Quels sont les principaux avantages de l’utilisation de batteries au lithium industrielles par rapport aux batteries plomb-acide traditionnelles dans les systèmes de stockage d’énergie à grande échelle ?
2024-10-25
Avec la construction à grande échelle de centrales photovoltaïques, la plupart des systèmes de stockage d'énergie, qu'il s'agisse de stockage d'énergie domestique ou de systèmes de stockage de batteries à grande échelle, utilisent des batteries au lithium. Avec l'apparition continue d'incendies de batteries au lithium, les gens ne peuvent s'empêcher de se demander pourquoi les batteries de stockage d'énergie n'utilisent pas de batteries au plomb-acide plus sûres, mais des batteries au lithium plus dangereuses ?
Dans cet article, nous présenterons en détail pourquoi les systèmes de stockage d’énergie domestique ou de stockage de batteries à grande échelle n’utilisent pas de batteries au plomb-acide mais des batteries au lithium.
Exigences relatives aux centrales de stockage d'énergie Les centrales de stockage d'énergie modernes nécessitent des batteries de stockage d'énergie de grande capacité, à haut rendement, à longue durée de vie et à haute sécurité. À cet égard, les batteries au plomb-acide ont été progressivement remplacées par des technologies de stockage d'énergie avancées telles que les batteries lithium-ion et les batteries sodium-ion.
1. Inconvénients des batteries au plomb-acide
Les batteries au plomb-acide sont l'un des composants chimiques électroniques les plus utilisés. Bien que leur coût de fabrication soit relativement faible, elles présentent certains inconvénients et ne conviennent pas à une utilisation comme système de stockage d'énergie domestique ou comme système de stockage de batteries à grande échelle:
(1).Courte vie:
La durée de vie des batteries au plomb n'est que de 4 à 5 ans, alors que la durée de vie des batteries de stockage d'énergie domestique ou des stations de stockage de batteries à grande échelle doit être plus longue, généralement supérieure à 10 ans. À mesure que la durée de vie augmente, les coûts d'entretien et de remplacement des batteries au plomb augmentent progressivement.
(2).Coût de maintenance élevé:
Le coût de maintenance des batteries au plomb est relativement élevé, principalement en raison de la charge et de la maintenance. Ces tâches ne peuvent être effectuées que par des techniciens professionnels, le coût de maintenance est donc très élevé. Les batteries au plomb ont un taux d'autodécharge élevé et sont sujettes à la génération de gaz, ce qui nécessite un entretien fréquent.
(3).Grande taille et poids:
Les centrales électriques de stockage d’énergie domestique ou de stockage sur batterie à grande échelle d’aujourd’hui nécessitent des packs de batteries de grande capacité, de faible volume et légers, mais les batteries au plomb-acide sont relativement grandes en taille et en poids et ne peuvent pas répondre aux besoins actuels.
Les batteries au plomb-acide sont utilisées comme alimentation de secours dans les installations résidentielles de production d'énergie solaire depuis les années 1970. Bien qu'elles soient similaires aux batteries de voiture traditionnelles, les batteries utilisées dans les systèmes de stockage d'énergie résidentiels sont appelées batteries à décharge profonde car elles peuvent être déchargées et chargées plus de fois que la plupart des batteries de voiture.
Les batteries au plomb coûtent traditionnellement moins cher que les batteries lithium-ion, ce qui les rend plus attractives pour les particuliers. Cependant, leur durée de vie est bien plus courte que celle des batteries lithium-ion.
Les batteries plomb-acide ont une durée de vie inférieure à celle des batteries lithium-ion. Alors que certaines batteries plomb-acide peuvent être chargées et déchargées jusqu'à 1 000 fois, les batteries lithium-ion peuvent être chargées et déchargées entre 1 000 et 4 000 fois.
La plupart des batteries au plomb ont une durée de vie d'environ 5 ans et sont couvertes par une garantie correspondante. Par conséquent, les utilisateurs résidentiels devront remplacer les batteries au plomb plusieurs fois au cours de la durée de vie totale d'une installation de production d'énergie solaire.
Les batteries au plomb-acide stockent l'énergie moins efficacement que d'autres technologies de stockage d'énergie telles que les batteries lithium-ion. En raison de leur efficacité inférieure, elles ne peuvent pas non plus se charger ou se décharger aussi rapidement que les systèmes de stockage d'énergie à batterie au lithium.
Les batteries au plomb-acide ont une capacité de décharge plus faible, ce qui signifie qu'une consommation trop importante d'énergie entraînera une détérioration rapide de leur capacité à stocker l'énergie. Des recherches menées par le National Renewable Energy Laboratory (NREL) ont montré que libérer 50 % de l'énergie d'une batterie au plomb-acide lui permet d'effectuer 1 800 cycles de charge et de décharge avant que sa capacité de stockage d'énergie ne diminue de manière significative. Si elle est déchargée à 80 % de sa capacité, elle ne peut supporter que 600 cycles de charge et de décharge, après quoi sa capacité diminuera considérablement.
Étant donné que les batteries plomb-acide ont une efficacité de stockage d'énergie relativement faible et ne peuvent pas être entièrement déchargées, elles nécessitent une capacité de stockage d'énergie et un espace plus importants que les batteries lithium-ion. Les batteries plomb-acide sont également beaucoup plus lourdes que les batteries lithium-ion, nécessitent des supports plus robustes pour les placer et nécessitent plus d'espace que les packs de batteries lithium-ion.
Le plomb est un métal lourd toxique et, bien qu’il soit recyclable, il peut néanmoins provoquer une pollution en raison d’une élimination inappropriée.
2. Avantages des batteries lithium-ion
Les batteries des centrales de stockage d'énergie domestique ou des centrales de stockage d'énergie à grande échelle nécessitent une sécurité élevée, une densité énergétique élevée, une longue durée de vie et un faible coût de maintenance. Par conséquent, les centrales de stockage d'énergie d'aujourd'hui utilisent principalement des batteries lithium-ion comme packs de batteries.
(1). Respect de l'environnement :
Les batteries lithium-ion sont beaucoup plus respectueuses de l'environnement que les batteries plomb-acide, en particulier grâce à l'apparition des batteries lithium-fer-phosphate, qui ne contiennent pas de métaux toxiques et ne causent pratiquement aucun dommage à l'environnement. Les batteries plomb-acide contiennent cependant des métaux lourds et peuvent provoquer une grave pollution de l'environnement.
(2). Sécurité:
Avec le développement continu de la technologie, le niveau de gestion des batteries au lithium a évolué rapidement. Les batteries au lithium d'aujourd'hui ont de bonnes fonctions de protection contre les surcharges et les décharges excessives, et adoptent des mesures de sécurité plus strictes pour protéger la sécurité des utilisateurs. Pour le contrôle de sécurité des batteries au lithium, veuillez vous référer à l'article « Discussion sur la conception structurelle et la sécurité du stockage d'énergie dans les conteneurs de batteries ».
(3). Densité énergétique élevée:
À masse égale, la densité énergétique des batteries lithium-ion est 3 à 4 fois supérieure à celle des batteries plomb-acide. Cela signifie que les batteries lithium-ion peuvent fournir plus de puissance et occuper moins d'espace et de volume.
En termes de poids. Les batteries lithium-ion utilisées dans les systèmes de stockage d'énergie résidentiels ne sont pas légères, mais elles sont beaucoup plus légères que les batteries plomb-acide. La Tesla Powerwall de 13,5 kWh pèse environ 278 livres, la batterie plomb-acide de 1,7 kWh pèse environ 132 livres et la batterie plomb-acide de la même capacité que la Powerwall pèsera plus de 1 000 livres.
(4). Longue vie:
Par rapport à la durée de vie moyenne de 5 ans des batteries plomb-acide, la durée de vie moyenne des batteries au lithium est supérieure à 10 ans.
(5). Efficacité opérationnelle accrue:
Les batteries au plomb-acide stockent l'énergie moins efficacement que d'autres technologies de stockage d'énergie telles que les batteries lithium-ion. En raison de leur efficacité inférieure, elles ne peuvent pas non plus se charger ou se décharger aussi rapidement que les systèmes de stockage d'énergie à batterie au lithium. Les batteries lithium-ion peuvent également se charger plus rapidement à des tensions plus élevées. Alors que les batteries au plomb-acide peuvent prendre jusqu'à 16 heures pour se charger complètement, même les batteries lithium-ion à charge la plus lente peuvent être complètement chargées en environ quatre heures.
Les batteries au plomb-acide ont une faible capacité de décharge, ce qui signifie qu'une consommation trop importante d'énergie entraîne une détérioration rapide de leur capacité à stocker l'énergie. Des recherches menées par le National Renewable Energy Laboratory (NREL) aux États-Unis ont montré que libérer 50 % de l'énergie d'une batterie au plomb-acide peut lui permettre d'effectuer 1 800 charges et décharges avant que sa capacité de stockage d'énergie ne chute de manière significative. Si elle est déchargée à 80 % de sa capacité, elle ne peut supporter que 600 charges et décharges, après quoi sa capacité chutera de manière significative.
Étant donné que les batteries au plomb-acide ont une efficacité de stockage d'énergie relativement faible et ne peuvent pas être entièrement déchargées, elles nécessitent une capacité de stockage d'énergie et un espace plus importants que les batteries lithium-ion. Les batteries au plomb-acide sont également beaucoup plus lourdes que les batteries lithium-ion, nécessitent des supports plus solides pour les loger et nécessitent plus d'espace que les packs de batteries lithium-ion.
(6). Faible coût d’entretien :
En raison de la longue durée de vie des batteries lithium-ion, les coûts de maintenance sont également réduits en conséquence, ce qui joue un rôle important dans le contrôle des coûts d'exploitation quotidiens des centrales de stockage d'énergie.
(7). L'écart de coût se réduit:
Au départ, les batteries au plomb-acide présentaient un avantage de coût supérieur à celui des batteries au lithium. Cependant, avec l'expansion continue de la technologie et l'échelle d'utilisation, le coût des batteries au lithium a continué de baisser ces dernières années, et la différence de coût entre les deux deviendra de plus en plus petite.
À long terme, les batteries au lithium présentent des avantages évidents dans le stockage d'énergie électrochimique, tandis que les batteries au lithium fer phosphate présentent des avantages évidents en termes de coût et de performances de cycle par rapport aux batteries au lithium fabriquées à partir d'autres matériaux, sont plus respectueuses de l'environnement et offrent une sécurité plus élevée. Indépendamment de la situation d'application actuelle et de la tendance de développement, à l'avenir, la principale croissance du stockage d'énergie domestique et du stockage d'énergie commercial et industriel résidera dans les batteries au lithium fer phosphate, qui devraient devenir le courant dominant du stockage d'énergie domestique ou des systèmes de stockage de batteries à grande échelle.
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