Usage des batteries domestiques : oui mais jusqu’à quel point ?

La loi Nome va d’ici 2016 supprimer les tarifs réglementés de l’électricité pour les moyens et gros sites, au profit de prix indexés sur les marchés, donc sur la demande - forte demande, prix fort. Parallèlement, la demande en électricité est en constante croissance, notamment en période de pointe et extrême pointe [2]. Les smart-grids et les batteries domestiques, qui en sont un des composants, constituent une des solutions pour maîtriser la pointe.
Les batteries permettent de réduire les coûts des producteurs, en lissant la courbe de demande, et des particuliers qui les utilisent : on les charge en heures « creuses », et on utilise l’énergie stockée en heures « de pointe ». Si les batteries sont introduites à grande échelle, quels en seraient les impacts ?
L’analyse d’impact doit se faire au regard de trois prismes : la courbe de demande (donc indirectement les prix), les économies réalisées par les utilisateurs – qui vont réguler l’adoption de celle-ci, et l’intérêt général, caractérisé par un facteur de chargement et les émissions de CO2.

En supposant le comportement de chaque utilisateur comme maximisant les économies faites avec les batteries [3] – cela revient pour lui à trouver le profil de charge et décharge pour lequel le coût total d’électricité est le plus bas à consommation identique – on constate en effet une réduction nette de la pointe de consommation – jusqu’à (-16%) – avec une pénétration croissante des batteries dans les foyers [Figure 1]. Cet aplanissement de la demande se traduit par une réduction du facteur de chargement [Figure 2], donc un recours moindre à des moyens de production d’extrême pointe, impliquant une réduction mécanique des émissions de CO2 [Figure 3].
On remarque notamment qu’il existe une proportion de pénétration idéale entre 30 et 40% pour laquelle les bénéfices sont maximaux.

Parallèlement, les utilisateurs font des économies directes sur leur facture ; celles-ci diminuent avec l’aplanissement de la demande – car les écarts de prix dont ils profitent diminuent – et sont récupérées par les non-utilisateurs ! Selon le prix d’investissement initial (entre 200 et 1000€) on devrait assister à un équilibre à une proportion entre 30 et 50% [Figure 4].
Techniquement, ces batteries sont utilisables à l’heure actuelle : la technologie la plus répandue et plus fiable est la batterie électrochimique aux ions lithium, qui coute environ 400€ par MW installé. Ces batteries n’ont cependant pas une durée de vie très longue (1 à 2 ans) et doivent donc être remplacées régulièrement. D’autres types de batteries sont à l’étude, notamment les CES (Community Energy Storage) et les batteries à électrodes liquides [4], et permettent d’envisager un coût inférieur à 100€/MW d’ici 5 ans.

Ainsi l’utilisation des batteries domestiques répond au contexte énergétique actuel en conciliant contraintes écologiques (CO2), techniques (production d’extrême pointe) et de crise (réduction de la facture des ménages). De plus, la gestion à grande échelle des batteries est relativement aisée car les comportements individuels égoïstes vont dans le sens de l’intérêt général.

Cependant, une introduction trop forte pourrait avoir des effets néfastes et contraires aux attendus. Une pénétration dépassant 70% provoque une décorrélation entre la demande en électricité vue des fournisseurs et les habitudes de consommation puisque la consommation serait liée aux prix, qui lui-même est lié à la demande [Figure 1bis]. Cette boucle entrainerait des variations violentes de consommation avec une apparition multiple de pointes difficilement prévisibles.

On assiste alors à une explosion des prix, du facteur de chargement et des émissions de CO2 : le système s’emballe alors que la demande totale n’augmente que très peu (entre 0,5 et 1% du fait de la perte dans les batteries) !

Les batteries domestiques seront donc un outil puissant en France à l’ouverture du marché, sans nécessairement avoir à demander des efforts de consommation à condition que leur introduction soit contrôlée, directement ou indirectement par des prix suffisamment élevés, et qu’elles soient intégrées dans un réseau intelligent qui permette une optimisation comparée.

Aujourd’hui le développement des capacités de stockage individuel en France reste embryonnaire (moins de 1% de pénétration) néanmoins avec les incentives financiers créés par la déréglementation des prix – ou les crédits carbone – l’insertion des énergies renouvelables et l’essor du véhicule électrique, on s’attend à une croissance des opportunités de revenus (ou potentiel de marché) de 26% (CAGR) par an entre 2015 et 2020 [5]

Notes

[3D’après Agent-based micro-storage management for Smart-Grid, Vytelingum, Voice, Ramchurn, Rogers, Jennings, novembre 2011.

[4Developpées au MIT

[5D’après les Cahiers de la Recherche