L’installation photovoltaïque installée sur deux toits du lotissement pour personnes âgées de Riehen a une puissance de pointe de 265 kW. Image: Emil Landsrath AG

Le graphique illustre le prélèvement annuel du lotissement pour personnes âgées «Drei Brunnen» sur le réseau électrique sur la période de novembre 2018 à juillet 2019 (colonnes orange). Imager: FHNW

Résumé de toutes les valeurs de mesures importantes du système énergétique dans le lotissement «Drei Brunnen» sur la période de novembre 2018 à juillet 2019. Image: FHNW

Dans le lotissement pour personnes âgées de Riehen, 2560 cellules de batteries usagées ont été installées dans un accumulateur d’une capacité de 60 kW. Image: dreifels AG

Les différents paramètres de l’accumulateur Second-Life de Riehen sur une journée d’août 2019 choisie au hasard. Copie d’écran: B. Vogel

Pour éviter les pics de prélèvement sur le réseau autant que possible, l’accumulateur est toujours déchargé lorsque la puissance de prélèvement sur le réseau atteint une certaine valeur seuil. Image: FHNW

Évolution du prix des accumulateurs stationnaires en Allemagne depuis 2013 dans la catégorie de 10 à 30 kW. Image: www.ees-europe.com

Projet de recherche «Batterie Second-Life» à Riehen: Les batteries Twikes usagées cassent les pics de charge

(©BV) Il y a quelques années, les accumulateurs de courant composés de batteries «Second-Life» étaient encore une vision et aujourd’hui, ils sont utilisés dans de nombreux bâtiments dans tout le pays. Désormais, les piles usagées assument les mêmes tâches que les piles neuves, comme le montre un projet en cours dans le lotissement pour personnes âgées «Drei Brunnen» à Riehen (BS): l’accumulateur aide à injecter le courant solaire produit sur place sur le réseau mais également à réduire le prélèvement d’électricité des bâtiments sur le réseau d’alimentation. L’accumulateur contribue ainsi à l’intégration des centrales électriques décentralisée au réseau. (Text auf Deutsch >>)


L’électricité est omniprésente aujourd’hui: le nombre de voitures électrique augmente sans cesse. Les vélos électriques sont des véhicules de transport et de loisirs très populaires. Les scooters électriques sont très appréciés pour la conduite urbaine. Les racines de l’électromobilité remontent au siècle dernier. Les Twikes s’inscrivent dans la tradition. Les vélos couchés et couverts dotés d’une assistance électrique ont été conçus dans les années 1990 par un groupe de pionniers de l’énergie solaire. À l’heure actuelle, plus de 1000 exemplaires circulent sur les routes en Suisse et à l’étranger. Jusqu'à aujourd'hui, ils sont pris en charge par la société dreifels AG à Gelterkinden (BL).

Utiliser systématiquement les batteries de Twikes usagées
Les créateurs des Twikes ne sont pas uniquement les pionniers dans le domaine de l’électromobilité mais également dans celui du recyclage de batteries électriques usagées. Les ingénieurs de dreifels sont les premiers en Suisse à avoir eu l’idée d’utiliser systématiquement les batteries de Twikes usagées pour les accumulateurs stationnaires. Avec le temps, les batteries perdent une partie de leur capacité de charge, ce qui signifie que l'autonomie des applications mobiles diminue. Les batteries de Twike atteignent ce point après environ sept ans. Au lieu d’éliminer les batteries usagées, les techniciens de dreifels les utilisent pour la construction d’accumulateurs d’électricité stationnaires. Elles aident ainsi les exploitants d’installations photovoltaïques à stocker provisoirement le courant produit afin de pouvoir en consommer autant que possible eux-mêmes. Pour ainsi dire, les batteries usagées passent leur seconde vie sous cette forme («Second-Life»).

Bâle-Ville réalise un travail de pionnier
L’impulsion pour le développement des batteries Second-Life est survenue il y a quelques années du projet «Société à 2000 watts - Région pilote de Bâle» du Amt für Umwelt und Energie Bâle-Ville (AUE). Un petit accumulateur composé de batteries Second-Life (capacité de 2.5 kWh) a été installé dans une maison individuelle de Riehen pour assurer le stockage intermédiaire du courant solaire d’une installation PV privée (4.2 kWp). À l’automne de la même année, un accumulateur Second-Life d’une puissance de 40 kWh a été mis en service dans un bâtiment industriel reconverti (un ancien silo à charbon). Un accumulateur d’une capacité encore plus élevée (60 kWh) est maintenant en service depuis octobre 2018 dans le lotissement pour personnes âgées «Drei Brunnen» à Riehen. Il y complète une grande installation photovoltaïque installée sur les deux toits du lotissement (256 kWp).

Tout comme les accumulateurs composés de batteries neuves, les accumulateurs à batteries Second-Life sont utilisés pour maximiser la consommation propre de courant solaire produit sur place. Dans les maisons individuelles équipées d’une installation PV, ils permettent typiquement d’augmenter le taux de consommation propre de 30 à 70%. Dans l’immeuble «Drei Brunnen» de Riehen, la consommation propre peut également augmenter mais seulement dans une mesure relativement faible car l'immeuble couvre le chauffage et la production d'eau chaude par chauffage urbain et ne peut donc consommer qu'une part relativement faible de son propre courant solaire. Le «courant excédentaire» qui n'est pas utilisé par les 57 logements pour personnes âgées est injecté sur le réseau électrique de l'IWB (Industrielle Werke Basel) dans une mesure considérable.

La batterie réduit le prélèvement et l’injection
C’est précisément là que l’accumulateur Second-Life entre en jeu. Son utilisation vise à éviter les pics de prélèvement de l’immeuble sur le réseau IWB et à atténuer les pointes d’injection de l’installation PV sur le réseau IWB. La rupture des pics de prélèvement et d'injection est aujourd'hui largement débattue, car elle présente en principe – au-delà de l'objet concret de Riehen – des avantages pour toutes les personnes concernées: dans certaines conditions, les consommateurs d’électricité peuvent économiser de l’argent et les exploitants de réseau ne doivent pas renforcer leur réseau pour les installations solaires décentralisées. Dans ce contexte, une équipe de chercheurs de la Haute école d’ingénierie (FHNW) veut analyser à Riehen si, ou dans quelle mesure, l’accumulateur peut réduire les pics de prélèvement et d’injection sur le réseau. Pour atteindre au mieux cet objectif, l’accumulateur est déchargé temporairement pour réduire le prélèvement d’électricité du réseau IWB – et il absorbe ensuite le courant lorsque l’installation solaire produit un grand «excédent».

Prélèvements élevés sont nettement plus rares
A partir de novembre 2018, les chercheur de la FHNW mesure les flux électriques autour de la batterie sur une période d’un an. Les résultats ne sont pas encore disponibles mais la directrice du projet de la FHNW présente un bilan intermédiaire positif: «L’accumulateur fonctionne: lorsque le prélèvement sur le réseau IWB dépasse, par ex. 8 kW, la batterie se décharge toujours ; certes, cela ne permet pas de faire disparaître les pics de prélèvement mais cela permet de les réduire», affirme la chercheuse de la FHNW de Muttenz. Sans l’intervention de la batterie, la puissance de prélèvement maximale mensuelle serait de 40.1 kW. Les mesures réalisées depuis novembre 2018 montre que celle-ci s’élève à 33.4 kW avec la batterie (cf. graphique 05). La batterie réduit le pic de prélèvement de tout juste 17%. «Elle ne permet rien de plus puisque les pics de référence se produisent en décembre et janvier, quand le rayonnement solaire est faible et que, de ce fait, la batterie est à peine chargée», explique Monika Hall et ajoute: «Globalement, nous constatons que les prélèvements élevés sont nettement plus rares avec la batterie. D’une part, nous varions la limite de prélèvement pour maintenir le prélèvement aussi contant que possible la nuit, ce qui est positif pour le réseau et d’autre part, nous nous assurons que la batterie est vide le matin pour disposer de la capacité de charge complète. La limite de prélèvement est plus haute en hiver (moins de rayonnement, consommation plus élevée) et peut être plus basse en été (rayonnement élevé, consommation un peu plus basse)».

A l’inverse, l'accumulateur consomme du courant en présence d’un très grand «excédent» de courant solaire (c'est-à-dire qui n'est pas consommée dans le lotissement pour personnes âgées). Cela permet de réduire l’injection sur le réseau IWB. En été, l’accumulateur est plein aux alentours de midi. «Mais dans la mesure où un peak-shaving (écrêtage de pointes) est impossible avec la commande utilisée, les pointes d’injection ne peuvent être évitées », affirme Hall.

2560 cellules usagées
Le projet de recherche à Riehen a également pu être réalisé avec un accumulateur composé de cellules de batterie neuves. Cependant, l'utilisation de batteries Second Life a un attrait supplémentaire. Avec elles, l'énergie grise nécessaire à leur production peut être répartie sur une durée de vie plus longue, ce qui représente un avantage écologique. L'accumulateur Second-Life dans le lotissement pour personnes âgées de Riehen contient 2560 cellules, ce qui correspond à environ 21 batteries de Twike. Les cellules proviennent de batteries usagées de Twikes et autres applications. D’autres cellules ont été prélevées à partir de batteries neuves, lesquelles n’ont pas été utilisées pendant plusieurs années et perdu une partie de leur puissance en raison de la corrosion.

Pour la fabrication d’un accumulateur Second-Life, la société dreifels AG a utilisé uniquement des cellules présentant encore au moins 70% de leur capacité de charge. Pour un accumulateur performant, il était également important que chacune des cellules présentent un comportement de charge/décharge similaire. «L’accumulateur de Riehen fonctionne très bien, aucune cellule n’a dû être remplacée jusqu’à présent», déclare Ralph Schnyder, directeur général de la société dreifels. Dans le cadre d’un contrat de maintenance, dreifels propose, en option, le remplacement périodique de cellules de batteries faibles ou défectueuses de telle sorte que la capacité de l’accumulateur Second-Life reste au même niveau durablement et compense le vieillissement.


Bâle: région pilote
Le projet de recherche de la FHNW concernant les accumulateurs à batteries Second-Life fait partie du projet «société à 2 000 watts – région pilote Bâle», avec lequel le canton de Bâle-Ville a soutenu la durabilité avec environ 100 études et applications de 2001 à 2018. Depuis octobre 2017, Bâle-Ville a une nouvelle loi énergétique avec laquelle le canton poursuit son ambitieuse politique énergétique. Depuis, et en tant que vision stratégique, le Conseil d’État poursuit un objectif de protection du climat au lieu de la société à 2000 watts: d’ici 2050, les habitantes et habitants du canton ne devront pas générer plus d’une tonne de CO2 par an. BV

Plus d’informations sur le projet «société à 2 000 watts – région pilote Bâle» >>


Des projets nationaux
La société dreifels AG exploite désormais 15 accumulateurs Second-Life. La plupart d’entre eux sont des petits accumulateurs pour des maisons individuelles d’une capacité typique de 12 kWh. Le plus grand accumulateur de la dreifels AG est en service avec une capacité de 100 kWh chez la société Eniwa AG, le fournisseur d’énergie de la région d'Aarau. D’autres accumulateurs Second-Life ont été mis en service depuis 2017 par le centre écologique dans le cadre d’un projet de l’OFEN dans l’Arène de l'environnement Suisse à Spreitenbach et dans un bâtiment de la Poste à Neuchâtel. Ils contiennent des batteries usagées de scooters électriques de La Poste suisse.

Pas moins chères que les batteries neuves
«Du point de vue écologique, les batteries Second-Life sont une alternative intéressante pour le recyclage des batteries usagées des applications mobiles. En revanche, ces batteries ne sont généralement pas moins chères que les batteries neuves puisqu’elles impliquent un système de gestion sur mesure doté d’un système de connexion et d’assemblage adaptés des cellules», affirme Michael Sattler du Ökozentrum de Langenbruck (BL). Sattler a étudié les batteries Second-Life dans le cadre d’un projet terminé fin 2018 et réalisé sur mandat de l’OFEN. Donner une seconde vie aux batteries doit faire partie d'un concept d'application global, conclut le rapport final: «L'utilisation ultérieure comme accumulateur d'électricité Second-Life doit déjà être envisagée lors de la conception de la batterie pour sa première utilisation. C’est le seul moyen de pouvoir réaliser des accumulateurs Second-Life plus économiques à l’avenir. Cette aptitude à la seconde vie devrait être exigée au moins dans les grands appels d’offres publics.»

Texte : Benedikt Vogel, sur mandat du Amt für Umwerlt und Energie de Bâle-Ville

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