Puissance de décharge · Glossaire

La puissance de décharge est la puissance électrique avec laquelle un système de stockage peut restituer l'énergie stockée. Elle s'exprime en watts, kilowatts, mégawatts ou gigawatts et constitue une grandeur instantanée. Elle répond à la question de savoir quelle puissance électrique le stockage peut fournir à un instant donné. Pour un stockage par batterie, il s'agit en général de la puissance côté courant alternatif. C'est le point où le stockage est relié à une installation, à un raccordement client ou au réseau électrique public. Dans le registre allemand des données de base du marché (Marktstammdatenregister), on enregistre par exemple, pour les stockages par batterie, la puissance de décharge maximale en fonctionnement continu sous forme de puissance brute. Sont indiquées séparément la capacité de stockage utilisable en kilowattheures et la puissance de l'onduleur associé.

La puissance de décharge n'est pas la même chose que la quantité d'énergie stockée. L'énergie se mesure en kilowattheures ou en mégawattheures, la puissance en kilowatts ou en mégawatts. Un stockage de 10 mégawatts de puissance de décharge et de 20 mégawattheures d'énergie utilisable peut, en théorie, se décharger pendant deux heures à pleine puissance. Si un stockage dispose de la même quantité d'énergie mais de seulement 2 mégawatts de puissance de décharge, l'énergie suffit pour dix heures. En contrepartie, il agit de manière nettement plus faible à chaque instant. Le rapport entre l'énergie utilisable et la puissance de décharge s'appelle durée de stockage. Ce calcul ne dispense pas de vérifier si le stockage peut effectivement fournir cette puissance en continu dans des conditions réelles et selon ses règles d'exploitation.

Distinction par rapport à la capacité, à la puissance de charge et au raccordement au réseau

La distinction la plus importante concerne la capacité de stockage. La capacité indique la quantité d'énergie qu'un stockage peut absorber et restituer. La puissance de décharge indique avec quelle intensité il peut restituer cette énergie. Dans les débats sur le stockage, les deux grandeurs sont souvent confondues. Lorsqu'on parle d'un « grand stockage », sans indication en mégawatts et en mégawattheures, on ne sait pas s'il offre beaucoup de puissance, une longue durée ou les deux.

La puissance de charge n'est pas non plus automatiquement égale à la puissance de décharge. Certains stockages peuvent être chargés plus vite que déchargés, ou inversement. Pour les batteries, cela dépend du type de cellule, du système de gestion de la batterie, des limites thermiques, de l'onduleur et de la conception de l'ensemble du système. Pour une station de transfert d'énergie par pompage également, la puissance en mode pompage et la puissance en mode turbinage sont considérées séparément. Le Marktstammdatenregister enregistre spécifiquement la puissance absorbée en mode pompage. Pour le système électrique, cette différence compte beaucoup. Un stockage qui peut absorber rapidement de l'électricité aide face aux excédents d'une autre manière que celui qui peut en restituer rapidement.

La puissance de décharge doit en outre être distinguée de la puissance de raccordement au réseau. Un stockage par batterie peut fournir en interne une certaine puissance. Au point de raccordement au réseau, il ne peut toutefois injecter que moins si le contrat de raccordement, le transformateur, l'onduleur ou la technique de protection le limitent. Le cas inverse existe aussi. Une entrée du Marktstammdatenregister montre par exemple un stockage domestique à couplage côté courant continu, avec 3,33 kilowatts de puissance de décharge en fonctionnement continu sur un onduleur de 7 kilowatts. Ici, c'est la batterie qui limite, et non l'onduleur. Pour l'effet sur le réseau, c'est donc généralement la puissance de décharge utilisable au point de livraison qui compte. La capacité théorique de cellules, de modules ou d'onduleurs pris isolément ne suffit pas comme mesure.

Grandeurs techniques déterminantes

Pour les stockages par batterie, le rapport entre puissance et capacité est souvent décrit par le taux C (C-rate). À proprement parler, le taux C met le courant de décharge en rapport avec la capacité nominale en ampères-heures. Dans la pratique, il est cependant souvent aussi transposé à la puissance et à l'énergie. À 1C, la batterie serait théoriquement complètement déchargée en une heure, à 2C en une demi-heure et à 0,5C en deux heures. Un grand stockage par batterie de 12,5 mégawatts de puissance de décharge et d'environ 10,7 mégawattheures de capacité utilisable, tel qu'il figure dans le Marktstammdatenregister, se situe ainsi à un peu plus de 1C. À pleine puissance, il est donc vide en moins d'une heure. Le taux C ne peut pas être choisi librement. Il résulte de la chimie des cellules, du refroidissement, de la durée de vie visée et des exigences de sécurité.

La puissance de décharge dépend aussi de l'état de charge. De nombreuses batteries atteignent des puissances plus élevées dans la plage de charge moyenne que juste avant la décharge ou la charge complète. La température joue également un rôle. Le froid peut réduire la puissance disponible, les températures élevées peuvent déclencher des fonctions de protection ou accélérer le vieillissement. Le système de gestion de la batterie limite la puissance de décharge lorsque les tensions des cellules, les températures ou l'état de vieillissement atteignent certains seuils.

Pour toute indication de puissance de décharge, il doit être clair s'il s'agit de puissance continue ou de puissance de pointe de courte durée. Une batterie peut fournir pendant quelques secondes ou minutes plus de puissance que sur une longue période. Le Marktstammdatenregister exige expressément la puissance en fonctionnement continu et non la puissance maximale de courte durée. Pour le soutien de la fréquence, une puissance très élevée mais très brève peut être précieuse. Pour couvrir une pointe de charge en soirée, en revanche, ce qui compte est la puissance disponible de manière sûre sur une demi-heure, deux heures ou plus. Une indication en mégawatts sans référence temporelle ni condition d'exploitation peut donc induire en erreur.

La différence entre le côté courant continu et le côté courant alternatif est également importante. Les cellules de batterie fournissent du courant continu, le réseau électrique fonctionne en courant alternatif. L'onduleur détermine la puissance qui arrive côté courant alternatif. Les pertes dans l'onduleur, les câbles, les transformateurs et les systèmes auxiliaires tels que la climatisation réduisent la puissance utilisable restituée. Pour la participation au marché, le raccordement au réseau et le bilan, c'est généralement la puissance en courant alternatif au point de livraison qui compte.

Pourquoi la puissance de décharge compte dans le système électrique

La puissance de décharge détermine les missions qu'un stockage peut assumer dans le système électrique. Pour déplacer de l'énergie sur plusieurs heures, il faut avant tout de la capacité. Dans les moments critiques, en revanche, c'est la puissance disponible qui compte. Lorsque la demande est élevée, que la production éolienne et solaire est faible ou que des centrales sont indisponibles, un stockage ne peut aider que dans la mesure où sa puissance de décharge est effectivement mobilisable.

Cela concerne la sécurité d'approvisionnement. Un stockage disposant de beaucoup d'énergie mais d'une faible puissance de décharge peut apporter son soutien longtemps. Sur une heure tendue, il ne remplace toutefois pas une grande puissance garantie. Un stockage à forte puissance de décharge et de courte durée peut lisser une pointe, mais ne peut pas combler une Dunkelflaute (période sombre et sans vent) de plusieurs jours. Dans les analyses de capacité, les planifications de réseau et les évaluations de flexibilité, il faut donc considérer ensemble la puissance, la durée, la disponibilité et les règles d'utilisation.

Pour l'intégration de l'électricité éolienne et solaire également, la puissance de décharge est centrale. Le photovoltaïque produit souvent beaucoup de puissance à midi, tandis que la demande augmente le soir dans de nombreux réseaux. Les stockages par batterie peuvent se charger à midi et se décharger le soir. La mesure dans laquelle ils réduisent sensiblement la charge résiduelle du soir dépend de leur puissance de décharge et de leur quantité d'énergie. Un stockage disposant de beaucoup d'énergie mais d'une faible décharge ne modifie que peu le profil de charge. Un stockage à forte puissance mais de courte durée peut amortir des rampes abruptes, mais est ensuite vide.

Dans l'exploitation du réseau, la puissance de décharge joue un autre rôle que la capacité. Les stockages peuvent réduire des pointes locales, soulager des équipements de réseau, soutenir la tension ou fournir des services système. Pour cela, ils doivent fournir une certaine puissance au bon moment et au bon endroit. Un stockage situé derrière une congestion du réseau n'aide pas automatiquement de l'autre côté de la congestion. L'emplacement, le point de raccordement au réseau et la pilotabilité contribuent à déterminer si une puissance de décharge aide réellement le réseau ou n'apparaît que sur le plan comptable sur le marché.

Marché, règles et puissance disponible

La puissance de décharge utilisable ne résulte pas seulement de la technique. Les règles du marché et les exigences fixent quand un stockage peut se décharger, quelles recettes sont possibles et quelles obligations sont liées à la mise à disposition. Un stockage peut exploiter les écarts de prix sur le marché de l'électricité par arbitrage, proposer de la puissance de réglage, optimiser les redevances d'utilisation du réseau ou intervenir dans la gestion de charge industrielle. Chacune de ces applications impose d'autres exigences en matière de temps de réaction, de durée, de mesure, de préqualification et de disponibilité.

Cela apparaît particulièrement nettement avec la puissance de réglage. Dans le réseau synchrone d'Europe continentale, la réserve de stabilisation de la fréquence (FCR) doit, selon le règlement (UE) 2017/1485, être entièrement disponible au plus tard après 30 secondes en cas d'écart de fréquence de 200 millihertz ou plus. Selon les conditions de préqualification des gestionnaires de réseau de transport allemands (version du 5 juillet 2024), la puissance offerte doit être disponible dans un délai de cinq minutes pour la réserve secondaire (aFRR). Pour les stockages à réserve d'énergie limitée, l'article 156 du règlement prévoit en outre que la FCR complète doit en règle générale pouvoir être fournie en continu pendant au moins 15 minutes. Les gestionnaires de réseau de transport peuvent fixer une durée comprise entre 15 et 30 minutes. En Allemagne, la Bundesnetzagentur a remplacé en 2019 les 30 minutes applicables auparavant par une durée minimale de fourniture de 15 minutes. Les conditions allemandes de préqualification fixent en conséquence la capacité énergétique minimale d'un stockage pour la FCR et la FRR à 15 minutes de la puissance préqualifiée. Un stockage par batterie ne peut donc pas commercialiser l'intégralité de sa puissance de décharge technique comme puissance de réglage. La puissance commercialisable dépend aussi du contenu énergétique et de la gestion de l'état de charge.

Pour l'arbitrage sur le marché day-ahead ou infrajournalier, il importe que la charge et la décharge correspondent aux prix. En outre, les pertes, redevances et prélèvements doivent rendre l'utilisation rentable. Pour l'écrêtement des pointes (peak shaving), la puissance de décharge réduit les pointes de puissance d'un consommateur. Ce n'est pas la quantité moyenne d'électricité qui compte ici, mais la valeur de puissance mesurée la plus élevée au cours d'une période de facturation. Pour les clients à mesure de puissance, elle est souvent déterminée comme moyenne sur un quart d'heure. Le stockage doit donc se décharger avec une puissance suffisante aussi longtemps que la pointe dure.

La même puissance de décharge technique peut donc avoir une valeur très différente selon le cadre réglementaire. Un stockage peut être techniquement flexible et pourtant freiné par des conditions de raccordement, des concepts de mesure, des redevances prélevées en double ou des produits de marché manquants. Inversement, une incitation de marché peut piloter les stockages de sorte qu'ils agissent de façon économiquement judicieuse tout en aggravant des problèmes de réseau locaux. Des conflits surgissent là où la possibilité technique, la règle de marché et le besoin du réseau ne concordent pas.

Malentendus courants

Évaluation à partir d'un seul chiffre : l'indication « stockage de 100 mégawatts » ne dit rien sur la capacité du stockage à fournir pendant un quart d'heure, deux heures ou huit heures. « Stockage de 400 mégawattheures » ne dit rien sur la possibilité de mobiliser l'énergie avec une puissance suffisante pendant une heure critique. Pour les énoncés relevant de l'économie de l'énergie, la puissance et la quantité d'énergie vont toujours ensemble.
Puissance de décharge installée égale puissance garantie : la puissance installée décrit ce qu'une installation peut fournir dans des conditions définies. La puissance garantie demande quelle contribution est disponible avec une forte probabilité en situation de pénurie. Pour les stockages, cela dépend de l'état de charge avant la pénurie, des utilisations de marché antérieures, des prévisions et stratégies d'exploitation ainsi que des obligations réglementaires. Si un stockage s'est déchargé peu avant une situation de pénurie pour des raisons économiques, il n'est ensuite disponible que de façon limitée, à moins qu'une règle ne garantisse son état de charge.
Une forte puissance de décharge résout la pénurie d'énergie : la puissance aide en cas de forte demande ou de variations rapides. Si la production fait défaut pendant une longue période, la quantité d'énergie stockée devient la limite. Les stockages à forte puissance de décharge complètent donc d'autres options telles que la production, le déplacement de charge, l'extension du réseau et le stockage de longue durée, mais ne les remplacent pas.

Lien avec la flexibilité et les coûts du système

La puissance de décharge est une grandeur clé de la flexibilité. Elle décrit avec quelle rapidité et dans quelle mesure l'énergie stockée devient disponible sous forme de puissance électrique. La flexibilité englobe cependant plus que les stockages. Des charges pilotables, des centrales, des électrolyseurs, des pompes à chaleur, des véhicules électriques, des réseaux et des processus de marché peuvent aussi agir de façon flexible. La puissance de décharge d'un stockage est une capacité technique concrète dans cet ensemble plus vaste.

Pour les coûts du système, la distinction entre puissance et énergie est particulièrement importante. Un stockage à forte puissance de décharge nécessite des onduleurs puissants, des transformateurs, une technique de protection et souvent un refroidissement plus complexe. Un stockage de longue durée nécessite davantage de support de stockage, donc, pour les batteries, davantage de cellules. Les deux conceptions coûtent différemment et apportent des bénéfices différents. Qui compare les stockages uniquement selon le coût par kilowattheure passe à côté du coût de la puissance. Qui ne considère que les euros par kilowatt passe à côté de la durée et donc de la contribution au déplacement d'énergie.

La puissance de décharge montre quel effet instantané un stockage peut avoir dans le système électrique. Elle n'explique pas à elle seule si cette contribution est suffisante, rentable ou utile au système. Pour cela, il faut aussi prendre en compte la capacité de stockage, la puissance de charge, le rendement, l'emplacement, la disponibilité, le pilotage, les règles du marché et les conditions du réseau. Employé avec précision, le terme ne désigne pas une qualité générale du stockage. Il décrit la capacité de retransformer l'énergie stockée en puissance électrique, à un moment donné et avec une intensité donnée.

Sources

Verordnung (EU) 2017/1485 der Kommission vom 2. August 2017 zur Festlegung einer Leitlinie für den Übertragungsnetzbetrieb — Europäische Union (EUR-Lex); 2017-08-02. Anhang zu den FCR-Mindestanforderungen (Zeit bis zur vollständigen FCR-Aktivierung)
Art. 156 Regulation (EU) 2017/1485 – FCR provision — Lexparency (Wiedergabe des Verordnungstexts); unbekannt. Artikel 156 Absätze 8 und 9
Präqualifikationsverfahren für Regelreserveanbieter (FCR, aFRR, mFRR) — Deutsche Übertragungsnetzbetreiber (regelleistung.net); 2024-07-05. Abschnitt zur Untergrenze des Arbeitsvermögens relativ zur PQ-Leistung; Vermarktbare Leistung
Beschluss BK6-17-234 vom 2. Mai 2019 (Mindesterbringungszeitraum FCR für begrenzte Energiespeicher) — Bundesnetzagentur; 2019-05-02. Tenor und Begründung zum Mindesterbringungszeitraum
Marktstammdatenregister – öffentliche Einheitenansicht „Stromspeicher PV“ (SEE941963400080) — Bundesnetzagentur (Marktstammdatenregister); 2020-11-28. Abschnitte Leistung, Batterie und Angaben zum Stromspeicher

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