Avec le développement du photovoltaïque, des batteries, de la mobilité électrique et l’électrification progressive des procédés, les systèmes énergétiques doivent gérer des flux de plus en plus variables. Produire ou stocker de l’énergie ne suffit plus. Il faut aussi pouvoir la faire circuler entre différents équipements, absorber des pointes de puissance et décider à quel moment consommer, stocker ou injecter. Lors d’une Learning Expedition en Belgique, une délégation suisse emmenée par la Fondation The Ark et Smart Energy Portal a pu observer comment CE+T Power et John Cockerill travaillent sur ces différentes problématiques.
La matinée chez CE+T Power a porté sur la conversion de puissance et sur un démonstrateur développé autour de la recharge de véhicules électriques. L’après-midi, chez John Cockerill, la délégation a découvert MiRIS, un microgrid utilisé comme banc d’essai, puis plusieurs projets liés au stockage thermique à haute température.
PRISMA, une plateforme commune pour plusieurs conversions
Ajouter une batterie, du photovoltaïque ou de nouveaux usages électriques peut rapidement complexifier l’architecture d’un site. Plusieurs convertisseurs et interfaces peuvent être nécessaires pour faire circuler l’énergie entre le réseau, le stockage et les charges. Pour certaines installations, une autre exigence s’ajoute. Des équipements doivent continuer à être alimentés même si l’un des éléments du système tombe en panne, notamment dans les télécommunications, les transports ou certaines infrastructures critiques. La continuité d’alimentation constitue ainsi un enjeu important pour plusieurs des applications présentées par CE+T Power.
Lors de la visite, la délégation a pu voir comment fonctionne PRISMA, un convertisseur multidirectionnel modulaire développé par CE+T Power. Dans une architecture traditionnelle, plusieurs convertisseurs et un bus DC externe peuvent être nécessaires pour gérer les différents flux. PRISMA intègre directement ce bus DC dans la plateforme. Ses trois ports bidirectionnels permettent de relier différentes ressources et de faire circuler l’énergie dans plusieurs directions, avec moins d’étapes de conversion entre les équipements.
La modularité répond à la fois à l’évolution des besoins et à la continuité d’alimentation. La puissance peut être augmentée en ajoutant des modules, mais ceux-ci peuvent aussi fonctionner de manière redondante. Si l’un d’eux rencontre un problème, il peut être isolé tandis que les autres continuent à alimenter la charge et se répartissent la puissance restante.
Boost2Drive, quand tous les véhicules se branchent en même temps
Sur le même site, Boost2Drive part d’un constat simple. CE+T Power avait remarqué que ses employés arrivaient le matin et branchaient leurs véhicules électriques à peu près au même moment. Cette habitude créait une pointe de puissance importante, alors que les voitures restaient ensuite stationnées pendant plusieurs heures.
Le démonstrateur a été mis en place pour répondre à ce pic de puissance. Il combine notamment production photovoltaïque, batterie, conversion de puissance, bornes de recharge et système de pilotage. Lorsque plusieurs véhicules commencent à charger simultanément, la batterie peut fournir une partie de la puissance demandée au lieu de laisser le réseau supporter seul toute la pointe. Elle peut ensuite être rechargée lorsque la demande diminue ou lorsque la production photovoltaïque est disponible.
Le cas montre aussi à quel point les usages influencent le dimensionnement d’une infrastructure. Ici, le problème n’était pas la quantité d’électricité nécessaire sur l’ensemble de la journée, mais sa concentration sur une courte période.
MiRIS, plusieurs technologies testées sur un même site
Chez John Cockerill, à Seraing, MiRIS permet de travailler à l’échelle d’un microgrid complet. La plateforme associe une centrale photovoltaïque de 2 MWc, avec environ 6’500 panneaux installés sur les bâtiments et les carports du site, à plusieurs systèmes de stockage.
L’une des particularités de MiRIS est précisément de ne pas reposer sur une seule technologie de batterie. Au fil des campagnes de test, la plateforme a accueilli notamment du lithium-ion, du Redox Flow et du sodium-soufre, pour une capacité totale de stockage d’environ 5,5 MWh. Cette diversité permet à John Cockerill d’acquérir du retour d’expérience sur des technologies aux caractéristiques différentes, depuis leur intégration jusqu’à leur exploitation.
MiRIS sert ainsi de banc d’essai grandeur nature. John Cockerill peut y intégrer une nouvelle batterie, modifier les algorithmes de son Energy Management System ou reproduire une configuration proche de celle envisagée pour un futur client avant son déploiement. Le site permet de travailler sur le dimensionnement du stockage, le choix technologique et les stratégies de pilotage. Il peut fonctionner raccordé au réseau public, mais aussi tester des situations de réseau faible ou défaillant, voire un fonctionnement en mode îloté.
Pour mener ces essais, les différents équipements doivent être coordonnés. Les automates programmables assurent les commandes locales et un premier niveau de sécurité, tandis que l’EMS intervient à un niveau supérieur. Il peut prendre en compte la production photovoltaïque, la consommation, l’état de charge des batteries, les prévisions météorologiques ou encore les prix de l’électricité pour déterminer comment utiliser les ressources disponibles.
Les essais permettent également d’observer combien de fonctions une même batterie peut assurer. Elle peut augmenter l’autoconsommation photovoltaïque, réduire une pointe de puissance, profiter d’écarts de prix ou fournir certains services au réseau. Cette combinaison de plusieurs sources de valeur avec un même équipement est souvent désignée par le terme « value stacking ». Elle implique de ne plus dimensionner et piloter une batterie pour un seul usage.
Du solaire thermodynamique à la chaleur industrielle
La seconde partie de la visite chez John Cockerill a porté sur une autre forme de stockage. L’entreprise travaille depuis plusieurs années sur les sels fondus, notamment dans le cadre de projets de solaire thermodynamique à concentration réalisés dans des régions bénéficiant d’un fort ensoleillement.
Dans ces centrales, des miroirs concentrent le rayonnement solaire vers un récepteur où les sels sont portés à plusieurs centaines de degrés. La chaleur peut être stockée puis utilisée ultérieurement pour produire de la vapeur et de l’électricité. Le stockage permet ainsi de décaler dans le temps une partie de la production solaire.
En parallèle de ces projets, John Cockerill développe des solutions plus compactes destinées aux besoins thermiques de l’industrie. L’électricité peut alors être convertie en chaleur et stockée, avant d’être restituée sous forme de chaleur ou de vapeur lorsque le procédé en a besoin. Les projets présentés lors de la visite couvrent des températures de plusieurs centaines de degrés et visent notamment des applications liées à l’électrification et à la décarbonation de procédés industriels.
Ces températures posent toutefois leurs propres difficultés. La délégation a notamment découvert un pilote consacré au comportement des matériaux au contact des sels fondus à haute température. Lorsque la température augmente, la corrosion peut devenir un facteur limitant pour les conduites, les échangeurs ou les récepteurs. L’enjeu consiste donc à augmenter les performances du stockage tout en maintenant une durée de vie suffisante des équipements.
