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ELSA ou La deuxième vie des batteries des véhicules électriques

Dans un contexte de transition énergétique, l’industrie automobile amorce un virage énergétique et technologique avec notamment le véhicule électrique. Véhicule dit « vert », son empreinte carbone quoique inférieure à celle des véhicules à essence ou diesel n’est pas nulle. Elle dépend de la provenance de l’électricité, du processus de fabrication du véhicule…  et du cycle de vie la batterie !

Premier article d’une série sur le cycle de vie d’une batterie de voiture électrique, nous vous proposons de découvrir une opportunité de seconde vie dans le stockage stationnaire offerte par le projet ELSA (Energy Local Storage Advanced). Pour cela, nous avons interviewé Eric Portales, directeur de projets au sein de la direction Innovation & Technologie de Bouygues Énergies et Services

1/ Pourquoi donner une seconde vie aux batteries de voiture ?

Le projet ELSA vise à donner une seconde vie aux batteries de voiture. Cette idée est issue d’un double constat :

  • Les batteries de voitures ne répondent plus au besoin d’autonomie du véhicule si elles ont perdu plus de 25% de capacité. Il existe donc un potentiel pour une seconde vie
  • Le coût des batteries est un facteur clé de l’essor des véhicules électriques (une batterie représente environ 30% du prix d’une voiture électrique). Une seconde utilisation permettrait d’augmenter la durée d’exploitation et donc de faire diminuer le coût à l’achat pour le consommateur.

Le schéma ci-dessous illustre le cycle de vie d’une batterie de voiture de 22kWh tel que rendu possible par le projet ELSA.

 

2/ Le projet ELSA 

Fiche Projet

ELSA est un projet de recherche européen qui s’inscrit dans la stratégie H2020 de l’Union européenne. Depuis 2015, 10 partenaires* travaillent ensemble pour développer les technologies permettant de donner une seconde vie aux batteries de voitures en les utilisant pour du stockage stationnaire de faible à moyenne capacité. Le système développé sera modulaire et permettra de stocker entre  24 à 100kW avec 2 à 8 batteries assemblées en série.
Une fois les technologies développées, celles-ci seront commercialisées de manière individuelle ou sous forme de package par les différents partenaires.

*Bouygues Énergies & Services, Renault et Nissan West Europe, le laboratoire RWTH de l’université d’Aix-la-Chapelle (Allemagne), United Technologies Research Centre (Irlande), Engineering Ingegneria Informatica (Italie), B.A.U.M. Consult (Allemagne), ASM Terni (Italie), Gateshead College (Royaume-Uni) et Allgäuer Überlandwerk (Allemagne)

 Enjeux du projet ELSA

  • Développer une solution Plug&Play. Pour assurer des coûts compétitifs et une facilité de déploiement, le système doit être une interface complète entre batteries de voiture non reconditionnées et le réseau électrique (Cette interface comprend notamment un inverseur spécial qui fonctionne avec la faible tension de sortie des batteries, un système de pilotage s’interfaçant avec les logiciels de gestion internes des batteries (BMS).. )
  • Diminuer l’empreinte écologique des batteries en leur donnant une seconde vie. Les batteries lithium-ion ne sont plus utilisables dans l’automobile lorsqu’elles ont perdu 25% de leur capacité (soit 5 à 8 ans). Les utiliser pour du stockage stationnaire permet de prolonger leur durée de vie de 5 à 10 ans !
  • S’inscrire dans une démarche d’économie circulaire. L’utilisation pour du stockage stationnaire n’a de sens que si les batteries utilisées sont locales sans reconditionnement (coût et empreinte écologique du transport puis du passage en usine qui annuleraient les bénéfices d’une seconde vie)
  • Diminuer le coût des batteries. En prolongeant leur durée de vie, la rentabilité des batteries augmentera et le coût du recyclage sera amorti sur une période deux fois plus longue. Une batterie représentant 30% du prix marché d’une voiture électrique (8000€), une diminution de son coût accélérera le développement des voitures électriques ?
  • Participer au développement des smartgrids.  Offrir une solution de stockage économique destinée aux bâtiments commerciaux, résidentiels collectifs et industriel permettra de favoriser l’autoconsommation et d’aider à la gestion du réseau électrique

Cas d’usages du système développé

Plus précisément, les différents cas d’usages étudiés et futures applications industrielles de ce système de stockage de moyenne capacité sont :

  • L’autoconsommation collective (système qui contrairement à la PowerWall de Tesla ne vise pas le marché des particuliers mais des quartiers, sites de bureaux ou des sites industriels) : à l’échelle d’un quartier, l’installation de batteries maximise l’autoconsommation en permettant à des voisins ayant des courbes de charges différentes de partager l’électricité issue de leur production photovoltaïque. En effet, la revente sur le réseau ne permet pas l’autoconsommation collective : aujourd’hui il n’existe pas d’offre permettant de consommer uniquement de l’électricité produite localement. Également, le système de pilotage mis en place favorise le transfert entre les différentes sources d’énergie (PV, éolien, pompe à chaleur, flotte de véhicule électrique…).
  • Maintien de la qualité du réseau: L’installation de parc de batteries stationnaires branchées directement sur le réseau permet le soutien en fréquence et en tension du réseau afin de se maintenir à 50Hz, équilibrage de phase, filtrage harmonique… (en savoir plus)
  • Effacement : En utilisant les batteries, le site industriel peut s’effacer du réseau en période de pic de consommation. Cette possibilité de déconnexion est rémunérée car elle donne de la flexibilité au réseau (en savoir plus)

Par ailleurs, M. Portales précise que l’équilibre économique d’un tel système de stockage stationnaire est atteint lorsque celui-ci est multiservice (i.e. utilisé pour plusieurs cas d’usages). En effet, la rentabilité apportée par un seul cas d’usage est faible pour des stockages de petite taille et seule la fourniture de plusieurs cas d’usage différents par un même stockage permet d’augmenter les revenus et d’atteindre un équilibre.

 

3 / Conclusion et perspectives sur le stockage

Fin 2018, le système d’interface aura été développé et testé dans différents pays et dans des cas d’usages variés. Le consortium ELSA sera alors dissous et les partenaires pourront commercialiser les technologies développées unitairement ou le système dans son ensemble. Le marché cible étant celui des pays développés possédant une flotte de voiture électrique. (cf enjeux du projet) et le time to market est estimé à 2019/2020 en fonction de la première vague de batteries de voitures électrique arrivant en fin de vie.

Ce projet repose sur une hypothèse forte de rentabilité du stockage stationnaire de moyenne capacité. Laquelle est étroitement liée au prix de l’électricité, à la rémunération des différents cas d’usages ainsi qu’aux aides gouvernementales favorisant l’économie circulaire et le recyclage.  En France, si le prix de l’électricité actuel est un frein, différents leviers tels que la création d’un label « électricité locale » ou à une réglementation incitative pour le recyclage permettrai à la solution d’atteindre l’équilibre économique.

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