Tendance de l'évolution du stockage de l'énergie au niveau mondial
Stimulée par l'explosion de la demande mondiale de stockage d'énergie, la nouvelle capacité installée de stockage d'énergie aux États-Unis au cours des trois premiers trimestres de 2022 est proche de 7 GW, et la nouvelle capacité installée de stockage d'énergie en Europe avoisine les 6 gigawatts.
La nouvelle capacité installée de stockage d'énergie en Chine a augmenté de plus de 7,0 gigawatts au cours de la même période, ce qui a eu pour effet d'accroître considérablement la visibilité du marché mondial du stockage d'énergie. On prévoit que la capacité installée de stockage d'énergie au niveau mondial augmentera de 56% au cours des cinq prochaines années, pour atteindre plus de 270 GW d'ici 2026.
La clé de la transition énergétique
L'année 2050 ou 2060 est la date limite fixée par les principales économies du monde pour atteindre l'objectif de "neutralité carbone". C'est le seul choix possible pour remplacer les énergies fossiles traditionnelles par des énergies propres. Parmi celles-ci, les énergies propres qui peuvent présenter de fortes fonctions alternatives et de vastes perspectives d'application comprennent principalement l'énergie hydraulique, l'énergie hydrogène, l'énergie solaire et l'énergie éolienne, mais la distribution mondiale de l'énergie hydraulique est non seulement déséquilibrée, mais le nombre de ressources disponibles est également très limité ;
Dans le même temps, en raison des conditions techniques immatures, les ressources énergétiques de l'hydrogène ne peuvent pas être développées et utilisées à grande échelle à court terme. Ainsi, c'est à l'énergie éolienne et solaire qu'incombe la lourde tâche de diluer l'énergie thermique traditionnelle et de créer l'énergie verte de demain, pour finalement atteindre l'objectif de la transformation énergétique.
Mais l'énergie éolienne et l'énergie solaire, bien qu'apparemment inépuisables, ont leurs propres défauts lorsqu'il s'agit de produire de l'électricité. Si l'on prend l'exemple de l'énergie éolienne, l'amplitude de la production quotidienne peut atteindre 80%, culminer vers le matin et s'affaiblir jusqu'au point le plus bas dans l'après-midi, la caractéristique de la "charge inverse" est très évidente ;
De même, la plage de fluctuation intrajournalière de l'énergie lumineuse est aussi élevée que 100%, atteignant le pic de la journée à midi, montrant une tendance à la baisse régulière avant et après midi, et la production nocturne tombant à zéro avec des caractéristiques de creux et de crêtes distinctes. En outre, l'énergie lumineuse est également sensible aux perturbations météorologiques. L'influence du temps nuageux ou ensoleillé sur la puissance active réelle de l'énergie lumineuse est très forte, et la puissance active réelle quotidienne est également aléatoire.
C'est la puissance de sortie instable générée par la volatilité, l'intermittence et le caractère aléatoire de l'énergie éolienne et de l'énergie lumineuse qui conduit facilement à une production d'énergie inégale et discontinue du côté de la production. Il est également difficile pour le réseau électrique d'équilibrer l'offre et la demande d'électricité entre le producteur et l'utilisateur. L'ensemble du système électrique est très volatile, et la production sociale et la vie des gens sont inévitablement affectées par les risques.
Globalement, plus la substitution de l'énergie propre à l'énergie fossile est forte, plus la puissance de sortie de l'électricité verte est importante, mais en même temps, la difficulté de l'équilibre entre l'offre et la demande d'électricité s'accroît de manière significative. À cet égard, seul le mécanisme de stockage de l'énergie peut minimiser les risques liés à la conversion d'énergies propres telles que le vent et la lumière en électricité verte.
Objectivement, avant le stockage, l'énergie éolienne et l'énergie lumineuse sont inutiles et excédentaires, mais grâce au stockage, l'énergie invisible devient une ressource précieuse. En particulier lorsque l'énergie électrique est insuffisante ou que la demande augmente, l'énergie de réserve est libérée et convertie en électricité, et chaque unité d'énergie éolienne et d'énergie lumineuse est pleinement utilisée et développée.
En même temps, le stockage de l'énergie éolienne et de l'énergie lumineuse peut réduire considérablement l'interférence inattendue de facteurs météorologiques ultérieurs et améliorer la continuité et la stabilité de la transmission d'énergie au niveau de la production d'électricité. Grâce au stockage, le réseau électrique peut acheter de l'énergie en temps voulu lorsque l'offre d'énergie est forte, et vendre rapidement de l'énergie lorsque la demande d'énergie est forte. L'écrêtage des pointes et le remplissage des vallées peuvent également améliorer considérablement la flexibilité du système de réseau électrique, et le processus de pratique peut également consommer efficacement de l'électricité produite à partir d'énergie propre.
Il convient également de souligner qu'indépendamment du côté de la production d'électricité, du côté du réseau électrique ou du côté de l'utilisateur, le stockage d'énergie peut également obtenir des revenus relativement idéaux. En d'autres termes, lorsque le prix de l'électricité augmente en raison de l'état de pointe de la vallée de l'électricité, les trois parties peuvent transférer le surplus de stockage d'électricité sur le marché de l'électricité verte et en tirer des bénéfices.
Ainsi, l'initiative de toutes les entités de stockage peut être considérablement renforcée, et finalement un mécanisme en boucle fermée et en cycle vertueux de "stockage de l'énergie - production d'électricité - transaction - valeur ajoutée - stockage de l'énergie" sera formé. Dans le même temps, en favorisant l'équilibre entre l'offre et la demande d'énergie, le risque de transformation de l'énergie propre en énergie traditionnelle peut être efficacement dilué et éliminé. En ce sens, le stockage peut être considéré comme la clé de la transformation énergétique.
Les nouveaux systèmes de stockage de l'énergie rattrapent leur retard
En fonction des outils de ressources dont dépend le stockage de l'énergie et de leurs performances, le stockage dans les pays du monde entier est principalement divisé en stockage d'énergie traditionnel et en stockage d'énergie nouvelle. Le premier se réfère principalement au stockage par pompage, tandis que le second comprend le stockage électrochimique et le stockage par air comprimé.
Le stockage par pompage consiste à utiliser l'énergie électrique au bas de la charge électrique pour pomper l'eau vers le réservoir supérieur, puis à relâcher l'eau dans le réservoir inférieur pour produire de l'électricité au moment où la charge électrique est la plus élevée. Le stockage électrochimique consiste à utiliser l'anode et la cathode d'une batterie de haute puissance et de haute performance pour le stockage et la décharge,
Le stockage d'air comprimé utilise principalement l'énergie excédentaire du réseau lorsque la charge est désactivée, comprime l'air, le stocke dans des installations d'étanchéité à haute pression et le libère pour actionner la turbine à gaz afin de produire de l'électricité lors des pics de consommation d'énergie. À l'heure actuelle, la capacité installée cumulée de l'accumulation par pompage est la plus importante au monde, suivie par la capacité installée cumulée de l'accumulation électrochimique. Le stockage à air comprimé connaît une lente expansion.
Le pompage-turbinage a non seulement une longue histoire, mais aussi une accumulation de technologies et un modèle commercial matures. Cependant, en tant que mode de stockage d'énergie le plus important, le pompage-turbinage est strictement limité par l'espace géographique potentiel. Non seulement la vitesse de démarrage est lente et le cycle de construction long, mais la dotation en ressources est limitée et le coût est élevé. En revanche, le stockage électrochimique est moins influencé par les facteurs externes, le démarrage et la construction du projet sont flexibles et la vitesse de réaction est rapide.
Plus important encore, en tant que méthode de stockage électrochimique la plus répandue, le stockage au lithium n'est pas seulement une technologie mature, mais la tendance marginale à la réduction des coûts devient de plus en plus significative. En ce qui concerne le stockage de l'énergie domestique, le lithium batterie powerwall est particulièrement populaire.
Les données montrent qu'à la fin de 2021, la capacité installée cumulée de l'accumulation par pompage dans le monde était inférieure à 90% pour la première fois, en baisse de 4,1% en glissement annuel, tandis que la proportion de stockage électrochimique a augmenté pour atteindre 12,2%, avec une capacité installée cumulée de 25,4 gigawatts, en hausse de 67,7% d'une année sur l'autre.
Compte tenu de la flexibilité du stockage électrochimique et de sa grande adaptabilité aux zones de concentration de population, l'espace d'extension futur sera plus étendu. Une analyse plus approfondie montre que la part de marché mondiale du stockage dans des batteries au lithium est supérieure à 90%, mais les données montrent que le sodium est abondant, représentant jusqu'à 2,75% de la croûte terrestre, et réparti dans le monde entier, tandis que le lithium ne représente que 0,0065%, principalement réparti sur le continent américain.
En ce qui concerne le prix, le prix du sodium n'est que de 0,29 USD/kg, et le prix du lithium est d'environ 21.5 USD/kg, ce qui signifie que le coût des matières premières de la batterie au sodium est inférieur de 30%~40% à celui de la batterie au lithium ; en outre, la batterie au sodium ionique dans un environnement à basse température de -20 peut atteindre un taux de rétention de décharge de plus de 90%, une basse température de -40 peut libérer une capacité de plus de 70%, une température élevée de 80 peut également être utilisée pour recycler la charge et la libération, l'atterrissage du projet et l'application sur le terrain sont plus flexibles, de sorte que la batterie au sodium remplacera la batterie au lithium ; voici des informations détaillées sur les deux batteries dans les domaines suivants Batterie au lithium ou au sodium article.
En outre, la durée de vie des batteries au vanadium est supérieure à 10 ans, le nombre de cycles peut être supérieur à 10 000 fois, sans emballement thermique, combustion ou explosion, les réserves mondiales prouvées de vanadium métal s'élèvent à 22 millions de tonnes, le stockage par batterie au vanadium est donc également susceptible de rattraper son retard. Le stockage par air comprimé, bien que beaucoup moins évolutif que le stockage électrochimique, a une longue histoire, tout comme le stockage par pompage,
L'Allemagne et les États-Unis utilisent depuis longtemps des grottes (grottes rocheuses, grottes salines, mines abandonnées, etc.) pour le stockage de l'air comprimé, mais le stockage traditionnel de l'air comprimé repose sur les combustibles fossiles et sur la faiblesse des grottes de stockage du gaz naturel, ce qui limite l'espace d'expansion. Compte tenu des facteurs d'étranglement pertinents, tous les pays du monde développent activement de nouvelles technologies énergétiques de stockage de l'air comprimé, notamment le système de stockage isotherme de l'air comprimé, le système de stockage de l'air liquéfié, le système de stockage de l'air comprimé à pression constante, etc.
Actuellement, le rendement du nouveau système de stockage d'air comprimé est proche de 75%, et le coût du projet est de 720~850 USD/kW, ce qui est comparable à l'énergie de pompage-turbinage. En même temps, il présente les avantages d'une longue durée de vie, d'être propre et sans pollution, de ne pas limiter le cycle de l'énergie de stockage et de ne pas dépendre des combustibles fossiles et des conditions géographiques. Elle pourrait jouer un rôle important à l'avenir.
Tendance générale du stockage de l'énergie au niveau mondial
Les données montrent qu'à la fin de 2021, la capacité installée cumulée des projets de stockage d'énergie en exploitation dans le monde était de 209,4 gigawatts, dont 18,3 gigawatts de nouveaux projets de stockage d'énergie ont été installés en 2021, en hausse de 185% d'une année sur l'autre. À l'aube de 2022, les prix de l'énergie en Europe continuent d'augmenter en raison de facteurs géopolitiques, portant les prix locaux de l'électricité à des niveaux record.
L'inflation par les coûts causée par la hausse des prix des matières premières a également fait grimper le coût de l'énergie conventionnelle pour les entreprises et les ménages du monde entier, ce qui a fait exploser la demande d'énergie de stockage. Les instituts d'études de marché soulignent qu'au cours des cinq prochaines années, la nouvelle demande mondiale de stockage d'énergie atteindra 630 gigawattheures, ce qui conduira à l'expansion et à la commercialisation du stockage d'énergie à l'échelle mondiale. Ce qui est encore plus remarquable, c'est que si l'échelle totale est en expansion, le futur stockage mondial de l'énergie présentera également plusieurs lignes et tendances très claires.
Tout d'abord, la proportion de nouveaux projets de stockage d'énergie augmente. En 2021, la capacité installée des nouveaux projets de stockage d'énergie dans le monde a dépassé 10 gigawatts pour la première fois, atteignant 10,3 gigawatts, soit une augmentation de 119% d'une année sur l'autre. D'ici à la fin de 2021, la capacité installée cumulée des nouveaux projets de stockage d'énergie dans le monde sera d'environ 25 gigawatts, soit une augmentation d'environ 68% en glissement annuel, ce qui représente 12% de la capacité installée totale de stockage d'énergie.
Selon le rapport de recherche, d'ici 2030, le coût le plus important du nouveau stockage de l'énergie, le système de stockage par batterie, continuera à baisser rapidement jusqu'en 2050, ce qui déclenchera l'accélération de l'expansion du nouveau stockage de l'énergie. Actuellement, les États-Unis ont complètement arrêté la construction de nouvelles installations de production d'électricité par pompage. En raison de l'objectif d'économie et de protection des ressources en eau, les principales économies du monde devraient suivre cet exemple, et le stockage traditionnel de l'énergie finira par quitter le marché.
Deuxièmement, l'effet de tête devient de plus en plus important. D'ici à la fin 2021, les trois grandes économies que sont les États-Unis, la Chine et l'Europe représentent respectivement 34%, 24% et 22% des projets de stockage d'énergie en cours dans le monde, soit un total de 80%, et cette tendance à l'effet de tête va continuer à se renforcer. Au cours des cinq prochaines années, les installations de stockage d'énergie devraient croître à un taux composé de 118,3% aux États-Unis, 174,3% en Chine et 76,3% en Europe.
Troisièmement, les scénarios d'application sont de plus en plus différents. En fonction des différents domaines d'application, le stockage de l'énergie peut être divisé en énergie de stockage pré-feuille et énergie de stockage post-feuille. Le stockage pré-feuille peut être divisé en énergie de stockage côté production d'énergie et en stockage côté réseau électrique, tandis que le stockage post-feuille comprend l'énergie de stockage côté utilisateur par le stockage d'énergie industriel et commercial et le stockage d'énergie domestique.
Compte tenu de la rigidité de la demande en matière de construction de réseaux électriques, de la maturité du modèle commercial et de l'asymétrie du centre de gravité des subventions politiques, le stockage de l'énergie aux États-Unis se manifeste principalement sous la forme d'énergie de stockage en pré-feuille, et l'échelle de stockage de l'énergie installée correspondante augmentera de 125% sur une base composée annualisée au cours des cinq prochaines années.
De même, en raison de l'allocation obligatoire de stockage dans le cadre des exigences politiques de la production d'électricité, la nouvelle énergie de stockage de la Chine se concentrera principalement sur l'énergie de stockage en pré-feuille, et le taux de croissance annuel composé correspondant du stockage d'énergie nouvellement installé devrait atteindre 190%. Outre la Chine et les États-Unis, le nouveau stockage de l'énergie dans les principaux pays et régions de stockage de l'énergie tels que l'Europe, le Japon et l'Australie se reflète principalement dans le stockage post-surface, en particulier la structure spéciale des toits en Europe, plus la restriction du prix élevé de l'électricité à long terme.
L'énergie photovoltaïque distribuée + le stockage domestique constitueront une partie importante du stockage de l'énergie. Au cours des cinq prochaines années, le taux de croissance annuel composé du stockage d'énergie post-surface installé en Europe atteindra 142%, dont le taux de croissance du stockage domestique devrait dépasser 150%.
Quatrièmement, l'énergie de stockage à long terme devient de plus en plus importante. Actuellement, les nouveaux services de stockage d'énergie dans le monde répondent à la demande en quatre heures, voire moins, mais avec le développement de la technologie de stockage d'énergie à très longue échelle de temps et à moyenne échelle de temps et la technologie de soutien actif d'une forte proportion d'énergie renouvelable à l'avenir, le stockage à long terme (plus de 10 heures, voire des jours) deviendra la principale tendance de développement de l'industrie.
Parallèlement, l'initiative Energy Earthshots du DOE, qui pourrait réduire le coût du stockage à long terme de 90% au cours des dix prochaines années, mettra davantage en évidence les avantages de l'utilisation commerciale. En conséquence, la couverture des nouvelles énergies de stockage, telles que l'énergie de stockage à air comprimé, qui peut soutenir l'énergie de stockage à long terme, devrait s'accélérer.
Cinquièmement, la sécurité de l'énergie de stockage fait l'objet d'une attention croissante. Selon des statistiques incomplètes, il y a eu plus de 50 incidents liés à la sécurité de l'énergie de stockage dans le monde au cours des dix dernières années. Cette année, l'incendie du bâtiment de stockage de batteries de SK Energy en Corée du Sud a de nouveau sonné l'alarme sur le marché, et la sécurité de l'énergie de stockage est devenue un problème mondial.
À cette fin, les questions relatives à la construction d'infrastructures, telles que l'établissement d'un système normalisé pour l'application de la technologie de stockage de l'énergie, la limitation de la concurrence entre les prix bas et la qualité médiocre, la clarification de la responsabilité principale en matière de sécurité du stockage de l'énergie et l'amélioration des systèmes et normes de sécurité pertinents, seront rapidement portées au premier plan de l'attention de la communauté internationale et de la prise de décision des gouvernements nationaux.
