échelle du service public afin d'évaluer les coûts globaux du système, y compris les onduleurs, l'équilibrage du système et l'installation.

Le coût des batteries lithium-ion a baissé de plus de 80% au cours de la dernière décennie et devrait continuer à baisser en raison de l'augmentation continue de la production due à la demande de véhicules électriques.

Le scénario de référence du système de stockage d'énergie par batterie à grande échelle devrait continuer à réduire les coûts. La partie gauche mesure les coûts sur la base de $/kWh (capacité de stockage), tandis que la partie droite mesure les coûts sur la base de $/kW (capacité installée). Un projet de stockage par batterie de 60 MW est supposé dans les prévisions.

La courbe de gauche montre le coût total de la capacité de stockage d'énergie (kWh) du système de stockage d'énergie, qui est une mesure couramment utilisée sur le marché du stockage d'énergie. Il s'agit du coût total de l'installation du système de stockage d'énergie. Pour les applications stationnaires de stockage d'énergie, il faut également inclure les coûts liés à l'électricité (stockage et conversion) et les coûts liés à l'énergie (support de stockage).

Les coûts associés à l'électricité n'augmentent généralement pas avec la durée, ce qui signifie qu'ils sont les mêmes pour un système de stockage d'énergie de 2 heures et un système de stockage d'énergie de 10 heures, et c'est là que le coût de la capacité de stockage d'énergie (kWh) augmente avec la durée La raison de la diminution avec le temps. La répartition des coûts de l'électricité et de la durée est illustrée dans la figure.

La courbe de droite montre le coût de la capacité installée (kW), une mesure du coût des installations de production d'électricité traditionnelles utilisées par les services publics. Avec cette mesure, le coût augmente avec la durée.

Au fur et à mesure que la durée augmente, le coût de la batterie est un élément majeur des systèmes de stockage d'énergie par batterie. Comme le coût des batteries diminue avec le temps, les systèmes de stockage par batterie de longue durée diminuent plus rapidement que le coût global des systèmes de stockage par batterie de courte durée.

Bien que la plupart des systèmes de stockage de l'énergie déployés sur le marché du stockage de l'énergie ces dernières années soient des systèmes de stockage de l'énergie par batterie, diverses technologies de stockage de l'énergie peuvent entrer sur le marché du stockage de l'énergie à mesure que les coûts diminuent ou que la valeur du stockage de l'énergie à long terme augmente.

La figure résume les estimations des coûts d'investissement pour 15 types différents de systèmes de stockage d'énergie et de technologies de stockage d'énergie à différents stades de commercialisation. Pour obtenir le coût total, les coûts liés à la capacité installée (axe des x) sont multipliés par le nombre d'heures (durée) et ajoutés aux coûts liés à l'électricité (axe des y).

Une zone de coût de cette relation est également représentée, qui peut être plus ou moins applicable aux applications à court ou à long terme. En utilisant les systèmes de stockage par batterie comme référence, les lignes bleues représentent les segments du marché du stockage de l'énergie où les technologies alternatives sont ou pourraient être plus rentables lorsqu'elles seront commercialisées.

Il est important de noter que pour la plupart des technologies de stockage de l'énergie, la distinction entre ces composantes liées à la puissance et à l'énergie n'est pas absolue, et qu'il peut être difficile de les distinguer. De nombreux autres facteurs importants ne sont pas pris en compte dans la figure 4, notamment l'efficacité de l'aller-retour charge-décharge et les contraintes d'implantation potentielles.

En raison de la différence entre les coûts de l'électricité et de l'énergie, certaines technologies peuvent être mieux adaptées à différentes applications de stockage d'énergie en fonction de la durée requise. Les technologies à faible coût énergétique (mais à coût énergétique élevé) peuvent être plus adaptées aux applications à court terme, tandis que les dispositifs à coût énergétique élevé mais à coût énergétique faible peuvent être plus compétitifs pour les applications à long terme.

Au fur et à mesure que le marché du stockage de l'énergie se développe, les applications de longue durée sont susceptibles de jouer un rôle croissant, ce qui peut augmenter les chances d'adoption d'un plus grand nombre de technologies de stockage de l'énergie. La zone située à l'extrême gauche contient des technologies dont les coûts liés à l'énergie sont très faibles (utilisation de cavernes ou de réservoirs souterrains) et qui conviennent bien aux applications saisonnières des systèmes de stockage de l'énergie.

Globalement, les systèmes de stockage d'énergie par batterie dominent actuellement le marché du stockage d'énergie, mais d'autres technologies de stockage d'énergie continueront probablement à s'améliorer à l'avenir. À mesure que le système électrique évolue et que le rôle du stockage de l'énergie change avec le temps, d'autres technologies peuvent offrir de nouveaux débouchés sur le marché du stockage de l'énergie si elles peuvent rivaliser avec le stockage de l'énergie par batterie en termes de coûts.

Coût de la capacité de stockage de l'énergie ($/kWh) par rapport au coût de la capacité installée ($/kW) pour diverses technologies de stockage de l'énergie. Les technologies de stockage de l'énergie dont les coûts liés à la capacité installée sont faibles mais dont les coûts liés à la capacité de stockage de l'énergie sont élevés peuvent être plus adaptées aux applications de stockage de l'énergie à court terme, tandis que les technologies de stockage de l'énergie dont les coûts liés à la capacité installée sont élevés et dont les coûts liés à la capacité de stockage de l'énergie sont faibles sur le marché du stockage de l'énergie peuvent être plus compétitives pour les applications de stockage de l'énergie à long terme. Les coûts prévus peuvent changer au fur et à mesure du développement et de la commercialisation de la technologie.

La possibilité de fixer la capacité est un facteur concurrentiel de déploiement sur le marché du stockage de l'énergie.

Un cadre pour l'expansion du rôle du stockage de l'énergie dans le système électrique examine les multiples sources de valeur fournies par les systèmes de stockage de l'énergie dans quatre phases de déploiement du stockage de l'énergie à l'échelle de l'utilité publique.

Capacité fixe : Elle répond à la demande des utilisateurs lors des pics de demande dans le système électrique et remplace la capacité des installations de production d'électricité traditionnelles telles que les installations de production d'électricité au gaz naturel.

Déplacement de l'énergie dans le temps : Stockage de l'électricité à bas prix pendant les périodes de faible demande nette et libération de l'électricité pendant les périodes de forte demande nette. Il s'agit notamment d'éviter la production d'énergie renouvelable inutilisable.

Réserves opérationnelles : Réponses rapides aux déséquilibres de l'offre et de la demande causés par des changements aléatoires et des perturbations. Plusieurs types de réserves comprennent la régulation de la fréquence et les réserves de contingence.

Éviter la modernisation ou l'amélioration des installations de transport : Compenser ou réduire la nécessité d'améliorer ou de moderniser les installations de transport en déployant des systèmes de stockage d'énergie dans les zones soumises à des contraintes, en les chargeant lorsque l'énergie est suffisante et en les déchargeant lorsque le réseau de transport local approche ou atteint sa capacité maximale de production d'énergie.

Les systèmes de stockage d'énergie peuvent fournir plusieurs services en même temps ou à des moments différents (ce que l'on appelle souvent "l'empilement des valeurs"). Pour déterminer la valeur relative de ces services dans la grille de marché du stockage d'énergie en évolution, divers scénarios ont été simulés dans l'étude, avec des systèmes de stockage d'énergie activés ou désactivés pour fournir des réserves individuelles ou combinées, de la capacité et la possibilité de transférer du temps.

Bien que la valeur des retards de transmission soit importante, il est difficile de les isoler les uns des autres et elle est très régionale, c'est pourquoi il n'y a pas de tentative d'isoler la valeur des transmissions retardées.

Un exemple de cas de référence d'utilisation est présenté dans la figure, limitant les services qu'un système de stockage d'énergie peut fournir, ce qui montre que, pour réaliser le potentiel maximal d'un système de stockage d'énergie, les services de capacité sont plus importants que le décalage temporel de l'énergie ou les réserves opérationnelles. La figure ne tient pas compte de l'impact des intérêts liés à la transmission, qui sont importants mais très régionaux.

D'ici à 2050, environ 200 GW de systèmes de stockage de l'énergie seront déployés sur le marché américain du stockage de l'énergie. Il a atteint 30% de son potentiel "tous les quatre services" lorsqu'il ne fournit que des services de déplacement de l'énergie dans le temps. Toutefois, 150 GW de stockage d'énergie peuvent être déployés si le système de stockage d'énergie ne fournit qu'une capacité fixe et présente une valeur économique.

La fourniture de services de réserve opérationnelle n'augmentera le déploiement que dans une mesure relativement faible, en partie en raison de la réserve opérationnelle limitée requise et de la saturation de la demande de réserve due aux systèmes de stockage de l'énergie déployés principalement pour fournir des services de capacité et de décalage dans le temps.

Dans l'ensemble, cela montre que les systèmes de stockage d'énergie sont capables de fournir une capacité de stockage stable et de compenser le besoin de production conventionnelle pour répondre à la demande de pointe, ce qui est essentiel pour réaliser son plein potentiel. La capacité réelle d'un système de stockage d'énergie à fournir une capacité fixe dépend largement de sa durée et de sa corrélation avec la durée de la charge nette de pointe dans la zone de déploiement.

La durée des pointes de charge nette est influencée par divers facteurs, notamment les déploiements de l'énergie solaire et du stockage progressif de l'énergie.

Le stockage de l'énergie n'est pas la seule option de flexibilité

La capacité d'accroître la flexibilité du réseau électrique, de répondre à la demande de pointe et de contribuer à la variabilité accrue de la demande nette sur le marché du stockage de l'énergie est souvent exprimée sous la forme d'une courbe d'offre flexible. Un exemple de ce concept est fourni dans la figure, illustrant les ressources qui peuvent fournir des services de flexibilité.

Historiquement, le stockage de l'énergie a été considéré comme l'une des options les plus coûteuses pour accroître la flexibilité du réseau sur le marché du stockage de l'énergie. Toutefois, la baisse des coûts pourrait modifier sa position relative sur la courbe d'offre élastique.

Il est important de souligner que le stockage de l'énergie n'est qu'une ressource parmi d'autres qui peut apporter de la flexibilité au réseau du marché du stockage de l'énergie afin de mieux aligner l'offre de production sur la demande d'électricité.

courbe d'offre élastique

Une décarbonisation rentable nécessite la prise en compte de toutes les ressources, y compris le potentiel de flexibilité largement inexploité de la demande d'électricité pour l'utilisation finale. La flexibilité de la demande peut être obtenue par divers mécanismes, depuis les signaux de prix jusqu'à la concentration des sources d'énergie distribuées, en passant par la recharge flexible des véhicules électriques. Il est possible de fournir un grand nombre des mêmes services que les systèmes de stockage d'énergie, y compris la réduction de la demande nette de pointe et la modification du calendrier de la production variable.

La figure montre la demande du marché du stockage de l'énergie et l'énorme potentiel d'utilisation des systèmes de stockage de l'énergie dans l'industrie de l'électricité. Les colonnes 1 et 3 de la figure présentent les résultats du scénario de base.

Les colonnes 2 et 4 supposent des déploiements supplémentaires de réponse à la demande afin d'évaluer leur impact sur les systèmes de stockage d'énergie et les décisions d'investissement globales. Dans ces cas, la flexibilité de la demande réduit la demande globale d'énergie et la valeur des transferts de temps d'énergie.

Il en résulte une réduction des déploiements de systèmes de stockage de l'énergie, en particulier lorsque le coût de ces systèmes est modéré, ce qui met en évidence la concurrence potentielle entre la demande flexible et les systèmes de stockage de l'énergie.

Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre pleinement les possibilités de déploiement de la réponse à la demande sur le marché du stockage de l'énergie. Il faut tenir compte des coûts de mise en œuvre, de l'acceptation sociale, de la disponibilité pendant les périodes de pointe nettes (qui peuvent varier avec le déploiement accru de la production variable) et des mécanismes de mise en œuvre.

Alors que les systèmes de stockage de l'énergie peuvent de plus en plus concurrencer des ressources telles que la demande flexible, la décarbonisation la moins coûteuse nécessite l'analyse d'une gamme d'options de flexibilité qui peuvent aider à activer les énergies renouvelables et d'autres sources d'énergie propres.

À mesure que la demande de flexibilité de la charge et de réactivité augmente, la demande de capacité pour le marché du stockage de l'énergie diminuera d'ici 2050, que le marché du stockage de l'énergie ait ou non une forte réactivité à la demande, dans le cas de scénarios à faible consommation d'énergies renouvelables et à faible coût de la batterie.

Le déploiement accru d'installations solaires indique une durée plus courte des pointes de charge nette

Le graphique illustre l'évolution de la charge nette journalière pendant le pic californien, la contribution de la production solaire passant de 0% à 20% de la charge annuelle.

L'une des principales conséquences du déploiement accru d'installations solaires dans presque tous les endroits où la demande est maximale entre midi et le soir est la réduction de la durée des périodes de charge nette maximale.

Cela réduit le temps (et donc les coûts) nécessaire au système de stockage de l'énergie pour fournir une capacité fixe, ce qui est une source importante de valeur.

Le déploiement accru des installations solaires indique que les systèmes de stockage de l'énergie ont besoin de moins de temps pour fournir une capacité fixe.

La figure illustre comment les opérations des systèmes de stockage d'énergie varient en fonction de la charge nette à mesure que la capacité installée des installations de production d'énergie solaire augmente. La courbe du haut donne un aperçu de la charge et de la décharge moyennes du stockage d'énergie pendant la journée sur le marché américain du stockage d'énergie dans des conditions simulées en 2020, où les systèmes de stockage d'énergie sont principalement chargés la nuit, ce qui correspond aux niveaux de charge nette les plus bas.

Le panneau du bas montre les résultats des conditions simulées pour le marché du stockage de l'énergie en 2030, avec une forte augmentation du déploiement de l'énergie solaire. La plupart des heures de charge des systèmes de stockage d'énergie seront déplacées vers la mi-journée, ce qui coïncidera avec la disponibilité de l'énergie solaire excédentaire.

En termes de valeur du système de stockage d'énergie, le changement le plus important se produit dans le mode de décharge. Pendant la saison estivale de pointe du marché du stockage de l'énergie en 2020, afin de prolonger le temps de décharge, le système de stockage de l'énergie doit fonctionner à une partie de la capacité installée, ce qui réduit sa capacité à répondre à la demande de pointe du système électrique.

Sur le marché du stockage de l'énergie en 2030, le système de stockage de l'énergie peut se décharger à pleine capacité installée en raison d'une période de pointe de courte durée plus tard dans la journée due à la production d'énergie solaire.

Potentiel de capacité de pointe du stockage d'énergie diurne (jusqu'à 12 heures) en tant que courbe de la fonction de contribution solaire (à gauche) et potentiel de décalage temporel de l'énergie diurne en tant que courbe de contribution à la production solaire (à droite).

Les changements dans les schémas de charge nette de pointe augmentent le potentiel du système de stockage d'énergie pour répondre à la demande de pointe et augmentent les possibilités de déplacement de l'énergie dans le temps. Le graphique montre le potentiel de stockage de l'énergie pendant la journée (<12 heures) par an aux États-Unis pour fournir une capacité de pointe dans chaque cas, en fonction de la contribution à la production solaire.

Cette courbe représente la capacité du système de stockage de l'énergie qui peut fournir de manière fiable une capacité fixe pendant les périodes de forte demande sur le marché du stockage de l'énergie et peut remplacer la capacité de pointe traditionnelle. Par rapport aux niveaux de 2020, le potentiel des systèmes de stockage d'énergie du marché américain pour répondre à la demande de pointe a doublé, l'énergie solaire produisant 35 % de l'électricité.

Cette tendance s'est finalement stabilisée, car la charge nette de pointe dans de nombreuses régions s'est déplacée vers l'hiver, lorsque la capacité de production d'énergie solaire est plus faible.

Le déploiement d'installations solaires et la mise en place d'un système de gestion de l'énergie sont des éléments essentiels de la stratégie de l'UE. batterie solaire sur le marché du stockage de l'énergie augmente, elle augmente également le potentiel du stockage de l'énergie à fournir un potentiel de décalage temporel, comme le montre le graphique.

La relation entre l'énergie éolienne et le stockage de jour et de nuit est moins pertinente parce que les modèles de production d'énergie éolienne ne se comportent pas de manière cohérente d'un jour à l'autre, et que les synergies entre l'énergie éolienne et la capacité du système de stockage se produisent sur des périodes de temps plus longues.

Il existe également une relation importante entre la production éolienne et la capacité des systèmes de stockage d'énergie à fournir des avantages en matière de transmission, ce qui rend l'interaction globale entre les systèmes de stockage d'énergie et la production éolienne plus complexe que l'interaction entre les systèmes de stockage d'énergie et les installations de production solaire.

À mesure que le rôle des énergies renouvelables dans le système électrique s'accroît, la valeur et l'opportunité accrues du stockage de l'énergie se traduisent par une augmentation du déploiement du stockage de l'énergie.

Capacité des systèmes de stockage d'énergie en fonction de la contribution des énergies renouvelables

Le graphique montre la capacité totale du marché du stockage de l'énergie en fonction de la contribution des énergies renouvelables dans le cadre d'une série d'hypothèses et de contraintes dans plusieurs scénarios de recherche. Dans l'ensemble, ces études ont pris en compte plus de 200 scénarios, avec une contribution des énergies renouvelables allant de 20% à 100%, ce qui montre la relation étroite entre les installations de production d'énergie renouvelable et les systèmes de marché du stockage de l'énergie déployés dans un grand nombre de scénarios, avec des hypothèses et des contraintes différentes.

Comment l'adoption d'installations de production d'énergie solaire distribuée (côté utilisateur) et de systèmes de stockage d'énergie par batterie évoluera-t-elle sur le marché du stockage d'énergie au cours des prochaines décennies. Nouvelles caractéristiques du modèle de demande du marché du stockage de l'énergie de la production distribuée du NREL.

On prévoit que d'ici 2050, les clients du marché du stockage de l'énergie aux États-Unis utiliseront des installations de production d'énergie solaire pour déployer des systèmes de stockage de l'énergie par batterie. Dans l'ensemble, les scénarios étudiés décrivent le potentiel futur du marché du stockage de l'énergie pour les systèmes de stockage de l'énergie côté consommateur et identifient les principaux facteurs d'adoption.

Dans tous les scénarios de l'étude, les systèmes distribués de stockage d'énergie par batterie déployés en conjonction avec des installations de production d'énergie solaire présentent un énorme potentiel économique, et l'échelle de déploiement des systèmes de stockage d'énergie par batterie aux États-Unis sera comprise entre 85 GW/170 GWh et 244 GW/490 GWh.

Mais le potentiel d'adoption par les clients est beaucoup plus faible en raison de la longue période d'amortissement. La baisse du coût des batteries et l'augmentation de la valeur de l'alimentation de secours augmentent l'adoption par les clients de la modélisation.

Le taux d'adoption prévu des systèmes de stockage d'énergie distribués sur le marché du stockage d'énergie augmente au fil du temps à mesure que les coûts diminuent, et augmente de manière significative si les coûts des installations d'énergie solaire diminuent.

La réduction du coût des installations solaires a également un impact significatif sur le déploiement et l'adoption de projets solaires plus stockage, et en outre, le déploiement de systèmes de stockage d'énergie peut être lié de manière non linéaire à la réduction du coût des installations solaires.

En plus des scénarios principaux, des scénarios avec des prévisions de coûts d'installation d'énergie solaire (très bas) et de faibles coûts de batterie sont également évalués. Dans ce scénario, l'adoption prévue de systèmes de stockage d'énergie par batteries distribuées dépassera 40 GW (82 GWh).

La durée des systèmes de stockage d'énergie pourrait augmenter à mesure que les déploiements se multiplient

Dans le processus de fourniture d'une capacité fixe, un facteur clé pour déterminer la compétitivité du marché du stockage des coûts du système de stockage de l'énergie est la détermination de la durée minimale requise. Dans une grande partie des États-Unis, les opérateurs du marché local du stockage de l'énergie ont déterminé qu'une durée de 4 heures était suffisante pour répondre aux pics de la demande d'électricité en été.

Au fur et à mesure que les déploiements du marché du stockage de l'énergie augmentent, la durée des périodes de charge de pointe nette s'allonge, ce qui nécessite une plus grande capacité de stockage (pour des durées plus longues) pour fournir de l'électricité. Le graphique montre la demande nette du marché du stockage de l'énergie pour différentes quantités de systèmes de stockage de l'énergie pendant une période de demande de pointe de trois jours dans le scénario de référence 2050 de déploiement du marché du stockage de l'énergie.

Il montre également la demande nette avec plus ou moins de capacité installée sur le marché du stockage de l'énergie. L'augmentation des niveaux de déploiement des systèmes de stockage de l'énergie étend les périodes de pointe, augmentant ainsi la capacité de stockage de l'énergie nécessaire pour fournir une capacité fixe et continuer à réduire la demande de pointe nette.

À mesure que les déploiements de systèmes de stockage d'énergie augmentent, les périodes de charge nette de pointe s'étendent également, ce qui nécessite des systèmes de stockage d'énergie de plus longue durée pour garantir une alimentation électrique stable.

Le déploiement accru d'installations de production d'énergie solaire peut contribuer à compenser cet effet. Cet avantage est toutefois limité, car dans certains cas, les systèmes de stockage d'énergie de courte durée devraient être déclassés (ce qui signifie également une valeur inférieure), ce qui permet au marché du stockage d'énergie de déployer des systèmes de stockage d'énergie de plus longue durée.

La durée moyenne des déploiements de systèmes de stockage d'énergie augmente avec la capacité totale installée des systèmes de stockage d'énergie, jusqu'à environ 200 GW.

Le graphique montre la durée moyenne de déploiement des nouveaux systèmes de stockage de l'énergie par rapport à la capacité totale du marché du stockage de l'énergie, avec des changements de coûts de référence pour les batteries. Les déploiements initiaux concernent principalement des systèmes de stockage d'énergie d'une durée de 2 à 4 heures, en raison du fait qu'ils ont lieu principalement pendant les courtes pointes de l'après-midi en été.

Ces périodes de pointe ont été maintenues en raison de l'effet d'échelle du déploiement des installations solaires. La durée du système de stockage de l'énergie doit être augmentée pour répondre aux périodes de pointe de plus longue durée.

Cela ouvre de nouvelles perspectives sur le marché du stockage de l'énergie pour les technologies émergentes qui peuvent durer plus longtemps ou pour les technologies existantes de stockage de l'énergie de longue durée, telles que les installations de production d'énergie hydroélectrique par pompage.

La technologie des systèmes de stockage saisonnier de l'énergie est particulièrement importante

Évaluer des scénarios de décarbonisation importants mais incomplets pour le marché du stockage de l'énergie. Cependant, ces scénarios, et ceux évalués dans des travaux connexes, indiquent un rôle potentiel pour les systèmes de stockage d'énergie pluri-journaliers ou saisonniers lorsque le système électrique évolue vers des contributions très élevées d'énergie renouvelable (plus de 90% d'énergies renouvelables).

Les décalages saisonniers entre l'offre d'énergie renouvelable et la demande d'électricité indiquent des opportunités potentielles pour les systèmes de stockage saisonnier de l'énergie. Le graphique ci-dessus montre la forte utilisation des systèmes de stockage d'énergie thermique en été, alors que l'application de ces systèmes est minimale au printemps dans le graphique ci-dessous.

Pendant les périodes où la production éolienne est relativement faible en été et la production solaire relativement faible en hiver, les ressources de stockage de l'énergie thermique sont utilisées en abondance.

La capacité des énergies renouvelables et du stockage diurne de l'énergie à répondre à cette demande est réduite car l'approvisionnement en électricité est saturé pendant une grande partie de l'année, comme l'illustrent les réductions présentées dans le graphique ci-dessous.

Tout autre système de stockage d'énergie diurne sur le marché du stockage de l'énergie reste inactif pendant la majeure partie de l'année, ce qui réduit sa rentabilité. Les systèmes de stockage saisonnier de l'énergie peuvent constituer une alternative économique au stockage de la production excédentaire d'électricité au printemps et à l'automne et à son transfert vers l'été et l'hiver.

La figure montre les résultats d'une autre série de cas sur le marché du stockage de l'énergie, évaluant le scénario d'énergie propre 100%. Dans ces cas, les systèmes de stockage saisonnier de l'énergie sont simulés sous la forme de turbines à gaz utilisant des combustibles renouvelables tels que l'hydrogène.

Dans ces scénarios, un grand nombre (400 GW+) de systèmes de stockage saisonnier de l'énergie sont déployés, ce qui prouve l'intérêt de disposer d'une technologie capable de surmonter les déséquilibres saisonniers dans les systèmes de production d'énergie renouvelable et de demande d'électricité. D'autres technologies de systèmes de stockage saisonnier de l'énergie pourraient également jouer ce rôle si elles sont suffisamment compétitives en termes de coûts.

Capacité installée et production d'électricité pour atteindre le scénario de demande 100% en 2050

Conclusion

Bien qu'il soit indiqué que la capacité installée des systèmes de stockage de l'énergie déployés sur le marché du stockage de l'énergie devrait être multipliée par cinq d'ici à 2050, il subsiste certaines incertitudes susceptibles de modifier la croissance de la capacité installée et la trajectoire d'évolution du marché du stockage de l'énergie identifiées dans la présente étude. Ces incertitudes sont les suivantes :

Croissance et compensation des systèmes de stockage d'énergie

Déploiement important des systèmes de stockage de l'énergie dans divers scénarios d'évolution du réseau. Même en l'absence de politiques de décarbonisation, le stockage de l'énergie est très compétitif en tant que nouvelle source de capacité de pointe, et de nombreuses prévisions concernant le marché du stockage de l'énergie indiquent une croissance significative.

Cependant, il est toujours important de reconnaître que des changements technologiques ou politiques peuvent affecter la croissance des systèmes de stockage de l'énergie. Malgré les changements importants apportés au cadre réglementaire au cours de la dernière décennie, le stockage de l'énergie reste une technologie difficile à évaluer et à rémunérer correctement, en particulier dans les marchés restructurés. Si les systèmes de stockage d'énergie ne sont pas rémunérés de manière équitable, cela peut conduire à un déploiement sous-optimal sur le marché du stockage d'énergie.

Évolution de la technologie

Les systèmes de stockage d'énergie par batterie lithium-ion ont dominé le marché des systèmes de stockage d'énergie ces dernières années. Toutefois, de nombreux travaux de R&D ont été réalisés pour améliorer d'autres technologies de stockage de l'énergie. De multiples technologies de stockage de l'énergie peuvent entrer en concurrence avec les systèmes de stockage de l'énergie par batteries au lithium-ion.

En particulier pour les applications du marché du stockage de l'énergie de longue durée. Les parties prenantes pourraient tirer profit de l'examen des opportunités futures dans les technologies émergentes et la prochaine génération de technologies existantes, telles que les installations hydroélectriques par pompage.

Système de stockage d'énergie en tant que ressource de capacité

L'importance des systèmes de stockage d'énergie en tant que ressources de capacité. Cette valeur, ainsi que le déploiement du stockage, dépendent d'une évaluation et d'une rémunération appropriées des systèmes de stockage d'énergie, qui reposent sur des règles de marché reflétant la capacité des systèmes de stockage d'énergie à fournir une capacité stable à mesure que le déploiement du stockage et des énergies renouvelables s'accroît. Ces règles peuvent tenir compte de l'impact d'un marché basé sur les prix marginaux sur les revenus afin de garantir qu'ils sont suffisants pour soutenir une capacité installée optimale des systèmes de stockage d'énergie.

Le rôle de la charge flexible

Afin de décarboniser le secteur de l'électricité au moindre coût sur le marché du stockage de l'énergie, il reste important d'utiliser une variété de ressources flexibles, dont certaines peuvent être moins coûteuses que le stockage de l'énergie. Une meilleure description de la réponse à la demande, du potentiel de contribution réel et du coût des charges flexibles est essentielle pour mieux comprendre les opportunités de marché pour les systèmes de stockage d'énergie.

Système de stockage d'énergie et énergie renouvelable

Alors que les objectifs de décarbonisation des réseaux augmentent, les systèmes de stockage d'énergie sont une technologie habilitante importante pour le déploiement de la production d'énergie propre. Il existe des synergies importantes entre le stockage de l'énergie pendant la journée et les installations solaires, mais cette situation pourrait changer en raison d'un certain nombre de facteurs.

L'électrification potentielle du chauffage à grande échelle pourrait déplacer les charges de pointe dans une grande partie des États-Unis vers l'hiver, ce qui créerait des pics de demande plus longs et rendrait plus difficile la satisfaction de la demande du marché pour le stockage de l'énergie et l'énergie solaire.

Cette évolution pourrait accroître la valeur de l'énergie éolienne et des systèmes de stockage de l'énergie de longue durée. Les systèmes de stockage de l'énergie moins coûteux et de plus longue durée, ainsi que leur capacité à améliorer l'utilisation du réseau de transport, pourraient également multiplier les possibilités de synergie sur le marché du stockage de l'énergie pour les clients de l'UE. batterie pour éolienne et les systèmes de stockage d'énergie.

Système de stockage d'énergie distribué

Les systèmes de stockage d'énergie distribués ont un énorme potentiel économique dans tous les scénarios d'étude de marché du stockage d'énergie, mais les clients ne sont prêts à les acheter que s'ils obtiennent un retour sur investissement plus rapide. Les nouveaux flux de valeur et l'évolution des mécanismes de compensation pour l'énergie distribuée peuvent inciter à une plus grande adoption.

En outre, l'électrification peut avoir un impact positif ou négatif sur l'adoption de systèmes sur le marché du stockage de l'énergie. Par exemple, lors des coupures de courant hivernales, le passage à grande échelle au chauffage électrique peut augmenter considérablement la valeur de l'alimentation de secours dans un bâtiment.

Au contraire, l'adoption croissante des véhicules électriques et leur capacité à fournir une alimentation de secours pourraient limiter l'adoption des systèmes de stockage d'énergie distribués. Pour comprendre ces nuances, il est nécessaire de mener davantage de recherches sur le comportement des clients dans ce domaine.

Durée de l'évolution des systèmes de stockage d'énergie

Montre la tendance générale du marché du stockage de l'énergie avec l'augmentation de la durée des systèmes de stockage de l'énergie, étant donné leur capacité à répondre à la demande estivale de pointe. La valeur initiale des systèmes de stockage d'énergie de 4 heures est élevée, mais à mesure que les déploiements de systèmes de stockage d'énergie augmentent, les durées plus longues deviennent généralement plus compétitives.

Bien que cette tendance soit due à divers facteurs, elle peut même annuler la valeur de la capacité des systèmes de stockage d'énergie à court terme. Les systèmes de stockage d'énergie de plus longue durée peuvent fournir des services supplémentaires, tels que la résilience du réseau, ou compléter ou remplacer les nouvelles transmissions.

Le rôle du système de stockage saisonnier de l'énergie

À mesure que les systèmes électriques se rapprochent de l'énergie propre, le stockage de l'énergie peut jouer un rôle de plus en plus important, et ce rôle peut être multiple dans un système électrique en pleine transformation. Les principales technologies saisonnières de stockage de l'énergie impliquent la production et le stockage de combustibles renouvelables pour diverses applications dans l'industrie ou les transports.

Par conséquent, les systèmes de stockage saisonnier de l'énergie peuvent partager les coûts d'infrastructure avec d'autres applications. Les coûts de ces technologies de stockage saisonnier de l'énergie et les compromis liés à l'efficacité et à l'interaction avec le temps des systèmes de stockage de l'énergie de courte durée doivent faire l'objet d'une étude plus approfondie.