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WO2014096739A1 - Gestion de batteries haute temperature - Google Patents

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WO2014096739A1
WO2014096739A1 PCT/FR2013/053228 FR2013053228W WO2014096739A1 WO 2014096739 A1 WO2014096739 A1 WO 2014096739A1 FR 2013053228 W FR2013053228 W FR 2013053228W WO 2014096739 A1 WO2014096739 A1 WO 2014096739A1
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WO
WIPO (PCT)
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battery
temperature
batteries
operating temperature
network
Prior art date
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Application number
PCT/FR2013/053228
Other languages
English (en)
Inventor
Nicolas Martin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Priority to JP2015548739A priority patent/JP2016506715A/ja
Priority to US14/653,538 priority patent/US20150349393A1/en
Publication of WO2014096739A1 publication Critical patent/WO2014096739A1/fr
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Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
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    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention generally relates to the management of energy in an electrical distribution network and, more particularly, the management of high temperature electrochemical batteries for storing electricity.
  • the so-called high temperature batteries are electrochemical batteries used in power distribution networks.
  • This type of battery is also known as "Sodium Beta” batteries, which include sodium / nickel chloride batteries (Zebra batteries) as well as sodium / sulfur batteries. All these batteries are batteries of high capacity (several tens of kilowatt hours) and are generally located on the distribution grid, that is to say between the high voltage or medium voltage transformer stations to the low voltage, and subscribers.
  • Energy storage means such as batteries are generally desirable in power grids to absorb peaks in consumption or production. Indeed, in the absence of such storage elements, it is necessary to size the production and distribution so that it is able to meet demand and production, including in periods of high consumption / production peaks are usually only a few hours for a few days per year.
  • High temperature batteries are practical storage means to the extent that they can be easily placed near the consumption sites, which is not the case for other hydraulic storage type power distribution control means.
  • a diffi ⁇ culty is that these batteries should be brought to a temperature of several hundred degrees (typically around 300 ° C) to operate (charge and discharge).
  • the need to carry these batteries at high temperatures for them to work means that they are in practice kept permanently at operating temperature.
  • GB-A-2081000 also discloses a method of regulating the temperature of NAS batteries.
  • an object of an embodiment of the present disclosure aims at overcoming all or part of the drawbacks associated with the use of high tempera ⁇ erasure batteries.
  • Another object of an embodiment is to increase the service life of high temperature batteries and, more particularly, batteries able to withstand temperature variations.
  • Another object of an embodiment is to optimize the use of high temperature batteries in an electrical network.
  • Another object of an embodiment is to propose a solution more particularly adapted to Sodium-Beta type batteries.
  • a method of managing at least one high temperature electrochemical battery wherein the battery is brought to a nominal operating temperature after detection of a need. use.
  • a method of managing at least one high temperature electrochemical battery comprising the following steps:
  • the difference between the ambient temperature and the operating temperature is at least 100 ° C.
  • the aging of the battery at ambient temperature is at least twice as slow as its aging at operating temperature.
  • the transition from the ambient temperature to the operating temperature and vice versa takes several hours.
  • the evaluation steps are performed in advance taking into account the time required to bring the battery or batteries to their operating temperature.
  • the evaluation steps are performed daily for the following day.
  • Figure 1 is a schematic representation of an electrical network of the type to which the embodiments to be described apply;
  • Figures 2A, 2B and 2C are timing diagrams illustrating very schematically an example of function ⁇ ment of energy management method.
  • FIG. 3 is a simplified block diagram of one embodiment of the energy management method.
  • FIG. 1 is a very schematic representation of an example of an electrical network of the type to which the embodiments which will be described apply.
  • an electricity network comprises production units 11, for example of the nuclear power station, thermal, hydraulic, wind farm, etc., a transport network for example air 12 (towers and cables) or buried between the production units and substation transformers very high voltage to medium voltage or low voltage 13. Downstream of these transformers or substations source, there is a distribution network 14 responsible for conveying the medium or low voltage to users, for example industries 15, collective or individual dwellings 20, where appropriate through secondary transformation 17.
  • Production units for example of the solar power plant type 18
  • production units can also supply energy directly to a secondary transformer station 17.
  • mini-or micro-power plants energy production, for example, solar panels 21 installed on the roof of houses or buildings, which are likely to reinject energy on the network.
  • the power grid incorporates increasingly decentralized storage systems, for example, batteries electro ⁇ high temperature chemical 30.
  • batteries electro ⁇ high temperature chemical 30 In the example 1, a single battery 30 has been shown associated with a transformer 17, but such decentralized storage elements can be distributed to multiple locations of the network.
  • FIGS. 2A, 2B and 2C are timing diagrams illustrating an example of energy management in an electrical network using a high temperature electrochemical battery storage element.
  • Figure 2A illustrates an example of the power generation (PROD) rate provided by the various plants over time, for example over the course of a day.
  • Figure 2B illustrates the power demand of the network (POWER), that is, the consumption requirements.
  • Figure 2C illustrates the pace of energy (BAT) in the battery.
  • PROD power generation
  • BAT pace of energy
  • FIGS. 2A to 2C have been described in connection with the use of a storage element but, in practice, using decentralized storage elements, this operation can be reproduced at these various storage elements.
  • NAS sodium sulfide
  • the NAS-type batteries are not adapted to withstand cycling in terms of rise-fall in temperature between the nominal operating temperature and the ambient temperature (typically a few tens of degrees, of the order of 20-25 degrees). This is why we usually try to keep them at their nominal operating temperature, whether they are used or not. This cycling in terms of rise-fall in temperature is different from the cycling in charge-discharge.
  • the inventors have found that other types of batteries withstand a cycle in terms of rise-fall in temperature between the ambient temperature (typically 25 ° C.) and a nominal operating temperature (of the order of
  • the number of charge-discharge cycles that the battery is likely to support is of the order of 3000 and that the calendar aging at the nominal operating temperature (of the order of 300 ° C) is about 10 years.
  • the inventor has also found that the batteries could be used to absorb peaks of consumption that of the order of one cycle per day and for a few months per year. By estimating the number of months as four, this means that the life of the battery will be limited by calendar aging while it could support a greater number of cycles. High temperature batteries of this type are therefore generally underused.
  • the inventor has found that by using batteries in periods when they are really useful from the point of view of the electricity grid, that is to say in periods when there are significant peaks in consumption, It was possible to increase the life of the batteries by bringing them back to room temperature outside the operating periods. It then takes advantage of the fact that some batteries support a cycle in terms of rise-fall in temperature to control a heating system and / or cooling of the battery. A difficulty, however, is that it takes several hours or even a day to carry a high temperature electrochemical battery to its operating temperature. Therefore, the responsiveness of the system is problematic.
  • FIG. 3 is a simplified flow diagram of an embodiment of the method of managing a battery. This figure will be described in connection with an example of use of a single battery but it will be noted that it transposes without difficulty regardless of the number of batteries.
  • the time required to place a battery in its operating conditions is of the order of one day.
  • the method described will be able to adapt to other durations but the example of a day corresponds to a realistic example which, moreover, adapts perfectly to the periodicity of production of the solar power stations (production during the day where the energy demand is lower) and the frequency of consumption peaks (maximum consumption at the beginning and end of the day where solar production is low or non-existent).
  • step 35 is obviously skipped.
  • the difference between the operating temperature and the ambient temperature is, in practice, at least 100 degrees. It is not a question of regulating the temperature of the battery around a value but "switch" its temperature between two values distant from each other, to take advantage of different aging conditions.
  • the battery is then usable (BAT ON state, block 36).
  • the battery can then be placed at rest at ambient temperature (of the order of 25 ° C) to limit aging.
  • Steps 31 to 38 are repeated daily
  • NEXT D NEXT D
  • This periodicity may depend, in particular, on the time required to carry an electrochemical battery at operating temperature. The choice of the time to implement steps 31-38 is not important, but the same time will always be chosen from one day to the next.
  • FIG. 4 is a simplified flowchart illustrating an alternative embodiment of the method. Compared to Figure 3, the difference is that the test 33 is replaced by a test 33 '(CONS (D + 1) ⁇ PROD (D + 1)?) In which it is evaluated whether the consumption expected for the future period will be different from the expected production for this future period. If so, put the battery in its operating condition (blocks 34, 35 and 36), whether to charge it (lower consumption than production) or to unload it (consumption greater than production). If not, the battery is brought back to room temperature (blocks 37 and 38).
  • only the production expected for the future period or only the expected consumption is evaluated.
  • the battery is then placed in its operating condition if the expected production (or consumption) is greater than a threshold. This prepares the battery, either to be charged or to be discharged.
  • the method described above can be implemented using computer equipment commonly present in the control centers of the electrical network.
  • the control of the batteries and in particular their preheating are easily carried out remotely, the equipment of an electrical network is now almost all remote controllable.
  • the lifetime of the electrochemical batteries is considerably increased while optimizing the management of the network and the use of the decentralized storage elements.
  • batteries to which the described embodiments can be applied depends on their aging conditions at ambient temperature and at operating temperature. Preferably, one will select types of batteries whose aging ratio between the two temperatures is at least 2. This is the case of Sodium-Beta type batteries.
  • batteries whose operating temperature is higher than the ambient temperature these embodiments could be transposed to batteries whose nominal operating temperature is lower than the ambient temperature by applying cooling instead of reheating.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de gestion d'au moins une batterie électrochimique haute température (30) comprenant les étapes suivantes : évaluer (32) les capacités de production d'un réseau électrique et/ou évaluer (31) les besoins en consommation des utilisateurs de ce réseau, pour une période future; décider (33) d'utiliser ou non de la batterie au cours de la période future, en fonction du résultat de l'étape d'évaluation; et porter (36) la batterie à une température de fonctionnement ou ramener (38) la batterie au repos à température ambiante en fonction de la décision prise.

Description

GESTION DE BATTERIES HAUTE TEMPERATURE
Domaine de 1 ' invention
La présente invention concerne de façon générale la gestion de l'énergie dans un réseau de distribution électrique et, plus particulièrement, la gestion de batteries électro- chimiques haute température de stockage d'électricité.
Exposé de l'art antérieur
Les batteries, dites haute température, sont des batteries électrochimiques utilisées dans les réseaux de distribution d'énergie. Ce type de batterie est également connu sous la dénomination batteries "Sodium Beta", qui incluent notamment les batteries au sodium/chlorure de nickel (batteries Zébra) ainsi que des batteries au sodium/soufre. Toutes ces batteries sont des batteries de forte capacité (plusieurs dizaines de kilowattheures) et sont généralement implantées sur le réseau électrique de distribution, c'est-à-dire entre les postes de transformation de haute ou moyenne tension vers la basse tension, et les abonnés.
Des moyens de stockage d'énergie tels que des batteries sont généralement souhaitables dans les réseaux électriques afin d'absorber les pics de consommation ou de production. En effet, en l'absence de tels éléments de stockage, il est nécessaire de dimensionner le réseau de production et de distribution électrique afin que celui-ci soit en mesure de satisfaire la demande et la production, y compris dans des fortes périodes de consommation/production dont les pics ne représentent généralement que quelques heures pendant quelques jours par an.
Les batteries haute température constituent des moyens de stockage pratiques dans la mesure où ils peuvent être aisément placés à proximité des sites de consommation, ce qui n'est pas le cas des autres moyens de régulation de distribution d'énergie de type stockage hydraulique. Toutefois, une diffi¬ culté est que ces batteries doivent être portées à une température de plusieurs centaines de degrés (typiquement de l'ordre de 300°C) pour fonctionner (en charge et en décharge). Le besoin de porter ces batteries à haute température pour qu'elles fonctionnent fait qu'elles sont en pratique maintenues en permanence à température de fonctionnement.
Cela accroît le coût de l'énergie, non seulement en raison du besoin de chauffer les batteries en permanence, mais également car cela limite la durée de vie de ces batteries. En effet, les batteries de type haute température ont une durée de vie limitée de l'ordre d'une dizaine d'années en fonctionnement à haute température.
Le document "Analysis and Operational Records of NAS Battery" de K. Iba et al, R. Ideta et K. Suzuki - Universities Power Engineering Conférence, 2003 - UPEC '06. Proceedings of the 41st International, IEEE, PI, 1 septembre 2006, pages 491- 495, décrit un procédé de régulation de la température de batteries de type NAS.
Le document GB-A-2081000 décrit également un procédé de régulation de la température de batteries NAS.
Le document "Overview of the Sodium-Sulfur Battery for the IEEE Stationary Battery Committee" d'A. Bito - Power Engineering Society General Meeting, 2005 - IEEE San Francisco, USA - 12-16 juin 2005 - pages 2346-2349, fait un état des lieux des batteries de type NAS. Le document "Battery Storage System sizing in distribution feeders with distributed photovoltaic Systems" de C. Venu et al. Powertech 2008 IEEE Bucharest, IEEE, Piscataway, NJ, USA - 28 juin 2009 - pages 1-5, décrit un système combinant des batteries et une production photovoltaïque .
Tous les documents ci-dessus insistent sur l'importance, dans les batteries NAS de réguler la température afin d'éviter des variations de température préjudiciables à la durée de vie de ces batteries.
Résumé
Ainsi, un objet d'un mode de réalisation de la présente description vise à pallier tout ou partie des inconvénients liés à l'utilisation de batteries haute tempé¬ rature .
Un autre objet d'un mode de réalisation est d'accroître la durée de vie des batteries haute température et, plus particulièrement les batteries aptes à supporter des variations de température.
Un autre objet d'un mode de réalisation est d'optimiser l'utilisation de batteries haute température dans un réseau électrique.
Un autre objet d'un mode de réalisation est de proposer une solution plus particulièrement adaptée à des batteries de type Sodium-Béta.
Pour atteindre tout ou partie de ces objets ainsi que d'autres, on prévoit un procédé de gestion d'au moins une batterie électrochimique haute température, dans lequel la batterie est portée à une température nominale de fonctionnement suite à une détection d'un besoin d'utilisation.
Selon un mode de réalisation, on prévoit un procédé de gestion d'au moins une batterie électrochimique haute température comprenant les étapes suivantes :
évaluer les capacités de production d'un réseau électrique et/ou évaluer les besoins en consommation des utilisateurs de ce réseau, pour une période future ; décider d'utiliser ou non de la batterie au cours de la période future, en fonction du résultat de l'étape d'évaluation ;
porter la batterie à une température de fonctionnement ou ramener la batterie au repos à température ambiante en fonction de la décision prise ; et
répéter les étapes ci-dessus.
Selon un mode de réalisation, l'écart entre la température ambiante et la température de fonctionnement est d'au moins 100°C.
Selon un mode de réalisation, le vieillissement de la batterie à température ambiante est au moins deux fois plus lent que son vieillissement à température de fonctionnement.
Selon un mode de réalisation, le passage de la température ambiante à la température de fonctionnement et inversement prend plusieurs heures.
Selon un mode de réalisation, les étapes d'évaluation sont effectuées de façon anticipée en tenant compte de la durée nécessaire pour porter la ou les batteries à leur température de fonctionnement.
Selon un mode de réalisation, les étapes d'évaluation sont effectuées quotidiennement pour le jour suivant.
On prévoit également un procédé de gestion d'énergie dans un réseau électrique, dans lequel des batteries électro- chimiques haute température sont utilisées pour stocker l'éner¬ gie produite par des centrales solaires décentralisées.
On prévoit également un réseau électrique adapté à la mise en oeuvre du procédé de gestion d'énergie.
Brève description des dessins
Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 est une représentation schématique d'un réseau électrique du type auquel s'appliquent les modes de réalisation qui vont être décrits ;
les figures 2A, 2B et 2C sont des chronogrammes illustrant de façon très schématique un exemple de fonction¬ nement du procédé de gestion d'énergie ; et
la figure 3 est un schéma bloc simplifié d'un mode de réalisation du procédé de gestion d'énergie.
Description détaillée
De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures qui ont été tracées sans respect d'échelle. Pour simplifier, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et seront détaillés. En particulier, les installations de production d'énergie n'ont pas été détaillées, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec les installations usuelles équipant les réseaux. De plus, la constitution d'une batterie électrochimique haute température n'a pas non plus été détaillée, les modes de réalisation décrits étant là encore compatibles avec les batteries usuelles.
La figure 1 est une représentation très schématique d'un exemple de réseau électrique du type auquel s'appliquent les modes de réalisation qui vont être décrits.
Un tel réseau se retrouve de façon générale dans n'importe quelle région ou pays. Typiquement, un réseau électrique comporte des unités de production 11, par exemple de type centrale nucléaire, thermique, hydraulique, parc éolien, etc., un réseau de transport par exemple aérien 12 (pylônes et câbles) ou enterré entre les unités de production et des postes de transformation très haute tension vers moyenne tension ou basse tension 13. En aval de ces transformateurs ou postes source, on trouve un réseau de distribution 14 chargé de véhiculer la moyenne ou basse tension vers des utilisateurs, par exemple des industries 15, des logements collectifs 16 ou individuels 20, le cas échéant par l'intermédiaire de postes de transformation secondaires 17. Des unités de production (par exemple de type centrale solaire 18) peuvent également fournir directement de l'énergie à un poste de transformation secondaire 17. Par ailleurs, il existe de plus en plus de mini- ou micro- centrales de production d'énergie, par exemple, des panneaux solaires 21 installés sur le toit des maisons ou immeubles, qui sont susceptibles de réinjecter de l'énergie sur le réseau.
Pour faciliter la régulation et la gestion de l'énergie distribuée en fonction de la demande, le réseau électrique intègre de plus en plus souvent des systèmes de stockage décentralisés, par exemple, des batteries électro¬ chimiques haute température 30. Dans l'exemple de la figure 1, une seule batterie 30 a été représentée associée à un transformateur 17, mais de tels éléments de stockage décentralisés peuvent être répartis à de multiples endroits du réseau .
Les figures 2A, 2B et 2C sont des chronogrammes illustrant un exemple de gestion d'énergie dans un réseau électrique à l'aide d'un élément de stockage de type batterie électrochimique à haute température. La figure 2A illustre un exemple d'allure de la production d'énergie (PROD) fournie par les diverses centrales au cours du temps, par exemple au cours d'une journée. La figure 2B illustre l'appel de puissance du réseau (POWER), c'est-à-dire les besoins en consommation. La figure 2C illustre l'allure de l'énergie (BAT) dans la batterie.
On suppose qu'au début de la période temporelle considérée, la puissance appelée par le réseau n'excède pas la capacité maximale MAX de production des centrales. On en profite alors pour recharger la batterie (entre les instants tl et t2) . L'énergie stockée dans la batterie sert alors à une autre période par exemple de la journée (entre les instants t3 et t4) au cours de laquelle les besoins en énergie du réseau de distribution excèdent la production maximale susceptible d'être fournie par les centrales. Une telle gestion d'énergie évite de devoir surdimensionner le réseau en fonction de pics de consommation épisodiques. Les figures 2A à 2C ont été décrites en relation avec l'utilisation d'un élément de stockage mais, en pratique, en utilisant des éléments de stockage décentralisés, ce fonctionnement peut être reproduit au niveau de ces divers éléments de stockage.
La durée de vie des batteries électrochimiques haute température est cependant limitée. Cette durée de vie dépend du nombre de cycles (charge-décharge) d'utilisation de la batterie (vieillissement en cyclage) , ainsi que du temps (vieillissement calendaire) .
Une grande partie des batteries haute température utilisée aujourd'hui sont des batteries de type NAS (sulfure de sodium) . Comme 1 ' indiquent notamment les documents mentionnés au début de la présente description, on cherche à réguler la température de ces batteries afin de les préserver. Cette régulation vise à limiter les variations de température autour de leur température nominale de fonctionnement (plusieurs centaines de degrés) . En effet, les batteries de type NAS ne sont pas adaptées à supporter un cyclage en termes de montée- descente en température entre la température nominale de fonctionnement et la température ambiante (typiquement de quelques dizaines de degrés, de l'ordre de 20-25 degrés). C'est pourquoi on cherche habituellement à les maintenir à leur température nominale de fonctionnement, qu'elles soient utilisées ou non. Ce cyclage en termes de montée-descente en température est différent du cyclage en charge-décharge.
Les inventeurs se sont aperçus que, d'autres types de batteries supportent un cyclage en termes de montée-descente en température entre la température ambiante (typiquement 25°C) et une température nominale de fonctionnement (de l'ordre de
300°C) . C'est, par exemple, le cas des batteries de type Sodium- Béta.
Par ailleurs, pour des batteries de type Sodium-Béta, on considère que le nombre de cycles de charge-décharge qu'est susceptible de supporter la batterie est de l'ordre de 3000 et que le vieillissement calendaire à la température nominale de fonctionnement (de l'ordre de 300 °C) est d'environ 10 ans.
L'inventeur a par ailleurs constaté que les batteries pourraient n'être utilisées pour absorber les pics de consommation que de l'ordre d'un cycle par jour et ce pendant quelques mois par an. En estimant le nombre de mois à quatre, cela signifie que la durée de vie de la batterie sera limitée par le vieillissement calendaire alors qu'elle pourrait supporter un plus grand nombre de cycles . Les batteries à haute température de ce type sont donc généralement sous-utilisées .
Toutefois, le vieillissement calendaire d'une batterie électrochimique haute température n'est pas le même selon que la batterie est au repos à sa température normale de fonctionnement ou au repos à température ambiante. Elle vieillit moins vite à température ambiante, où sa durée de vie est de plusieurs dizaines d'années.
L'inventeur s'est aperçu qu'en utilisant les batteries dans des périodes où elles sont réellement utiles du point de vue du réseau électrique, c'est-à-dire dans les périodes où il y a des pics de consommation importants, il était possible d'accroître la durée de vie des batteries en les ramenant à température ambiante en dehors des périodes de fonctionnement. On tire alors profit du fait que certaines batteries supportent un cyclage en termes de montée-descente en température pour commander un système de chauffe et/ou refroidissement de la batterie. Une difficulté est toutefois qu'il faut plusieurs heures, voire une journée, pour porter une batterie électrochimique haute température à sa température de fonctionnement. Par conséquent, la réactivité du système pose problème.
On propose d'exploiter des outils de prédiction de consommation et de prédiction de production d'énergie pour déterminer des périodes pendant lesquelles des batteries électrochimiques sont placées à température de fonctionnement. On exploite alors la possibilité de prévoir, à partir de prévisions météorologiques, les périodes de production par les mini-centrales décentralisées (en particulier la production par mini-centrales solaires) du réseau. On exploite également la prévision de consommation basée sur l'historique de la consommation ainsi que divers paramètres tels que la météo, l'actualité (par exemple un événement sportif majeur télé¬ diffusé) pour optimiser la gestion des batteries.
Une telle solution est particulièrement adaptée à l'existence de sites de production décentralisés dont les capacités de production sont du même ordre de grandeur que la capacité de stockage des batteries électrochimiques (quelques dizaines de kilowatts) . Il est par conséquent désormais possible de disséminer ces éléments de stockage sur l'ensemble d'un territoire pour optimiser et ajuster au mieux la gestion d'énergie en minimisant le transport, source de pertes.
La figure 3 est un organigramme simplifié d'un mode de mise en oeuvre du procédé de gestion d'une batterie. Cette figure sera décrite en relation avec un exemple d'utilisation d'une seule batterie mais on notera qu'elle se transpose sans difficulté quel que soit le nombre de batteries.
On considère, à titre d'exemple, que le temps nécessaire pour placer une batterie dans ses conditions de fonctionnement (temps nécessaire pour porter la batterie à température de fonctionnement de plusieurs centaines de degrés) est de l'ordre d'une journée. Le procédé décrit pourra s'adapter à d'autres durées mais l'exemple d'une journée correspond à un exemple réaliste qui, de surcroît, s'adapte parfaitement à la périodicité de production des centrales solaires (production pendant la journée là où la demande d'énergie est moindre) et à la périodicité des pics de consommation (consommation maximale en début et fin de journée là où la production solaire est faible ou inexistante) .
Dans l'exemple de la figure 3, on évalue quotidien¬ nement les besoins en consommation (bloc 31, CONS D+l) ainsi que les capacités de production (bloc 32, PROD D+l) , en particulier les capacités de production décentralisées. Des outils d'estima¬ tion de consommation à partir des prévisions météorologiques, de la période de l'année, des événements d'actualité attendus, etc., sont connus et utilisables à cette fin. De façon simi- laire, des outils d'estimation de la production d'énergie et en particulier de la production décentralisée par des minicentrales solaires réparties sur un territoire en fonction de leur localisation et, notamment, des prévisions météorologiques, sont également disponibles et susceptibles d'être utilisés pour effectuer l'estimation de la production du jour suivant.
On évalue alors si les besoins en consommation instantanée, dans une période future (par exemple, le jour suivant) seront supérieurs aux capacités de production (bloc 33, CONS(D+l) > PROD(D+l) ?) de cette période future. Dans l'affirmative (sortie Y du bloc 33), cela signifie que la batterie doit être mise en fonctionnement, c'est-à-dire pouvoir être chargée pendant des plages horaires du jour suivant où la production excédera la consommation pour être ensuite déchargée lors du pic de consommation qui suivra. On tire ici profit du fait qu'il existe toujours, dans une période journalière, des intervalles de temps où la production est supérieure à la consommation (voir les figures 2) .
On commence (bloc 34, BAT ON ?) par détecter l'état de la batterie (repos à température ambiante (BAT OFF) ou à haute température (BAT ON)), c'est-à-dire si elle est déjà à sa température de fonctionnement par exemple parce qu'elle est en train d'être utilisée pour le jour courant.
Dans la négative (sortie N du bloc 34), on procède à un préchauffage de la batterie pour la porter à température de fonctionnement (bloc 35, PRE HEAT) . Si la batterie était déjà à température de fonctionnement (sortie Y du bloc 34) , on saute bien entendu l'étape 35. L'écart entre la température de fonctionnement et la température ambiante est, en pratique, d'au moins une centaine de degrés. Il ne s'agit pas de réguler la température de la batterie autour d'une valeur mais de "commuter" sa température entre deux valeurs éloignées l'une de l'autre, pour tirer profit des conditions de vieillissement différentes .
La batterie est alors utilisable (état BAT ON, bloc 36) .
Dans le cas où les conditions de consommation attendues pour le jour suivant ne risquent pas d'excéder les capacités de production instantanées (sortie N du bloc 33) , la batterie peut alors être placée au repos à température ambiante (de l'ordre de 25°C) afin de limiter son vieillissement.
Pour cela, on vérifie si la batterie est dans un état de fonctionnement (bloc 37, BAT ON ?) . Dans l'affirmative (sortie Y du bloc 37) , on ramène la batterie à température ambiante (bloc 38, BAT OFF) , c'est-à-dire qu'on arrête les éléments de chauffage de la batterie et elle redescend d'elle- même à température ambiante (ou on active un système de refroidissement si l'on souhaite accélérer le processus). Si la batterie est déjà à température ambiante (sortie N du bloc 37) , on ne change rien.
Les étapes 31 à 38 sont reproduites quotidiennement
(bloc 39, NEXT D) ou avec une périodicité correspondant à la périodicité choisie pour placer la batterie en fonctionnement. Cette périodicité peut dépendre, en particulier, de la durée nécessaire pour porter une batterie électrochimique à tempéra- ture de fonctionnement. Le choix de l'instant auquel mettre en oeuvre les étapes 31 à 38 n'a pas d'importance, mais on choisira de préférence toujours la même heure d'un jour à l'autre.
La figure 4 est un organigramme simplifié illustrant une variante de mise en oeuvre du procédé. Par rapport à la figure 3, la différence est que le test 33 est remplacé par un test 33' (CONS(D+l) ≠ PROD(D+l) ?) au cours duquel on évalue si la consommation attendue pour la période future sera différente de la production attendue pour cette période future. Dans l'affirmative, on place la batterie dans sa condition de fonctionnement (blocs 34, 35 et 36) , que ce soit pour la charger (consommation inférieure à la production) ou pour la décharger (consommation supérieure à la production) . Dans la négative, on ramène la batterie à température ambiante (blocs 37 et 38) .
Selon d'autres variantes simplifiées non représentées, on évalue uniquement la production attendue pour la période future ou uniquement la consommation attendue. On place alors la batterie dans sa condition de fonctionnement si la production (ou la consommation) attendue est supérieure à un seuil. Cela prépare la batterie, soit à être chargée, soit à être déchargée.
Le procédé décrit ci-dessus peut être mis en oeuvre à l'aide d'équipements informatiques couramment présents dans les centres de contrôle du réseau électrique. La commande des batteries et notamment leur préchauffage s'effectuent aisément à distance, les équipements d'un réseau électrique étant désormais quasiment tous télécommandables .
On notera que, pendant les périodes où la batterie est à sa température de fonctionnement, on pourra mettre en oeuvre un mécanisme de régulation de température du type décrit dans les documents susmentionnés.
En mettant en oeuvre un tel procédé de gestion d'énergie, on accroît considérablement la durée de vie des batteries électrochimiques tout en optimisant la gestion du réseau et l'utilisation des éléments de stockage décentralisés.
Un avantage induit par l'utilisation de batteries haute température est d'aider à maintenir le plan de tension
(niveau moyen de la tension) du réseau de distribution sur lequel des unités de production du type centrales solaires peuvent avoir un impact important. En effet, lors de périodes de forte production solaire, le niveau de la tension du réseau a du mal à être régulé, en particulier si la consommation n'est pas importante, la tension a alors tendance à augmenter. Le fait de charger les batteries pendant ces périodes engendre une consommation qui participe à une amélioration du plan de tension. De façon similaire, la décharge des batteries au moment où la consommation devient importante et où la production photovoltaïque chute et risquerait ainsi d'engendrer un effondrement de la tension, fournit de l'énergie permettant d'éviter ou d'amoindrir ce phénomène.
Divers modes de réalisation ont été décrits, diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. De plus, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation décrits est à la portée de l'homme du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus et en utilisant des outils usuels d'estimation de production et de consommation et des outils informatiques adaptés. De plus, le choix des batteries auxquelles sont susceptibles de s'appliquer les modes de réalisation décrits dépend de leurs conditions de vieillissement à température ambiante et à température de fonctionnement. De préférence, on sélectionnera des types de batteries dont le rapport de vieillissement entre les deux températures est d'au moins 2. C'est le cas des batteries de type Sodium-Béta. En outre, bien que l'on ait décrit une solution s 'appliquant à des batteries dont la température de fonctionnement est supérieure à la température ambiante, ces modes de réalisation pourraient être transposés à des batteries dont la température nominale de fonctionnement est inférieure à la température ambiante en appliquant un refroidissement au lieu d'un réchauffage.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de gestion d'au moins une batterie électrochimique haute température (30) comprenant les étapes suivantes :
évaluer (32) les capacités de production d'un réseau électrique et/ou évaluer (31) les besoins en consommation des utilisateurs de ce réseau, pour une période future ;
décider (33 ; 33') d'utiliser ou non de la batterie au cours de la période future, en fonction du résultat de l'étape d'évaluation ;
porter (36) la batterie à une température de fonctionnement ou ramener (38) la batterie au repos à température ambiante en fonction de la décision prise ; et
répéter les étapes ci-dessus.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'écart entre la température ambiante et la température de fonctionnement est d'au moins 100°C.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le vieillissement de la batterie à température ambiante est au moins deux fois plus lent que son vieillissement à température de fonctionnement.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le passage de la température ambiante à la température de fonctionnement (35) et inversement prend plusieurs heures.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les étapes d'évaluation (31, 32) sont effectuées de façon anticipée en tenant compte de la durée nécessaire pour porter la ou les batteries à leur température de fonctionnement .
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les étapes d'évaluation (31, 32) sont effectuées quotidiennement pour le jour suivant.
7. Procédé de gestion d'énergie dans un réseau élec¬ trique, dans lequel des batteries électrochimiques haute température (30) sont utilisées pour stocker l'énergie produite par des centrales solaires décentralisées (18, 21) , en mettant en oeuvre le procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6.
8. Réseau électrique adapté à la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 7.
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