Comment le lithium

Dec 23, 2023

Accélérer la transition vers des émissions de carbone faibles ou nulles est nécessaire pour maintenir le réchauffement climatique à des niveaux théoriquement sûrs. Conformément à la Convention-cadre des Nations Unies sur les changements climatiques, les pays ont fixé des objectifs de zéro émission nette de gaz à effet de serre d'ici le milieu du siècle, avec des objectifs intermédiaires et des jalons d'ici les années 2030. Les initiatives de développement durable des entreprises et les réglementations gouvernementales qui promeuvent des émissions de carbone nettes nulles se multiplient et bon nombre des plus grandes entreprises américaines ont établi leurs propres objectifs nets zéro plus agressifs.

L'un des moyens les plus rapides et peut-être les plus économiques d'assurer la décarbonation consiste à utiliser des sources d'énergie propres telles que l'électricité au point de consommation et à passer à des sources d'énergie renouvelables au point de production.

La chimie et la technologie des batteries, y compris l'électrification industrielle, seront discutées lors de la conférence sur l'énergie distribuée de POWER, du 3 au 6 octobre, au complexe Gaylord Rockies près de Denver, au Colorado. Il est encore temps de s'inscrire à l'événement !

Dans les applications de puissance motrice, la pénétration des systèmes de batteries lithium-ion est relativement faible mais croît rapidement. Les segments de la force motrice comprennent les équipements de manutention industrielle (MH), tels que les chariots élévateurs (Figure 1) et les chariots de manutention, et les équipements de levage industriels, tels que les nacelles à ciseaux et les camions nacelles électriques. Cet équipement trouve des applications dans les centrales électriques et les infrastructures de réseau connexes (c'est-à-dire l'entretien des lignes électriques).

LEK, une société d'études de marché de premier plan, a évalué la valeur marchande des systèmes de batteries lithium-ion nord-américains dans le seul segment de la puissance motrice à environ 2 milliards de dollars en 2021, et les batteries lithium-ion représentent moins de 10 % du marché des équipements électriques MH. , contre plus de 90% alimentés par des systèmes de batteries plomb-acide. Cependant, il y a une migration à l'échelle du segment vers les systèmes de batteries lithium-ion loin de l'alimentation au plomb et des moteurs à combustion interne (ICE). LEK prévoit que la pénétration des systèmes de batteries lithium-ion devrait continuer d'augmenter rapidement compte tenu des avantages en termes de performances et de la baisse des prix. D'ici 2026, les systèmes de batteries lithium-ion devraient atteindre un tiers de la base installée, croître à un taux de croissance annuel composé (TCAC) d'environ 30 % et représenter près de la moitié des nouvelles ventes d'équipements MH.

Les solutions d'alimentation au lithium-ion ont conduit et accéléré l'électrification industrielle en fournissant des batteries et des chargeurs au lithium-ion avancés à tous les équipements électriques MH des classes 1 à 3. Les batteries et les chargeurs au lithium-ion intégrés du marché secondaire mis à disposition par un seul fournisseur ont encore facilité la transition de du plomb-acide aux systèmes lithium-ion, assurant une voie transparente vers des opérations plus efficaces et respectueuses de l'environnement. L'adoption et la mise en œuvre sont simplifiées car les batteries lithium-ion du marché secondaire sont compatibles avec tous les équipements électriques MH, et les chargeurs lithium-ion peuvent charger à la fois les batteries lithium-ion et plomb-acide. En plus d'un écosystème sain de batteries et de chargeurs lithium-ion de rechange, les fabricants d'équipement d'origine MH, tels que Hyster-Yale Group et BYD, proposent de nouveaux chariots élévateurs optimisés pour fonctionner avec une seule batterie lithium-ion intégrée. Les systèmes lithium-ion offrent de nombreux avantages commerciaux et techniques par rapport aux systèmes plomb-acide (comme nous le verrons plus tard), permettant ainsi une transition plus rapide vers l'électrification industrielle pour les entreprises de production et de distribution d'électricité.

À partir de 2026, l'interdiction de vente de tous les nouveaux chariots élévateurs ICE d'une capacité de levage de 12 000 livres (ou moins) par le California Air Resources Board (CARB) devrait entrer en vigueur. Actuellement, la législation est à l'étape de la proposition et n'est pas encore en vigueur. L'élimination progressive des chariots élévateurs ICE de la base installée fait également partie de cette proposition et est toujours en cours de développement. Cette législation aura un impact sur la direction des industries de l'équipement MH, non seulement en Californie mais dans tout le pays. La durée de vie des équipements MH étant de 5 à 10 ans, les acquéreurs d'équipements MH reportent leurs achats sur des chariots élévateurs électriques équipés de systèmes de batteries lithium-ion, assurant ainsi une plus grande dynamique et une conformité plus précoce à cette tendance d'électrification industrielle.

Les services publics d'électricité possèdent généralement une flotte de camions qui comprend principalement des camions nacelles (figure 2) ou des camions de trouble-fête, ainsi nommés parce qu'ils sont utilisés par des trouble-fête, des experts qui sont envoyés pour enquêter sur les causes des pannes de courant. Les camions-nacelles électriques sont utilisés pour mettre un opérateur ou des monteurs de lignes sur un poteau pour réparer ou entretenir les lignes électriques. Les services publics d'électricité, dans le cadre de leurs initiatives d'énergie propre, passent aux camions-nacelles à propulsion hybride, la flèche et le godet étant alimentés par une batterie électrique et le camion alimenté par l'ICE.

Les systèmes de batterie au lithium-ion sont un choix préféré par rapport aux batteries au plomb pour alimenter le godet. Ce système d'alimentation auxiliaire au lithium-ion avancé permet aux monteurs de lignes d'utiliser le godet sans faire tourner le moteur toute la journée et fournit une charge suffisante pour près d'une journée complète de travail, y compris l'alimentation du système de levage hydraulique, des outils électriques et de l'alimentation de chantier portable. Les batteries permettent également de faire fonctionner la climatisation, les lumières et les radios bidirectionnelles des camions lorsque le moteur est éteint. Sans batteries, le système hydraulique de l'élévateur serait alimenté par le moteur du camion, obligeant le véhicule à tourner au ralenti pendant le fonctionnement. Sur le chemin vers et depuis les chantiers, le système de batterie est rechargé à partir de l'alternateur du moteur. Il se charge également dans le garage sans avoir besoin d'équipement de charge spécialisé.

Ces camions-nacelles hybrides sont plus économes en énergie car ils réduisent les heures de marche au ralenti, réduisant ainsi les émissions de dioxyde de carbone, le bruit et l'usure du moteur. Ce système permet aux dépanneurs d'arrêter complètement le moteur du camion tout en travaillant sur une ligne, ce qui rend les camions plus sûrs, plus silencieux, plus économes en carburant et meilleurs pour l'environnement. De plus, l'élimination du bruit du moteur rend les conditions de travail plus sûres, améliore la communication des travailleurs et permet un fonctionnement plus silencieux sur le chantier. Le moteur d'un camion-nacelle standard utilise environ un gallon de carburant à chaque heure d'utilisation du godet. On estime que les nouveaux camions hybrides permettent d'économiser environ 30 % sur le carburant. La réduction de la marche au ralenti de seulement 15 minutes par jour par véhicule, pour un parc de près de 6 000 véhicules, permet d'économiser environ 1,2 million de dollars annuellement en frais de carburant. Il réduit également les émissions d'environ 1,3 tonne de particules, 21 tonnes d'oxydes d'azote, 26 tonnes de monoxyde de carbone et 3 800 tonnes de dioxyde de carbone chaque année.

Les régulateurs californiens attendent l'approbation de l'Environmental Protection Agency (EPA) pour la législation Advanced Clean Trucks (ACT) qui obligera les constructeurs automobiles à vendre un certain pourcentage de camions zéro émission à partir de 2024. Cette législation aidera la Californie à atteindre ses objectifs climatiques et assainir l'air dans les communautés les plus défavorisées et les plus polluées de l'État. Les camions nacelles utilitaires électriques devraient être couverts par l'adoption de la règle ACT. Cela a conduit à l'émergence récente du premier camion nacelle entièrement électrique du pays avec deux systèmes électriques distincts alimentant la transmission et l'élévateur.

D'un point de vue technologique, la technologie lithium-ion est de plus en plus considérée comme une alternative convaincante aux systèmes de batteries au plomb, car elle offre une densité d'énergie plus élevée, une durée de vie plus longue, des coûts d'exploitation et des besoins de maintenance réduits :

Les batteries lithium-ion offrent de grandes économies par rapport au plomb-acide si l'on considère le coût total de possession (TCO). Bien que le coût initial d'une batterie lithium-ion soit plus élevé, le retour sur investissement (ROI) est attrayant en atteignant une plus grande efficacité opérationnelle et un coût total de possession inférieur, avec les améliorations op-ex énumérées ci-dessous :

Conformément aux améliorations op-ex, l'utilisation de batteries lithium-ion permet également d'obtenir les améliorations d'investissement suivantes lors de l'utilisation d'équipements MH :

En plus d'être propre et rentable, l'électrification industrielle avec des batteries et des chargeurs lithium-ion avancés permet la connectivité et la télémétrie de l'Internet des objets (IoT). Les plates-formes intelligentes et connectées ouvrent la voie à des systèmes intelligents capables d'accélérer l'automatisation, de réduire l'intervention humaine et de renforcer la prise de décision et l'analyse basées sur les données.

La connectivité IoT améliore la gestion de la flotte en surveillant à distance les actifs et en offrant une visibilité en temps réel à l'aide des données acquises à partir de ces actifs via une passerelle IoT. La connectivité IoT aide les gestionnaires de flotte à améliorer l'utilisation des actifs et l'efficacité des opérations et à prolonger la durée de vie de l'actif, réduisant ainsi à la fois l'op-ex et le capex de leurs opérations.

—Jeffrey Van Zwol est directeur du marketing pour Green Cubes Technology, un concepteur et fabricant de systèmes d'alimentation au lithium basé à Kokomo, dans l'Indiana, avec des bureaux dans le monde entier. Plus d'infos sur www.greencubes.com.

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