Lorsqu'on évalue des systèmes de batteries, le prix d'achat ne représente qu'une partie de l'équation. Le coût total de possession permet de déterminer le coût réel de chaque solution sur toute sa durée de vie. Cet article présente les principaux facteurs à prendre en compte dans ce calcul.
Au-delà du prix d'achat de la batterie
Lorsqu'on évalue des systèmes de batteries destinés à des applications industrielles exigeantes, on est tenté de se concentrer principalement sur le coût d'investissement initial, ou CAPEX (Capital Expenditure). Bien que le CAPEX soit certes un paramètre important, il ne représente qu'une fraction du coût réel lié à l'exploitation d'un système de batteries tout au long de son cycle de vie.
Pour les applications critiques telles que les engins de chantier, les équipements miniers, les opérations portuaires et maritimes, les camions et le stockage d'énergie industriel, la performance économique réelle d'un système de batteries ne peut être évaluée qu'à travers son coût total de possession (TCO).
Une batterie qui semble moins chère à l'achat peut finalement s'avérer être l'option la plus coûteuse si l'on tient compte des frais d'exploitation, des coûts de remplacement, des besoins d'entretien, des temps d'arrêt et des répercussions sur la productivité.
Cet article présente les principaux facteurs que les décideurs doivent prendre en compte lorsqu'ils comparent différentes solutions de batteries du point de vue de l'utilisateur final. Ces facteurs sont résumés dans le tableau ci-dessous.
| # | Facteur | Point clé |
| 1 | Coût d'achat initial | Le prix au kWh ne devrait pas être le principal critère à prendre en compte pour comparer les solutions de batteries. |
| 2 | Durée de vie prévue de la batterie et coûts de remplacement | La durée de vie de la batterie doit être évaluée dans des conditions réelles d'utilisation afin d'éviter tout remplacement prématuré et imprévu. |
| 3 | Flexibilité en matière de recharge et d'utilisation | La recharge rapide permet de recharger l'appareil dès que l'occasion se présente, ce qui renforce la flexibilité et l'efficacité opérationnelles. |
| 4 | Consommation et rendement énergétiques | Le rendement énergétique des batteries a un impact direct sur la consommation d'énergie globale et les coûts. |
| 5 | Risques et coûts liés aux temps d'arrêt, répercussions sur la productivité | Il convient d'accorder une attention particulière à l'architecture de la batterie et à la gestion thermique afin d'éviter toute baisse de performances ou défaillance de la batterie, même dans des conditions climatiques et environnementales difficiles. |
| 6 | Exigences en matière d'entretien | Les batteries sans entretien peuvent permettre de réaliser d'importantes économies. |
| 7 | Besoins en infrastructures et coûts | Une évaluation complète des dépenses d'investissement (CAPEX) doit inclure tous les investissements liés aux infrastructures, notamment les bornes de recharge, les mises à niveau électriques et les équipements supplémentaires. |
| 8 | Sécurité et certifications | Une solution de batterie robuste et certifiée permet de réduire les risques opérationnels et les coûts associés. |
Que comprend le coût total de possession (TCO) ?
Le coût total de possession est un cadre financier global qui prend en compte l'ensemble des coûts engagés tout au long du cycle de vie du système de batterie.
Parmi les éléments clés, on peut citer :
1. Coût d'acquisition des batteries (CAPEX)
Système de batterie principale
Le coût d'acquisition d'un système de batteries dépend de plusieurs facteurs, notamment la technologie utilisée, la densité énergétique, puissance , la durée de vie prévue et les dispositifs de sécurité.
Il convient de veiller à prendre en compte tous ces facteurs lorsqu'on compare différentes solutions de batteries.
Il convient d'accorder une attention particulière à l'évaluation de l'autonomie de la batterie, car celle-ci a un impact considérable sur le coût total de possession et peut être fortement réduite en fonction des conditions d'utilisation (par exemple, l'autonomie peut être divisée par 3 à 5 en conditions réelles par rapport aux tests en laboratoire).
Il convient de noter que le prix au kWh est souvent utilisé à tort pour comparer les solutions de batteries. Cela ne devrait pas être le cas, car bien qu’il fournisse une indication simple du coût d’acquisition initial par rapport à la capacité énergétique, il ne reflète pas la valeur réelle apportée tout au long de la durée de vie de la batterie. Des paramètres tels que la durée de vie, la profondeur de décharge, le rendement, la dégradation et les conditions d’exploitation ont un impact bien plus important sur le coût total de possession et doivent donc être pris en compte lors de l’évaluation des technologies de batteries.
Équipement supplémentaire pour les batteries
Pour les applications exigeantes, il est important de bien comprendre ce que comprend le système. Par exemple, la batterie nécessite-t-elle un équipement supplémentaire pour fonctionner dans les conditions climatiques requises ? Un système de refroidissement ou de chauffage actif est-il inclus, ou doit-il être ajouté séparément ? Un boîtier de protection supplémentaire est-il nécessaire ? Quelles sont les contraintes liées à l’intégration de la batterie dans l’équipement (protection contre l’incendie, ventilation, traitement de l’air…) ? La réponse à ces questions peut avoir un impact significatif sur l’investissement initial.
Bien qu'il soit important, le coût d'acquisition de la batterie n'est généralement engagé qu'une seule fois et ne devrait donc pas être le facteur déterminant dans la décision d'achat, comme expliqué ci-après.
2. Durée de vie de la batterie et coûts de remplacement
Une batterie moins chère peut devoir être remplacée bien plus tôt qu'une solution haut de gamme.
Parmi les facteurs qui influencent la durée de vie d'une batterie, on peut citer :
- Durée de vie
- Profondeur de décharge (DOD)
- Température de fonctionnement
- Modèles de facturation
- Profil d'application
Si une batterie doit être remplacée une ou même plusieurs fois au cours du cycle de vie de l'équipement, l'avantage apparent en termes de dépenses d'investissement disparaît rapidement.
Lors de l'évaluation des systèmes de batteries, il est donc essentiel de comparer leur durée de vie prévue dans des conditions réelles d'exploitation plutôt que de se fier uniquement aux caractéristiques nominales et aux essais en laboratoire.
3. Recharge ultra-rapide et flexibilité d'utilisation
La stratégie de tarification peut avoir une incidence considérable sur l'efficacité opérationnelle.
Les systèmes de batteries nécessitant de longues périodes de recharge peuvent contraindre les entreprises à repenser leurs horaires de travail et à mettre en place des procédures de remplacement des batteries. Dans certains cas, il est également nécessaire d'acheter des batteries supplémentaires pour maintenir la productivité.
Il convient de noter que les systèmes de remplacement de batteries sont généralement propriétaires et se limitent souvent à un constructeur spécifique et, dans certains cas, à un modèle d'équipement précis. Cela peut réduire la flexibilité opérationnelle des gestionnaires de flottes.
À l'inverse, les batteries pouvant être rechargées très rapidement offrent une plus grande souplesse d'utilisation, car elles permettent de profiter des pauses prévues ou des courtes périodes d'inactivité pour recharger les batteries.
Les économies opérationnelles qui en découlent peuvent avoir un impact considérable sur la rentabilité globale de l'entreprise, tout en simplifiant les opérations quotidiennes.
Par ailleurs, les bornes de recharge rapide utilisent généralement des méthodes de recharge normalisées, ce qui permet d'utiliser une même borne pour plusieurs modèles d'équipements et systèmes de batteries, favorisant ainsi le partage des infrastructures et réduisant les coûts globaux liés aux infrastructures de recharge.
4. Coûts énergétiques
Les technologies de batteries peuvent présenter des différences considérables en termes d'efficacité énergétique.
Le rendement énergétique (rendement aller-retour) est calculé en divisant l'énergie fournie lors de la décharge (kWh) par l'énergie consommée lors de la charge (kWh), le résultat étant exprimé en pourcentage.
Un système dont le rendement aller-retour est plus faible consomme davantage d'électricité pour fournir la même puissance utile. Sur plusieurs années de fonctionnement, ces pertes peuvent se traduire par des dépenses énergétiques supplémentaires considérables, en particulier pour les applications à forte utilisation fonctionnant sur plusieurs équipes par jour.
Dans les groupes motopropulseurs hybrides équipés de moteurs diesel, ces pertes se traduiront directement par une augmentation de la consommation de carburant.
De plus, certaines technologies de batteries nécessitent davantage d'énergie pour fonctionner correctement que d'autres. Par exemple, une batterie nécessitant un groupe frigorifique dédié consommera plus d'énergie qu'une batterie remplissant la même fonction à l'aide d'un simple échangeur de chaleur à refroidissement par air ou par liquide.
5. Temps d'arrêt et perte de productivité
Le facteur de coût sans doute le plus sous-estimé est l'impact des performances de la batterie sur la productivité.
Plusieurs facteurs peuvent entraîner des pertes de productivité, voire des arrêts imprévus des équipements. Parmi ceux-ci, on peut citer :
- Longues durées de recharge
- Baisse des performances de la batterie due à des températures de cellules trop basses ou trop élevées
- Pannes imprévues de la batterie dues à un environnement hostile ou à des températures extrêmes
Sans une conception et une gestion thermique adéquates, les batteries utilisées dans des conditions climatiques et environnementales difficiles peuvent subir un vieillissement accéléré, une baisse de performances ou, dans certains cas, une défaillance totale entraînant une immobilisation des équipements.
Les batteries fonctionnent de manière optimale entre 15 °C et 30 °C. La recharge n'est pas possible en dessous de 0 °C ni au-dessus de +45 °C. Des problèmes de sécurité peuvent survenir lorsque la température dépasse 60 °C. Il convient donc d'évaluer avec soin la capacité de la technologie de la batterie à fonctionner dans des conditions difficiles. Cela dépend en grande partie du système de gestion thermique de la batterie, qui doit :
- Évacuer la chaleur générée par puissance fortes puissance requises dans les applications très exigeantes,
- Maintenir la batterie dans sa plage de température de fonctionnement optimale, même lorsque les températures ambiantes peuvent être extrêmement élevées ou basses, comme c'est le cas dans les secteurs minier, portuaire et maritime.
Il convient également de tenir compte de l'architecture et du boîtier de la batterie afin de garantir une protection adéquate contre la poussière, la rouille et les vibrations.
Pour les activités fonctionnant 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, le coût d'une seule heure d'indisponibilité peut facilement dépasser la différence de prix entre les différentes technologies de batteries concurrentes. La fiabilité revêt donc une valeur économique directe.
6. Coûts d'entretien
Certaines technologies de batteries nécessitent des opérations d'entretien régulières, telles que :
- Procédure spécifique de charge complète pour l'équilibrage des cellules individuelles
- Interventions d'entretien préventif (remplacement du liquide de refroidissement, par exemple)
- En cas d'installation d'un refroidisseur de batterie, l'entretien correspondant
- Filtres à air ou systèmes de traitement de l'air, pour batteries refroidies par air
Ces activités allongent les temps d'arrêt des batteries et entraînent à la fois des coûts de maintenance directs et des frais de main-d'œuvre indirects.
Les technologies de batteries sans entretien permettent souvent de réaliser des économies substantielles sur toute la durée de vie du système, tout en simplifiant les opérations quotidiennes et en améliorant la disponibilité de la flotte.
7. Investissement initial – Coûts d’infrastructure (CAPEX)
Les coûts d'investissement (CAPEX) ne se limitent pas au simple coût d'acquisition des batteries. Le passage à l'électrique peut nécessiter des investissements pour moderniser l'infrastructure électrique existante, notamment l'installation de bornes de recharge ou la mise en place puissance supplémentaire. Une évaluation complète des coûts d'investissement doit inclure l'ensemble de ces coûts liés à l'infrastructure et à la mise en œuvre. Voici les plus courants :
Bornes de recharge
Quantité souhaitée
En fonction de la stratégie de recharge des batteries, l'électrification d'un parc de matériel peut nécessiter la mise en place de bornes de recharge supplémentaires :
- Une charge lente de la batterie, bien qu'elle sollicite moins les cellules de la batterie, peut réduire considérablement la disponibilité des chargeurs pour d'autres équipements et nécessiter l'achat de bornes de recharge supplémentaires afin de garantir la disponibilité des équipements ou des véhicules.
- À l'inverse, lorsqu'il s'agit de gérer une flotte de véhicules, notamment dans des contextes où le temps est un facteur critique, comme dans les ports ou les mines, des capacités de recharge plus rapides permettent de réduire le nombre de bornes de recharge nécessaires et d'éviter de perturber l'organisation de la gestion de la flotte.
Coût de l'empreinte écologique
Dans certaines applications où l'espace est limité, comme dans les ports ou les mines souterraines, chaque mètre carré est précieux. La réduction du nombre de bornes de recharge constitue un avantage, car l'espace ainsi libéré peut être affecté à d'autres activités.
Modernisation des infrastructures électriques
L'électrification des équipements lourds nécessite souvent des travaux de modernisation de l'infrastructure électrique du site. Les systèmes de recharge, en particulier, peuvent générer puissance importante qui dépasse la capacité du raccordement au réseau existant. Par conséquent, des travaux de modernisation des transformateurs, des sous-stations, des réseaux de distribution, des appareillages de commutation et du câblage peuvent s'avérer nécessaires. Ces coûts d'infrastructure peuvent représenter une part importante de l'investissement total consacré à l'électrification et doivent être évalués dès les premières phases du projet.
Remarque importante: même si cela peut paraître contre-intuitif, la recharge rapide ne nécessite pas nécessairement plus puissance du réseau puissance la recharge lente. Pour une flotte fonctionnant en trois équipes, l’énergie quotidienne qui doit être fournie aux batteries est la même, quelle que soit la méthode de recharge. Alors que la recharge rapide utilisepuissance , elle peut nécessiter moins de bornes de recharge. À l’inverse, la recharge lente utilisepuissance , mais nécessite généralement un plus grand nombre de bornes de recharge. Par conséquent, lorsque l’infrastructure de recharge est correctement conçue et gérée pour éviter les pics de recharge simultanés excessifs, puissance globaux puissance du réseau sont similaires.
Équipement supplémentaire
Les entreprises doivent également déterminer si des équipements supplémentaires sont nécessaires pour maintenir leur productivité. Si les temps de recharge sont trop longs, des batteries supplémentaires, des systèmes d’échange de batteries (manutention, stockage…) ou des véhicules supplémentaires peuvent s’avérer nécessaires pour garantir la continuité des opérations. Ces équipements supplémentaires nécessitent également de l’espace de stockage. Le coût de ce stockage doit également être pris en compte.
Ces coûts peuvent alourdir considérablement l'investissement réel et doivent être pris en compte dès le départ.
8. Sécurité certifiée
La sécurité est un élément essentiel du coût total de possession.
Investir dans une solution de batterie robuste dotée de fonctions avancées de surveillance et de protection peut réduire considérablement les risques opérationnels et les coûts associés.
Les décideurs doivent veiller à ce que les systèmes de batteries soient conformes aux normes et certifications sectorielles applicables, telles que :
- Homologations marines pour les applications maritimes
- Réglementations en matière de sécurité des machines et de sécurité industrielle applicables au marché cible
- Règlement R100 de la CEE-ONU relatif aux véhicules routiers
- Indices de protection IP relatifs à la résistance aux conditions environnementales
De plus, le choix d'une batterie certifiée permet de réduire les frais d'assurance.
Conclusion
Prendre de meilleures décisions d'investissement
Pour les applications exigeantes, le choix d'une batterie ne doit jamais se fonder uniquement sur les coûts d'investissement (CAPEX). L'impact financier réel d'un système de batteries se révèle au fil des années d'exploitation, en fonction de nombreux facteurs.
Lorsqu'ils comparent différentes solutions de batteries, les décideurs doivent évaluer les éléments suivants :
- Coût d'achat initial
- Durée de vie prévue de la batterie et coûts de remplacement
- Flexibilité en matière de recharge et d'utilisation
- Consommation et rendement énergétiques
- Coûts liés aux temps d'arrêt et impact sur la productivité
- Exigences en matière d'entretien
- Besoins et coûts en matière d'infrastructures (bornes de recharge, modernisation des réseaux électriques, équipements supplémentaires)
- Sécurité et certifications
Ce n'est qu'en prenant en compte tous ces facteurs et en adoptant une approche fondée sur le coût total de possession que les organisations pourront identifier la solution qui leur permettra d'améliorer leur efficacité opérationnelle, de réduire les risques et de minimiser le coût global tout au long du cycle de vie de la batterie.
Dans le domaine des systèmes de batteries, l'achat le moins cher n'est pas toujours l'investissement le plus rentable. C'est le coût total de possession (TCO) qui permet d'y voir plus clair.
Chez WATTALPS, nous pouvons vous aider à calculer le coût total de possession (TCO) de votre projet.
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