Stockage d’énergie par Batterie dans les systèmes électriques en transition 

Bulletin GSI d’octobre 2025

Stockage d’énergie par Batterie dans les systèmes électriques en transition 

Sibi Bonfils, GSI

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Les batteries ont pris au cours des dernières années une place importante dans le système énergétique mondial. Elles sont aujourd’hui devenues l’une des principales composantes de la transition de ce système vers la carboneutralité, notamment comme solutions pour la décarbonation massive du transport routier.  

Elles connaissent, dans le secteur électrique, un déploiement soutenu et à grande échelle permettant d’apporter une réponse appropriée à l’intégration de parts plus élevées des énergies renouvelables variables (ERV – solaires et éoliennes) dont il est besoin pour sortir ce secteur de sa dépendance des combustibles fossiles (pétrole, gaz naturel et charbon). 

Elles donnent par la même occasion un nouveau souffle, avec une plus grande protée et beaucoup de flexibilité, à toute la gamme des services que procure le stockage de l’énergie dans le système électrique, modifiant de ce fait, en profondeur, les dynamiques en jeu dans son exploitation et son développement. Ces services, qui améliorent de façon générale sa fiabilité, vont du transfert d’énergie, à l’adéquation des ressources et à différents services auxiliaires qui contribuent avantageusement au renforcement de sa stabilité et de sa résilience.

Ce numéro du bulletin porte sur ces services. Il s’appuie principalement sur le rapport spécial Batteries and Secure Energy Transitions de l’Agence Internationale de l’énergie (AIE-IEA) pour donner un aperçu de ces services et de leur portée, avec, en amont, une présentation succincte du rapport et un bref rappel du niveau de déploiement des batteries dans le système électrique mondial.

1. Le rapport de l’AIE 

Le rapport spécial Batteries and Secure Energy transitions (Batteries et transitions énergétiques sécurisées) a été publié en avril 2024 par l’Agence Internationale de l’énergie (AIE). Il Comprend trois principaux chapitres :

• Le chapitre 1, État de la demande et de l’offre de batteries revient sur un siècle de recherche, développement et mise en œuvre dans le domaine des batteries, un siècle marqué, au cours des dernières décennies, par des baisses spectaculaires de coûts, l’augmentation des densités énergétique et des durées de vie, et conséquemment, l’extension tout aussi spectaculaire de la place des batteries, notamment dans le domaine du transport et dans le secteur électrique qu’elles sont en train de transformer en profondeur. 
• Le chapitre 2, Perspectives pour la demande et l’offre de batteries traite du rôle que doivent jouer les batteries dans la réalisation des objectifs mondiaux en matière d’énergie et de climat, que sont la sortie des combustibles fossiles, le triplement des puissances mondiales renouvelables installées et le doublement du rythme d’amélioration de l’efficacité énergétique. 
• Le chapitre 3, Implications politiques et recommandations propose une série de mesures clés susceptible de favoriser le déploiement des batteries aux échelles requises pour atteindre la carboneutralité en 2050. Des réformes institutionnelles et règlementaires propices à leur déploiement ainsi que la mise en place de chaînes d’approvisionnement sûres, résilientes et durables pour les minéraux critiques, participent de ces mesures.

Dans chacun de ces chapitres, l’état du stockage de l’énergie par batterie dans le secteur électrique et ses perspectives d’évolution ont été exposés en détail. Le bulletin ne porte pas sur ces éléments dont il s’inspire cependant. Il se concentre sur les multiples rôles des batteries dans les réseaux électriques tel qu’ils sont exposés dans le premier chapitre du rapport spécial.

2. Déploiement des batteries dans le système électrique mondial

On a assisté, au cours de la dernière décennie, a une augmentation exponentielle de la capacité installée de stockage par batterie dans le système électrique mondial, indique l’AIE. Elle est passée de 1 GW en 2013, à plus de 85 GW en 2023, année qui a vu un ajout de 42 GW, plus du double de la quantité ajoutée en 2022. Près de 90% des augmentations de capacité des 5 dernières années sont imputables à la Chine, à l’Union Européenne et aux États-Unis. Ces ajouts se répartissent entre batteries à échelle de réseau (65%) et batteries en aval des compteurs (35%).

Le graphique ci-dessous donne un aperçu de l’évolution des ajouts de capacité de stockage depuis 2013, tant au niveau mondial que régional.

La chine a pris la tête du marché mondial de stockage au début des années 2020. Sa part dans les ajouts est passée de 20% en 2019 à 55% en 2023, lesquels ont triplé pour atteindre 23 GW à cette date. Deux tiers de ces ajouts sont à échelle de réseau. Les grands utilisateurs commerciaux plutôt que résidentiels sont les bénéficiaires des stockages en aval des compteurs qui ont eux aussi connu une forte croissance grâce à des réformes tarifaires dédiées.

Aux États-Unis, les ajouts ont presque doublé pour atteindre 8 GW, faisant de ce pays le deuxième marché mondial de stockage d’énergie par batteries. 90% de ces ajouts se sont faits à échelle de réseau. La baisse des coûts et des politiques d’incitation comme les crédits d’impôt pour investissement ont permis aux batteries à échelle de réseau de pénétrer les marchés des services auxiliaires (réserve tournante, générateurs de secours…)

L’Union européenne occupe la troisième place du marché avec des ajouts annuels de 6 GW ayant permis une augmentation de 70% de sa capacité de stockage. 90% de cette croissance est associée aux stockages en aval du compteur, principalement en Allemagne et en Italie où des prix de détails élevés, des réductions fiscales et des prêts à faibles taux ont favorisé le développement du photovoltaïque sur toit associé au stockage par batterie. La tendance y haussière en ce qui concerne le stockage à échelle de réseau

Des pays comme l’Australie, le Japon, la Corée du Nord, le Royaume Uni ou le Chili se distinguent avec cependant de relativement faibles niveaux d’ajouts de capacité allant de 250 MW pour le Chili, à 1,3 MW pour l’Australie en 2023.

La baisse tendancielle de la part du stockage en aval des compteurs tel que le montre la figure ci-dessus est le reflet de l’importance que sont en train de prendre les batteries de stockage à échelle de réseau.

Cette tendance est appelée à se renforcer si l’on veut réaliser, d’ici 2030, les objectifs mondiaux en matière d’énergie et de climat, que sont la sortie des combustibles fossiles, le triplement des puissances mondiales d’énergies renouvelables variables (ERV) installées et le doublement du rythme d’amélioration de l’efficacité énergétique, d’ici 2030.

Le graphique ci-dessous donne un aperçu des besoins de croissance des capacités de stockage nécessaires pour répondre à ces objectifs, en ce qui concerne notamment les ERV. Dans le scénario zéro émissions nettes d’ici 2050 (NZE2050) de l’AIE, qui s’inscrit dans la perspective de la carboneutralité d’ici 2050 et le respect de la limite de 1,5°C pour l’augmentation de la température moyenne mondiale d’ici 2100, le triplement de la capacité mondiale en énergies renouvelables s’accompagne d’une multiplication par six du stockage total d’énergie qui atteindrait, en 2030, 1 500 GW. Le facteur multiplicateur est de 14 pour les batteries dont la capacité installée passerait de 85 GW en 2023 à 1 200 GW en 2030.

La croissance des capacités de stockage par batteries à échelle de réseaux et en aval des compteurs devrait se poursuivre après 2030 avec la baisse attendue des coûts de ce mode de stockage d’énergie ainsi que le montre le graphique ci-dessous. 

Les multiples autres services que ce mode de stockage d’énergie peut fournir aux réseaux électrique, au-delà de l’intégration de plus grandes parts d’ERV, participent encore d’avantage des dynamiques qui poussent à cette nécessaire croissance, laquelle porterait sa capacité de 1,2 TW en 2030 à près de 5 TW en 2050 dans le scénario NZE2050 

3. Les batteries procurent aux systèmes électriques de multiples services

Les stockages d’énergie par batterie à échelle de réseau et en aval des compteurs ont été introduits dans les systèmes électriques avec les énergies renouvelables variables (solaires, éoliennes), principalement pour en palier l’intermittence. Ils complètent, avec plus de de flexibilité et de rapidité, les systèmes traditionnels de stockage d’énergie propre à grande échelles comme le pompage-turbinage hydroélectrique. Ces caractéristiques (flexibilité et rapidité) sont en train de les imposer dans les systèmes électriques en transition grâce à la variété des services qu’ils peuvent rendre et qu’ils rendent déjà. Le tableau ci-dessous nomme ces services dans les différents compartiments des systèmes électriques, la production, le réseau (transport et distribution) et la consommation.

Dans le cas particulier des réseaux de transport, Sarah Toth Kotwis et ses collègues proposent le schéma ci-dessous qui regroupe, en 3 catégories, les services rendus par les batteries à ces réseaux.

Dans son rapport spécial, l’AIE détaille l’ensemble de ces services en distinguant le stockage par batteries à échelle de réseau, du stockage par batteries en aval du compteur

3.1 Au niveau du stockage par batteries à échelle de réseau, le déplacement d’énergie est le principal service, notamment dans les systèmes électriques intégrant de fortes proportions d’énergies renouvelables variables (ERV) avec des coûts marginaux proches de zéro. Les batteries se chargent aux heures creuses quand la demande est faible, par exemple lorsque la production photovoltaïque solaire atteint son maximum pendant la journée, et se déchargent aux heures de pointe lorsque la demande est élevée, par exemple le soir lorsque les panneaux solaires ne produisent pas d’électricité. Le déplacement d’énergie peut être directement monétisé et l’est déjà dans les marchés d’électricité concurrentiels.

En raison de leur réactivité quasi-instantanée, les batteries se sont révélées idéales pour la fourniture de services auxiliaires, tels que la régulation de fréquence, le maintien de la tension et les réserves opérationnelles. Elles constituent un excellent substitut aux générateurs diésel pour le rétablissement de service après un déclenchement général. Équipées d’onduleurs à formation de réseau, elles peuvent fournir aux réseaux à forte proportion d’ERV de l’inertie et de la puissance de court-circuit, en lieu et place des centrales thermiques conventionnelles mises hors services. « La fourniture de services auxiliaires est devenue ces dernières années une source de revenus importante pour le stockage par batterie sur plusieurs marchés dans le monde. Elle représente plus de 15 % des nouveaux déploiements de projets de batteries chaque année, en particulier pour les batteries offrant une capacité de stockage d’une à deux heures », indique l’AIE.

Les batteries à échelle de réseau fournissent les capacités nécessaires pour assurer l’adéquation des ressources, soit un approvisionnement suffisant en permanence pour répondre à la demande tant en régime normal que de pointe.  Sur les marchés concurrentiels, comme en Grande Bretagne, des contrats à moyen et long terme de fourniture de capacité sont devenus des sources de revenus pour les stockages par batteries. Ailleurs dans le monde ces actifs de stockage sont monétisés grâce à des accords d’achat d’électricité qui rémunèrent leur disponibilité pour soutenir le fonctionnement des réseaux, indique l’AIE citant le cas du projet de batterie de Boulouparis en Nouvelle-Calédonie qui a reçu de l’opérateur de réseau local un contrat de ce type sur 12 ans.

Elles peuvent être et sont mises à contribution dans la gestion des congestions sur les réseaux de transport et de distribution, ce qui permet de minimiser le besoin d’investissement dans ces réseaux. Elles agissent comme des «boosters » de réseau (grid-booster) permettant de résorber les congestions en augmentant les capacités des réseaux dans les goulots d’étranglement. Cette utilisation du stockage par batterie à échelle de réseau a commencé à prendre sa place dans le système électrique allemand dont le régulateur vient d’approuver 950 MW d’installations de stockage dans le cadre du plan de développement du réseau national, indique l’AIE. Un total de 450 MW de ces installations sont déjà en cours de construction 

L’AIE signale que dans les marchés concurrentiels où les monopoles de production, de transport et de distribution sont séparés (unbundling), ces dispositifs de gestion de la congestion doivent être fournis par des tierces parties. La comparaison de leurs coûts et bénéfices à ceux des renforcements de réseau détermine les choix des opérateurs de réseau. En 2022-23, au Royaume Uni, ces dispositifs représentaient plus de 30 % des contrats attribués, soit près de 600 MW de capacité de stockage. Aux États-Unis et notamment à New York et en Californie, des opérateurs de systèmes de distribution y recourent de plus en plus comme codétenteurs ou par des contrats d’achat auprès de tiers.  

Les stockages par batteries de grande capacité sont de plus en plus mis à contribution par les régulateurs, en Australie et aux États-Unis notamment, dans le développement de micro-réseaux destinés aux infrastructures critiques comme les hôpitaux ou les grands consommateurs industriels, pour en augmenter la résilience. On y recourt aussi pour les services aux communautés à faible revenu ou défavorisées. 

Plusieurs applications se sont développées et continuent de se développer autour des batteries à échelle de réseau. Les plus importantes, dans le contexte du déploiement rapide des ERV, restent cependant le déplacement d’énergie et l’adéquation de ressources ainsi que le montre le graphique ci-dessous.

3.1 Les systèmes de stockage par batterie en aval du compteur, rappelons-le, sont installés chez les utilisateurs finaux, résidentiels, commerciaux ou industriels. Ils sont directement connectés aux installations d’ERV locales, très souvent du solaire photovoltaïque, en aval des compteurs et sans connexion dédiée au réseau. Ils font partie, indique l’AIE, d’un ensemble de ressources énergétiques distribuées dont l’importance va croissant avec l’intégration des énergies renouvelables. Ils apportent tant aux consommateurs qu’au réseau électrique des avantages indéniables au niveau des coûts et de la sécurité d’approvisionnement.

3.1.1 Les avantages aux consommateurs sont multiples. Les batterie en aval du compteur leur permettent i) d’accroître leur autoconsommation et de réduire de la sorte les quantités d’électricité que leur fournit le réseau, ii) de bénéficier des avantages de la tarification dynamique avec effacement à la pointe et iii) de réduire la puissance souscrite et donc les coûts qui y sont liés. Toutes ces mesures contribuent à réduire notablement leur facture d’électricité. Par ailleurs les systèmes individuels de batterie en aval du compteur peuvent être regroupés pour former des centrales électriques virtuelles (VPPs – Virtual Power Plants) pouvant participer au marché de l’électricité et procurer des gains monétaires substantiels à leurs propriétaires. En plus de ces avantages économiques, ces systèmes renforcent la fiabilité de l’approvisionnement en électricité en fournissant une alimentation de secours en cas de panne de réseau, ce qui est particulièrement avantageux pour des installations qui ne peuvent tolérer les interruptions de courant (hôpitaux, industrie, clients vulnérables)

3.1.2 Vu du réseau électrique, les batteries en aval du compteur peuvent fournir plusieurs des services que procurent les batteries à échelle de réseau. Avec les bons signaux prix et les incitatifs appropriés, elles peuvent contribuer à i) réduire la demande sur l’ensemble du réseau ii) atténuer les contraintes sur le réseau en écrêtant les pointe de charge et iii) fournir de la réserve de puissance, indique l’AIE.  Leur impact, surtout local, permet de différer les investissements de renforcement ou de modernisation des réseaux de distribution. Lorsqu’elles sont regroupées en VPP, elles peuvent fournir les différents services auxiliaires comme la régulation de fréquence, le maintien de la tension et les réserves opérationnelles. Tout dépend cependant des cadres règlementaires en place, des structures tarifaires en vigueur pour les utilisateurs finaux, ainsi que des règles régissant l’accès au marché pour les agrégateurs. Le déploiement des compteurs intelligents fait aussi partie des conditions de base pour tirer avantage de tous les services que peuvent fournir au réseau les batteries en aval des compteurs.

4. Les batteries facilitent l’accès à l’électricité

L’accès universel aux services énergétiques modernes est l’une des principales composantes de la transition en cours dans le système énergétique mondial et, partant, dans la transition économique et sociale. L’Accès pour tous à l’électricité et à la cuisson propre participe des stratégies déployées pour réaliser cet objectif.

En ce qui concerne l’électricité, 80% des personnes qui n’y ont pas encore accès vivent dans des zones éloignées des réseaux électriques nationaux. Dans ces zones généralement peu peuplées avec des niveaux de demande d’électricité faibles, l’extension des réseaux est souvent très coûteuse et nécessite de longs délais. Les systèmes hors réseau, bâtis autour du stockage par batteries, offrent une solution pragmatique. Le schéma ci-dessous propose les trois modèles développés et en cours de déploiement dans toutes les régions concernées du monde, et notamment en Afrique subsaharienne.

L’utilisation de ces systèmes s’est rapidement et largement répandue. En 2023, indique l’AIE, ils ont représenté 50% des nouveaux raccordements en Afrique. Plusieurs facteurs concourent au renforcement de leur attractivité, précise-t-elle, la baisse soutenue des coûts des modules photovoltaïques solaires et des technologies de batteries, la mise au point de systèmes modulaires faciles à installer et de modèles de financement innovants tels que PayGo. Ils ont de ce fait, largement supplanté des alternatives telles que les générateurs à combustibles fossiles, comme les centrales diésels.

Les enjeux de continuité de service et de qualité de l’approvisionnement sont en train d’imposer ces systèmes comme alimentation de secours, en lieu et place des centrales diésels, dans plusieurs grandes villes d’Afrique subsaharienne et même dans les zones rurales connectées au réseau national. Au Nigeria, on estime que trois systèmes solaires domestiques sur quatre vendus sont utilisés dans cette perspective. 

Le graphique ci-dessous donne une bonne idée des capacités des types de batteries installées dans les différents systèmes décentralisés. Les batteries lithium-ion dominent le marché.

Les défis à relever pour que ces systèmes jouent pleinement leur rôle dans la transition en cours restent importants. La baisse des coûts, ceux des batteries notamment, est essentielle pour que les prix restent abordables. Les défaillances pour composants défectueux, non testés ou à faible coût, ainsi qu’une mauvaise exploitation ou une maintenance pas à la hauteurs restent des défis de taille.

5. Conclusion

Ce numéro du bulletin porte sur le stockage d’énergie par batterie dans le système électrique et sur la variété des services qu’il lui procure. Il s’appuie principalement sur le rapport spécial Batteries and Secure Energy Transitions de l’Agence Internationale de l’énergie (AIE-IEA) pour donner un aperçu de ces services et de leur portée, avec, en amont, une présentation succincte du rapport et quelques indications sur le niveau de déploiement actuel et futur des batteries dans le système électrique mondial.

Le stockage d’énergie par batterie a été introduit dans le système électrique avec les énergies renouvelables variables (ERV – solaires photovoltaïques, éoliennes), principalement pour en palier l’intermittence. Il y est venu compléter les systèmes traditionnels de stockage d’énergie propre à grande échelle comme le pompage-turbinage hydroélectrique. On distingue, dans ce contexte, les batteries à échelle de réseau (connectées directement aux réseaux de transport et de distribution), les batteries en aval du compteur et les batteries pour mini-réseaux et systèmes domestiques dédiés aux projets d’accès universel aux services énergétiques modernes.

Les capacités installées de ces batteries ont évolué avec la part des ERV dans le système. Selon L’AIE, elles ont connu une croissance exponentielle au cours de la dernière décennie. Elles sont ainsi passées de 1 GW en 2013, à plus de 85 GW en 2023, année qui a vu un ajout de 42 GW, plus du double de la quantité ajoutée en 2022. Ce rythme de croissance est appelé à se poursuivre et même à s’accélérer, selon l’AIE, pour mettre les capacités de stockage par batterie au niveau des puissances installées d’ERV que requiert la réalisation de la carboneutralité d’ici 2050. Selon le scénario Zéro Émissions Nettes d’ici 2050 (NZE2050) de l’AIE, ces capacités doivent être multipliées par 14 pour atteindre 1 200 GW d’ici 2030, et par environ 60 pour atteindre 5 000 GW d’ici 2050.

Le stockage d’énergie par batterie procure au système électrique les services traditionnels i) de déplacement d’énergie dans le temps, ii) de fourniture de services auxiliaires, tels que la régulation de fréquence, le maintien de la tension et les réserves opérationnelles, et iii) d’adéquation de ressources, avec cependant plus de flexibilité et de rapidité. Au-delà de ces services, il a permis d’introduire dans le système électrique des fonctions nouvelles, comme celles de booster de réseau pour la résorption des congestions ou de formation de réseau à travers des onduleurs conçus pour maintenir la stabilité du réseau. Avec le déploiement des systèmes individuels de stockage en aval des compteurs, il a permis de démultiplier les ressources énergétiques réparties et de donner au consommateur le pouvoir de s’autoalimenter, de tirer avantage de la tarification dynamique ou de limiter sa puissance souscrite et, partant, de réduire, voire d’annuler sa facture d’électricité. La possibilité de se regrouper en centrales électriques virtuelles (VPP – Virtual Power Plants) qu’offrent ces systèmes individuels, ouvre à leurs propriétaires des perspectives d’accès au marché de l’électricité et à des gains monétaires substantiels.

Pour tirer avantage de tous ces services que les batteries peuvent fournir au réseau et de la sorte réussir la transition en cours, les cadres règlementaires en place, les structures tarifaires en vigueur pour les utilisateurs finaux, les règles régissant l’accès au marché pour les agrégateurs, doivent être portés aux niveaux requis. Le déploiement des compteurs intelligents participe aussi de cette mise à niveau.

La série de mesures clés que propose l’AIE dans le dernier chapitre de son rapport spécial, s’agissant notamment des réformes institutionnelles et règlementaires, et des investissements nécessaires, s’inscrit pleinement dans cette perspective.