Tendances de développement et perspectives mondiales des systèmes PCS de stockage d’énergie en 2025
2025-04-29
En 2024, l'industrie des convertisseurs de stockage d'énergie (PCS) a montré une tendance de développement rapide. La taille du marché continue de s'étendre et devrait maintenir une forte croissance dans les prochaines années, grâce au soutien politique des gouvernements en faveur de l'énergie propre, à l'ajustement de la structure du système énergétique et à l'avancement continu de la technologie de stockage d'énergie. En tant que composant clé des systèmes de stockage d'énergie, les convertisseurs de stockage d'énergie ont une large gamme d'applications, couvrant plusieurs scénarios tels que les centrales électriques d'énergie nouvelle et les micro-réseaux, montrant un fort potentiel de marché.
Le développement futur des PCS de stockage d'énergie montrera une tendance de développement caractérisée par l'itération accélérée des PCS haute puissance, l'amélioration continue de la pénétration du marché des PCS à chaînes, l'émergence de PCS à refroidissement liquide et l'amélioration continue de la pénétration des systèmes de stockage d'énergie de type réseau.
Tendance 1 : L'itération des PCS haute puissance s'accélère
En 2024, les cellules de stockage d'énergie de deuxième génération, représentées par les cellules de 314 Ah, vont accélérer le remplacement des cellules de 280 Ah. Le compartiment de batterie de stockage d'énergie de 5 MWh de deuxième génération équipé de cellules de 314 Ah devient rapidement la norme du marché. Selon les statistiques, le taux de pénétration mondial des cellules de stockage d'énergie de 314 Ah devrait dépasser 40 % en 2024.
Afin de correspondre à la demande en puissance du compartiment de batterie de 5 MWh, la puissance nominale des PCS est également augmentée de 1,725 MW à 2,5 MW. L'augmentation de la puissance des PCS peut améliorer davantage l'efficacité de charge et de décharge, augmenter la densité de puissance du système et rendre l'unité plus petite. Pour les grandes centrales de stockage d'énergie, cela peut également réduire l'espace au sol. Actuellement, les PCS de stockage d'énergie de grande taille sont principalement centralisés, avec les avantages d'une structure simple, d'un faible coût d'investissement initial et de coûts d'installation, d'exploitation et de maintenance faibles par la suite.
PCS centralisés : Architecture simple vs double-branche
Pour les PCS centralisés de 2,5 MW, il existe actuellement deux principales solutions dans l'industrie : l'une est une unité autonome PCS 2,5 MW à branche unique, l'autre est l'utilisation de deux unités autonomes PCS 1,25 MW à branche unique en parallèle. Actuellement, la plupart des fabricants de PCS sur le marché, tels que Kehua, NARI Relay Protection, Huichuan et Suoying, choisissent principalement des solutions PCS à machine unique de 2,5 MW, qui ont un contrôle relativement simple, permettent d'économiser certaines structures et composants électriques, et ont un léger avantage sur les coûts des matériaux ; mais cela pose également des problèmes tels que des dimensions et un poids importants, des difficultés de transport et d'exploitation sur site, ainsi que des problèmes de dissipation thermique à haute puissance. Parallèlement, le nombre de clusters de batteries en parallèle sur le côté CC correspondant est relativement important, atteignant respectivement 12 clusters (système de 2 heures) et 24 clusters (système de 4 heures), ce qui engendre des risques importants, tels que de mauvaises cohérences de parallélisme des batteries, des effets de circulation et de court-circuit.
Contrairement à la solution PCS à machine unique de 2,5 MW, Sineng Electric a choisi de connecter deux PCS modulaires de 1,25 MW en parallèle pour former une unité à double-branche de 2,5 MW. La connexion parallèle de deux PCS de 1,25 MW doit surmonter les difficultés techniques de synchronisation, de distribution de la puissance, de circulation parallèle, etc., posées par la connexion parallèle des côtés AC et CC, et il y a également une certaine pression sur les coûts des matériaux ; cependant, le PCS de 1,25 MW a un volume et un poids plus petits, des coûts de transport et de maintenance sur site plus faibles, une difficulté de contrôle de dissipation thermique réduite, et un meilleur appariement du côté CC. Il permet de réduire de 50 % le nombre de clusters de batteries en parallèle, d'augmenter efficacement la capacité de charge et de décharge de 0,75 %, et de s'adapter aux besoins de stockage d'énergie à long terme de 4 heures et plus.
Pour répondre aux besoins de correspondance de puissance du futur compartiment de batterie à grande capacité de 6 MWh+, Sineng Electric peut également adapter de manière flexible 4 nouveaux PCS modulaires de 1,725 MW en parallèle pour former une machine intégrée centralisée de 6,9 MW, qui correspond parfaitement à la prochaine génération de cellules de batteries à grande capacité.
Tendance 2 : Le taux de pénétration des PCS à chaînes continue d'augmenter
Dans le contexte des guerres de prix et des accidents de sécurité fréquents en 2024, le stockage d'énergie à chaînes est de nouveau devenu le « chouchou » du marché. Lors des principales expositions de stockage d'énergie en 2024, le concept de « un cluster, une gestion » apporté par le stockage d'énergie à chaînes est devenu le principal point technique des nombreux nouveaux produits de stockage d'énergie et un « invité » récurrent dans la promotion des produits. La demande pour le stockage d'énergie à chaînes sur le marché des appels d'offres augmente également rapidement. Selon les statistiques, les appels d'offres pour le stockage d'énergie à chaînes en 2024 ont atteint l'échelle GWh.
Cabanes de batteries AC/DC intégrées : Opportunités et risques
Comparé aux systèmes traditionnels de stockage d'énergie centralisés, la solution de stockage d'énergie à chaînes relie chaque cluster de batteries de stockage d'énergie à un onduleur de stockage d'énergie et adopte une gestion un-à-un des clusters de batteries, ce qui permet de surmonter les effets de circulation parallèle et de court-circuit pour améliorer la capacité disponible du système, l'efficacité du système et la durée de vie du système. En même temps, son poids et ses dimensions globales sont réduits, ce qui facilite le transport sur site et l'exploitation et la maintenance ; elle adopte une déconnexion de cluster unique, une protection segmentée multi-couches et une distribution dynamique de la puissance. La défaillance d'un seul PCS n'affecte pas la production globale, ce qui est particulièrement adapté aux marchés étrangers et au stockage d'énergie industriel et commercial nécessitant une élimination rapide des pannes et une exploitation et maintenance faciles.
De plus, en plus de la solution externe conventionnelle de PCS, les principaux fabricants intégrés de l'industrie ont également lancé des systèmes de "cabine de batterie AC/DC intégrée" avec PCS intégrés, qui remplacent partiellement les fonctions de la boîte haute tension du cluster de batteries et réalisent un couplage profond entre le PCS et les clusters de batteries en termes de topologie électrique, gestion de dissipation thermique, structure, etc. Sur la base des avantages du système à chaînes, la densité de puissance du système de batteries est encore améliorée, et le débogage commun peut être réalisé en usine, réduisant considérablement la charge de travail et le coût du débogage sur site. Bien sûr, pour la plupart des fabricants de batteries ou des intégrateurs de systèmes qui n'ont pas de capacités de R&D en PCS, cette solution intégrée AC/DC présente également des problèmes notables tels que la difficulté et le coût élevés de la R&D, une polyvalence réduite lors des achats et de la sélection, une maintenabilité du PCS réduite, des frontières de responsabilité en matière de sécurité peu claires, et des risques accrus d'arc électrique ou de court-circuit. Une réflexion complète est nécessaire en fonction des différents environnements d'application et scénarios.
Tendance 3 : L'émergence des PCS refroidis par liquide.
Alors que la technologie de refroidissement liquide devient progressivement courante dans le domaine des batteries, elle commence également à émerger dans le domaine des PCS. Les principaux fabricants de PCS ont lancé de nouveaux produits PCS refroidis par liquide, tels que Sineng Electric, Kehua, Sungrow Power Supply, Sowin Electric, Huichuan, etc.
Comparé au refroidissement par air traditionnel, le refroidissement liquide offre une densité de puissance plus élevée, une redondance de dissipation thermique plus importante et un meilleur niveau de protection. Il est particulièrement adapté aux PCS centralisés de plus de 2 MW et aux PCS à chaînes de plus de 250 kW. Il est plus adapté aux environnements de haute température et d'humidité, en altitude, en brouillard salin, en tempête de neige, etc. Le refroidissement liquide présente une densité de puissance plus élevée, un meilleur niveau de protection et une plus grande adaptabilité aux environnements de haute température et d'humidité, au brouillard salin, aux tempêtes de neige et autres.
Pour le "compartiment de batterie AC entièrement refroidi par liquide" utilisant des PACK refroidis par liquide + PCS à chaînes refroidis par liquide, l'intégration du système est encore améliorée, avec trois modes de contrôle de température : refroidissement rapide, micro-refroidissement et chauffage. Il peut être intelligemment commuté en fonction de la cellule de batterie, de la température ambiante et des conditions de fonctionnement, ce qui améliore considérablement l'efficacité, la performance, la sécurité et l'intelligence du système. Bien sûr, pour les PCS centralisés de 2 MW et inférieurs et les PCS à chaînes de 250 kW et inférieurs, la solution de refroidissement par air existante peut pleinement satisfaire les exigences de dissipation thermique. Elle possède une structure simple, un faible coût, une consommation d'énergie en fonctionnement réduite, une exploitation et une maintenance facilitées, et aucun risque de sécurité lié aux fuites et à la condensation. Elle continuera de représenter la grande majorité de la part de marché à l'avenir.
Tendance 4 : La pénétration du stockage d'énergie de type réseau continue d'augmenter.
À la fin de 2024, la capacité installée de production d'énergie à partir de nouvelles énergies, principalement l'énergie éolienne et l'énergie solaire, atteindra 1,45 milliard de kilowatts, dépassant pour la première fois la capacité installée des centrales thermiques. La proportion élevée d'accès des nouvelles énergies et l'accès de grands équipements électroniques de puissance ont conduit à une diminution de l'inertie du système et à un manque d'amortissement des grands réseaux électriques traditionnels, entraînant un affaiblissement des capacités de résistance aux perturbations, ce qui a apporté d'énormes défis à la stabilité de la fréquence, à la stabilité de la tension et à la stabilité de l'angle de puissance du système électrique.
Le convertisseur de stockage d'énergie de type réseau fonctionne avec les caractéristiques d'une source de tension synchrone, construit et maintient la tension et la fréquence de sortie, fournit activement un soutien au réseau et aide le système à se stabiliser dynamiquement et à se rétablir et se reconstruire rapidement.
Trois valeurs fonctionnelles principales du PCS de type réseau
La valeur fonctionnelle principale du stockage d'énergie de type réseau peut être divisée en trois catégories et 10 points :
1) Régulation dynamique de la tension, régulation rapide de la fréquence, réponse à l'inertie et contrôle de l'amortissement sous conditions de petites perturbations ;
2) Support actif SCR, surcharge de courte durée (3 fois pendant 10 s), tolérance aux surtensions/sous-tensions, et tolérance aux sauts d'angle de phase sous conditions de grandes perturbations ;
3) Isolement et reconstruction en cas de défaut permanent : commutation réseau-connecté et hors réseau, et démarrage à froid.
Sous des conditions de petites perturbations, le stockage d'énergie de type réseau peut effectuer une modulation rapide de la fréquence et une régulation dynamique de la tension pour parvenir à un équilibre dynamique entre la puissance active et réactive ; il peut effectuer une réponse à l'inertie et un contrôle de l'amortissement pour compenser le manque d'inertie et d'amortissement des systèmes traditionnels de stockage d'énergie de type réseau, prévenir les clignotements et fluctuations rapides de la puissance, et supprimer les oscillations à large bande du système.
Sous des conditions de grandes perturbations, le stockage d'énergie doit fonctionner de manière stable sous des réseaux électriques faibles et être capable de fournir rapidement de l'énergie pour soutenir la force du réseau électrique lors d'une défaillance de l'énergie renouvelable. Cela nécessite que le stockage d'énergie ait une capacité de surcharge à court terme de 3I/10s, une traversée continue des défauts de haute et basse tension, et qu'il soit capable de supporter des sauts d'angle de phase allant jusqu'à 60°.
Lorsque le défaut du réseau externe ne peut pas être restauré dans un court délai, le stockage d'énergie peut passer sans interruption de l'opération connectée au réseau à l'opération hors réseau, fournissant une tension et une fréquence stables pour le réseau interne. Lorsque les conditions triphasées sont remplies, le stockage d'énergie peut passer de l'opération hors réseau à l'opération connectée au réseau.
Conclusion : L'innovation PCS définira l'avenir du stockage d'énergie
Lorsque le réseau électrique est hors tension à grande échelle, le stockage d'énergie peut être utilisé comme une source d'alimentation de démarrage à froid à zéro tension pour soutenir la reconstruction du réseau électrique.
D'un point de vue des normes des produits, il manque actuellement des normes nationales pertinentes pour les onduleurs de stockage d'énergie connectés au réseau, ce qui limite la sélection et la conception, les tests et la certification, ainsi que l'examen de la connexion au réseau et l'application pratique du stockage d'énergie connecté au réseau.
6 Caractéristiques Clés du PCS de Stockage d'Énergie à Connaître
Certification de sécurité des systèmes de stockage d’énergie : normes UL9540 et UL9540A
