Lors de l’événement « Battery Day » d’aujourd’hui, Tesla devrait dévoiler de nouvelles technologies qui piloteront les produits de l’entreprise au cours de la prochaine décennie. Avant l’événement, nous pensions que les lecteurs apprécieraient cet article, publié pour la première fois en mai, sur le rôle de Tesla dans la baisse du coût des batteries au cours de la dernière décennie.

En 2010, une batterie au lithium-ion d’une capacité de 1 kWh – suffisante pour alimenter une voiture électrique sur trois ou quatre milles – coûtait plus de 1 000 $. En 2019, le chiffre était tombé à 156 dollars, selon Les données compilé par BloombergNEF. C’est une baisse massive, et les experts s’attendent à des progrès continus – mais peut-être pas aussi rapides – dans la décennie à venir. Plusieurs prévisionnistes prévoient que le coût moyen d’un kilowattheure de capacité de batterie lithium-ion tombera en dessous de 100 $ d’ici le milieu des années 2020.

C’est le résultat d’un cercle vertueux où des batteries meilleures et moins chères élargissent le marché, ce qui entraîne des investissements qui produisent de nouvelles améliorations en termes de coûts et de performances. La tendance est extrêmement significative, car des batteries bon marché seront essentielles pour détourner l’économie mondiale des sources d’énergie à forte intensité de carbone comme le charbon et l’essence.

Les batteries et les moteurs électriques sont devenus la technologie la plus prometteuse pour remplacer les voitures propulsées par des moteurs à combustion interne. Le coût élevé des batteries a historiquement rendu les voitures électriques beaucoup plus chères que les voitures conventionnelles. Mais une fois que les batteries sont suffisamment bon marché – les experts estiment à environ 100 dollars par kWh pour les véhicules non luxueux – les voitures électriques devraient en fait devenir moins chères que les voitures à essence équivalentes. L’avantage de coût sera encore plus grand une fois que vous aurez pris en compte le faible coût de recharge d’une voiture électrique, nous pouvons donc nous attendre à ce que la baisse des coûts des batteries accélère l’adoption des véhicules électriques.

Les batteries sont également une technologie clé pour la décarbonisation de l’énergie électrique. Nous avons vu une croissance robuste des sources d’énergie solaire et éolienne au cours de la dernière décennie. Mais ces sources d’énergie sans carbone ont un gros inconvénient: elles ne produisent de l’électricité que de temps en temps. Les clients, bien sûr, attendent de la puissance tout le temps.

Les batteries offrent une solution évidente. Mais là encore, les coûts élevés ont été un obstacle. Les prix actuels rendent toujours prohibitif l’utilisation de batteries pour distribuer uniformément l’énergie solaire diurne sur 24 heures. Au contraire, la plupart des installations de batteries à grande échelle sont aujourd’hui utilisées pour lisser les fluctuations à court terme de l’offre et de la demande. Un manque de stockage limite la quantité d’énergie solaire et éolienne qui peut être utilement intégrée au réseau électrique.

Ainsi, la baisse continue des prix des batteries au cours de la prochaine décennie sera d’une grande aide alors que le monde essaie également de décarboniser.

Les batteries sont déjà devenues six fois moins chères au cours de la dernière décennie, et cette tendance semble se poursuivre dans une moindre mesure, mais comment en sommes-nous arrivés là? Un certain nombre de facteurs, allant de la demande accrue aux solutions de réseau intelligent, ont été un facteur. Et peut-être plus particulièrement, Tesla a joué un rôle important tout au long de ce processus. Tesla a évidemment contribué à populariser le concept de voiture électrique à batterie longue portée, mais Tesla a été autant un fabricant de batteries qu’un constructeur automobile. Tesla a reconnu l’ampleur potentielle du marché des batteries avant la plupart des autres entreprises et est devenu un acteur de premier plan sur le marché du stockage en réseau – un marché qui est sur le point de devenir beaucoup plus important au cours de la prochaine décennie.

Des batteries puissantes et bon marché ont rendu les voitures électriques possibles

Obtenir des données sur le coût réel des batteries est difficile car une grande partie du marché implique de grandes entreprises qui négocient des accords privés, souvent avec des rabais de volume substantiels. BloombergNEF est une organisation de recherche et de conseil qui entretient des relations avec une grande variété d’acteurs du secteur des batteries.

«Nous tirons parti de nos contacts dans tous les secteurs de la chaîne de valeur», a déclaré James Frith, l’auteur principal des enquêtes sur les batteries de BloombergNEF. «Nous parlons à la fois aux utilisateurs finaux, aux fabricants et aux autres personnes travaillant dans l’industrie. Nous parlons à la plupart des grands constructeurs automobiles actifs dans le secteur des véhicules électriques et à la majorité des fabricants de batteries de premier rang en Chine, en Europe, les États-Unis et la Corée du Sud. « 

Leurs données montrent que les coûts des batteries ont été multipliés par plus de six depuis 2010. Des batteries moins chères ont élargi le marché, ce qui a contribué à réduire encore davantage les coûts.

Ce processus était en cours avant même 2010. Pensez à 2003, l’année de la création de Tesla. À l’époque, un marché en plein essor des ordinateurs portables et des téléphones portables élargissait rapidement le marché des batteries lithium-ion. Les entreprises investissaient des millions de dollars dans la recherche et le développement pour rendre les batteries moins chères et plus puissantes.

JD Straubel, un ingénieur électricien qui est devenu le CTO de Tesla, s’est rendu compte que ces batteries étaient devenues assez bonnes – et seraient bientôt assez bon marché – pour que vous puissiez en utiliser quelques milliers pour alimenter une voiture électrique. Il a présenté l’idée à Elon Musk, qui a fourni un financement précoce à Tesla sur la base du concept. Une décennie plus tard, Tesla et Panasonic ont construit une immense usine de batteries au Nevada appelée Gigafactory, conçue pour produire 50 GWh de batteries par an. Cet investissement a fait de Tesla l’un des plus grands producteurs et utilisateurs mondiaux de batteries lithium-ion.

Aux débuts de Tesla, les batteries étaient encore si chères qu’il n’était viable que de vendre le Roadster, une voiture de sport électrique à batterie avec un prix à six chiffres. Mais alors que les batteries continuaient à s’améliorer en termes de coût et de performances, Tesla a pu construire la Model S moins coûteuse, puis la Model 3, beaucoup moins chère, que les consommateurs peuvent désormais acheter pour moins de 40000 dollars.

« La Model S a été conçue et introduite environ cinq ans après le Roadster, et nous avons constaté des améliorations d’environ 40% sur la technologie de la batterie, la chimie fondamentale, l’emballage de la batterie elle-même, » Straubel a dit en 2014. « Cela s’est directement traduit par la façon dont nous pouvons atteindre près de 300 miles d’autonomie dans une Model S, soit près de 85 kWh de stockage d’énergie dans un pack qui est en fait plus petit que le pack Roadster. »

Aujourd’hui, bien sûr, les gens achètent encore beaucoup plus de téléphones portables et d’ordinateurs portables que de voitures électriques. Mais une voiture électrique à batterie nécessite tellement de capacité de batterie – 40 à 100 kWh, des milliers de fois plus qu’un smartphone – qu’elle a considérablement augmenté la demande mondiale de batteries lithium-ion. Cela a contribué à entraîner des baisses de prix supplémentaires, qui ont commencé à rendre l’utilisation de batteries rentable pour améliorer le réseau électrique.

Comment les batteries améliorent le réseau électrique

En 2017 Tesla installation terminée d’un système de batterie massif au parc éolien de Hornsdale en Australie-Méridionale. Sa capacité de stockage était de 129 MWh, soit près de 2 000 Model 3 ou 10 millions de smartphones. Le propriétaire du système, la société française d’énergie renouvelable Neoen, considère que c’est un tel succès qu’il envisage de augmenter sa capacité de 50 pour cent.

La batterie est conçue pour fournir de l’énergie à un taux de 100 MW. Avec 129 MWh de capacité de stockage, cela signifie qu’il peut s’épuiser en un peu plus d’une heure. Mais une heure de capacité de réserve peut être extrêmement précieux. Pour assurer un service ininterrompu, les services publics d’électricité s’appuient sur des «centrales électriques» – souvent des générateurs au gaz – qui peuvent être mis sous tension à tout moment en période de stress. Étant donné que ces usines ne fonctionnent que quelques heures par an, le coût horaire peut être très élevé. Les services publics australiens ont parfois été contraints d’acheter de l’électricité sur le marché au comptant auprès de fournisseurs capables de facturer jusqu’à 50 fois le tarif habituel.

La batterie Hornsdale a permis au service public d’électricité de la région de se retirer largement de ce marché au comptant. Revendications de Neoen que la batterie a déjà permis aux clients de la région d’économiser des dizaines de millions de dollars, tout en rendant le réseau de la région moins sensible aux pannes.

Économiser de l’argent pendant les pics de consommation est bien pour les services publics, mais les avantages environnementaux peuvent ne pas être très importants. Les grands avantages environnementaux viendront dans la phase suivante, lorsque le réseau électrique aura suffisamment de batteries pour stocker une fraction significative de la demande énergétique quotidienne. Cela permettra au réseau de stocker plusieurs heures d’énergie solaire pendant la journée et de la décharger la nuit, ce qui permettra à l’énergie renouvelable de fournir la plupart ou éventuellement la totalité de l’électricité. Avec une capacité suffisante, nous pourrions même stocker de l’énergie au fil des saisons, en conservant un excès d’énergie solaire de l’été pour maintenir la circulation des électrons pendant l’hiver.

Les types de petites batteries à réponse rapide qui aident à équilibrer les fluctuations à court terme peuvent ne pas être la meilleure option pour ces besoins de stockage à long terme. Il existe un certain nombre d’autres technologies de batterie en développement, notamment batteries de débit– qui peut être mieux adapté à ce type de stockage. Et quelle que soit la technologie de batterie utilisée, elle devra concurrencer d’autres méthodes de stockage d’énergie. Certains d’entre eux, comme l’hydroélectricité pompée, l’air comprimé et le stockage de chaleur, sont déjà utilisés dans des cas limités. D’autres, comme l’utilisation de l’électricité pour la production de carburants, sont encore en développement.

La batterie de Hornsdale était peut-être la plus grande du monde à l’époque, mais sa capacité est encore minime par rapport à la demande d’électricité aux États-Unis. Les États-Unis consomment environ 10 térawattheures par jour, soit plus de 70 000 fois la capacité de l’usine de Hornsdale. Alors que les coûts des batteries continuent de baisser et que les sources d’énergie renouvelables prolifèrent, la demande d’installations de batteries à grande échelle ne fera qu’augmenter dans les années à venir. Dans son rapport sur les revenus pour le premier trimestre de 2020, Tesla a déclaré avoir reçu plusieurs commandes pour construire des systèmes de batterie encore plus gros que la batterie Hornsdale sur des sites du monde entier.