Stockage d’énergie par batterie avec Back-up
Un système de stockage d’énergie par batterie (BESS) est une unité électrochimique qui stocke l’énergie du réseau et la restitue ultérieurement pour fournir cette énergie.
Le stockage de l’énergie dans des batteries lithium-ion est considéré comme l’un des plus efficaces.
Les systèmes de stockage d’énergie par batterie à l’échelle commerciale pour gérer l’approvisionnement en électricité ou fournir des services au réseau sont une nouvelle solution qui gagne en popularité. Cette popularité résulte des besoins croissants de flexibilité, de stabilité et de prédictibilité du système pour les centrales électriques renouvelables, combinés à la baisse rapide des coûts de la technologie des batteries. En conséquence, le rôle important des BESS dans les systèmes de réseau s’est accru au cours des dernières années.
Dès à présent, le développement des BESS permet de résoudre plusieurs problèmes. L’une des tâches des BESS est de fournir de l’énergie aux charges pendant les pannes, ce que nous examinerons plus en détail dans cet article.
Qu'est-ce qu'un BESS et pourquoi est-il nécessaire ?
Un système de stockage d’énergie par batterie (BESS) est une unité électrochimique qui stocke l’énergie du réseau et la restitue ultérieurement pour fournir cette énergie.
Le stockage de l’énergie dans des batteries lithium-ion est considéré comme l’un des plus efficaces.
Les systèmes de stockage d’énergie par batterie à l’échelle commerciale pour gérer l’approvisionnement en électricité ou fournir des services au réseau sont une nouvelle solution qui gagne en popularité.
Pourquoi utiliser les BESS:
- Manque de puissance du réseau. Selon le type de système, les BESS peuvent – fournir de l’énergie en réponse à des changements ou à des baisses de fréquence et de tension et fournir une puissance supplémentaire en cas de puissance insuffisante du réseau. Cela permet d’éviter des investissements coûteux dans la reconstruction du réseau de transport et de distribution.
- L’équilibre énergétique réduit les coûts globaux de l’électricité pour les consommateurs en stockant l’énergie pendant les périodes creuses, lorsque les prix de l’électricité sont bas, pour une utilisation ultérieure, et lorsque les prix de l’électricité sont élevés pendant les périodes de pointe.
- Avec source solaire (VDE)
Les sources d’énergie renouvelables ont un impact croissant sur le système électrique du pays. Par conséquent, des exigences plus importantes sont formulées en ce qui concerne la prévisibilité de ces systèmes. Une option consiste donc à ajouter à la station solaire, par exemple, un système de stockage d’énergie. Un système de stockage d’énergie peut aider à équilibrer le système et à éviter la production de surtensions dans le réseau. - BESS de secours (hors réseau)
Utilisez des BESS de secours (mode hors réseau) dans les sites où les coupures de courant sont fréquentes ou qui nécessitent plusieurs sources d’énergie.
Un BESS de secours peut également utiliser l’énergie de la batterie pour gérer la consommation par rapport à un système autonome.
Examinons plus en détail les possibilités d’utilisation des BESS de secours. Pourquoi, au juste, isoler les BESS de secours dans une catégorie distincte ? Parce qu’un système de stockage d’énergie ne signifie pas la possibilité d’un fonctionnement hors réseau dans tous les cas. De même qu’une centrale solaire ne peut pas produire d’électricité sans réseau, il n’est pas toujours nécessaire d’assurer un fonctionnement de secours.
Les systèmes qui peuvent fonctionner sans réseau sont plus chers.
Une autre problématique réside dans le fait que les systèmes hors réseau sont tout à fait uniques et qu’il n’existait auparavant qu’un nombre limité de solutions pouvant être appliquées au secteur commercial. Certaines installations industrielles étaient conçues avec des équipements fabriqués spécifiquement pour elles.
Avec le développement et la demande de systèmes de stockage d’énergie pour résoudre les problèmes dans le secteur résidentiel, le secteur commercial commence à tirer parti de cette expérience et à la transposer à plus grande échelle.
Les fabricants et les technologies en développement ont commencé à proposer des solutions de stockage d’énergie avec la possibilité d’un mode d’arrêt partiel ou total du réseau.
Quelle est la différence entre le BESS dans le secteur privé, qui est assez courant, et le secteur commercial ? – L’échelle et les responsabilités.
Les solutions qui commencent à être utilisées dans le secteur commercial sont confrontées à de nouveaux défis liés à l’échelle – comme la protection contre les incendies, le refroidissement, la prévention de l’emballement thermique, la maintenance, etc.
Composants et fonctions du BESS
Le BESS se compose de différents éléments, dont les principaux sont les suivants :
- Système de batterie
La batterie est le composant principal du système de stockage d’énergie. La batterie stocke l’énergie pour la fournir en cas de besoin. Une batterie se compose de cellules de lithium qui forment un bloc, et plusieurs blocs connectés forment un module de batterie. Plusieurs modules connectés en série (le plus souvent) atteignent la tension requise sous la forme d’un rack de batterie. Les racks de batteries sont connectés en parallèle pour atteindre la capacité requise, formant ainsi un système énergétique de batteries qui peut être adapté à un système d’emballage, à un conteneur, etc.
En fonction de la tension et de la puissance requises, vous combinez des connexions en parallèle et en série pour construire le système dont vous avez besoin pour passer à l’échelle supérieure.
- Système de batterie
- Système de gestion de la batterie (BMS)
La batterie au lithium du BESS doit être gérée par un système de gestion de la batterie (BMS). Le BMS est le cerveau du système de batterie, dont la fonction principale est de protéger la batterie contre les dommages dans les différents modes de fonctionnement. Le BMS doit s’assurer que la batterie fonctionne dans des plages déterminées pour les paramètres critiques, notamment :
– l’état de charge (SoC)
– l’état de santé (SoH)
– la tension (V)
– la température (°C)
– le courant (A).
Le contrôle de ces paramètres importants permet d’éviter les incendies, les surcharges, les courts-circuits, les déséquilibres, etc.
Un BMS bien conçu est un composant essentiel du système de stockage d’énergie de la batterie et garantit la sécurité et la longévité de la batterie dans n’importe quel BESS au lithium. - Système de conversion d’énergie (PCS) ou onduleur hybride
Les BESS stockent et fournissent de l’énergie en courant continu (DC), mais le réseau fonctionne en courant alternatif (AC) comme la plupart des charges. Pour fournir de l’énergie du BESS au réseau (charges) et pour charger le BESS à partir du réseau, un système de conversion d’énergie (PCS) ou un onduleur hybride est nécessaire, il peut s’agir d’un système complet qui est combiné à plusieurs types d’onduleurs. Un PCS ou un onduleur hybride est plus complexe que la plupart des onduleurs car il doit effectuer une conversion dans deux directions : du courant continu au courant alternatif et du courant alternatif au courant continu. Les systèmes de conversion d’énergie les plus complexes doivent être capables de charger le système à partir du réseau et de l’injecter dans le réseau.
Le type d’onduleur (PCS) ou d’un onduleur hybride détermine presque entièrement les tâches que le système accomplira, qu’il s’agisse d’un système destiné à stabiliser un réseau faible, d’un système capable de fonctionner en mode hors réseau ou d’un système qui fournira des services au réseau.
Le PCS ou l’onduleur hybride a une connexion permanente avec le BESS et participe à sa gestion. En fonction des réglages, il contrôlera à quel niveau, quand et à quelle fréquence les batteries seront déchargées et rechargées.
Il est important de connaître deux types de configurations du système de conversion d’énergie. Le couplage AC et le couplage DC.
Pour une centrale solaire avec des BESS combinés, il y a un choix entre les deux. Le couplage AC se produit lorsque le BESS est connecté en parallèle au système solaire PV sur le côté AC.
Le couplage DC est lorsque le PV et le BESS sont connectés du côté DC.
- Système de gestion de la batterie (BMS)
- Autre (générateur en option)
En fonction de la taille du système et de ses tâches, le BESS peut inclure des systèmes tels que le chauffage, la ventilation, la climatisation, la surveillance, l’extinction des incendies, le SCADA, etc. Il est également possible de distinguer la combinaison assez fréquente du BESS avec l’énergie renouvelable.
Sécurité
Les batteries lithium-ion (Li-ion) sont très sûres et largement répandues. Elles sont utilisées dans de nombreux appareils électriques pour assurer leur fonctionnement autonome. Toutefois, la grande capacité des batteries nécessite une attention particulière pour une sécurité maximale et une utilisation à long terme du système.
Les cellules des batteries lithium-ion (Li-ion) peuvent subir une réaction chimique connue sous le nom d’emballement thermique. Cette réaction ne nécessite pas d’oxygène ni de flamme visible si elle se produit à l’intérieur d’un assemblage de cellules très compactes. S’il n’est pas pris en compte par les dispositifs de protection du système, ce processus peut continuer à faire monter la température et la pression jusqu’à ce que la cellule de la batterie se rompe, ce qui peut à son tour libérer des gaz explosifs. Si l’emballement thermique se propage dans un module, des gaz inflammables peuvent s’accumuler dans le BESS, créant ainsi les conditions d’une explosion. L’emballement thermique peut également être causé par l’exposition à une surchauffe due à des incendies traditionnels.
Il est important de noter qu’une approche standard visant à minimiser les incendies conventionnels – l’arrêt de la ventilation et l’utilisation d’agents d’extinction propres pour refroidir ou priver d’oxygène un incendie – peut aggraver la menace d’une explosion en permettant aux concentrations de gaz explosifs d’augmenter. Par conséquent, les systèmes et les protocoles d’intervention d’urgence doivent être conçus pour éteindre les incendies et ventiler les enceintes, si nécessaire, avant l’entrée.
Nous recommandons d’inclure dans votre BESS (en fonction de l’échelle) le système suivant (NOTE : Toutes les mesures de sécurité du système doivent être conformes aux normes nationales et être conçues par des ingénieurs qualifiés possédant les certifications appropriées):
- Systèmes de détection des risques
- Prévention de l’emballement thermique
- Suppression des incendies
- Protection contre les défauts à la terre
- Préparer la conception de l’étude d’explosion
IMPORTANT EN CAS D’URGENCE CONCERNANT LES SYSTÈMES DE STOCKAGE D’ÉNERGIE EN BATTERIE (BESS)
En cas de dommages ou d’incendie impliquant des systèmes de stockage d’énergie en batterie (BESS) :
- Il faut toujours supposer que les batteries et les composants associés sont sous tension et entièrement chargés.
- Les fiches de données de sécurité (FDS) peuvent fournir des informations importantes sur la chimie des batteries.
- Les composants électriques, les fils et les batteries exposés présentent des risques potentiels d’électrocution.
- Lors d’incidents impliquant un BESS, les intervenants doivent suivre les étapes suivantes : IDENTIFIER (l’emplacement et le type de système), ARRÊTER le BESS si nécessaire, PRENDRE GARDE à la haute tension et aux autres dangers.
- Porter tous les équipements de protection individuelle et regarder au loin lors de l’utilisation des dispositifs de déconnexion afin de se protéger contre les blessures dues à l’éclair d’arc électrique.
- Localiser le personnel du bâtiment responsable du système et/ou localiser les numéros de contact en cas d’urgence.
- Être prêt à contrôler les systèmes CVC pour empêcher la propagation de la fumée et des gaz toxiques/inflammables.
Maintenance
Une bonne maintenance, le maintien des batteries à la bonne température, l’étalonnage constant du système, la surveillance et l’analyse des données protègent contre les dommages et garantissent un fonctionnement optimal du système et une longue durée de vie.
Les principaux indicateurs qui doivent être observés en permanence pour une maintenance réussie:
- Il est nécessaire de maintenir un régime de température approprié dans la pièce où se trouvent les batteries. Des températures élevées peuvent endommager les cellules de la batterie ou réduire les cycles restants. Pour ce faire, chauffez les locaux en hiver et utilisez la climatisation en été.
- S’assurer que le système est correctement installé et calibré. Il est important pour le bon fonctionnement du système qu’il soit efficace, notamment en ce qui concerne les paramètres des niveaux de décharge et de charge, afin d’éviter une décharge en dessous d’un niveau sûr ou une surcharge.
- La surveillance et l’analyse sont des éléments importants pour une exploitation et une maintenance efficaces des BESS. En surveillant les indicateurs du système, ses modes et ses notifications, il est possible de détecter à temps les menaces potentielles et de prendre des mesures.
- Une maintenance régulière est également nécessaire pour le bon fonctionnement d’un BESS. Elle comprend le nettoyage de routine du système, le remplacement des composants usés ou endommagés et la réalisation de tests de capacité sur les batteries afin de s’assurer qu’elles conservent leurs capacités de stockage efficaces. Les onduleurs du système peuvent être calibrés pour s’assurer que le BESS est capable de convertir efficacement le courant continu stocké dans les batteries en courant alternatif. La réduction de l’alimentation auxiliaire peut également accroître considérablement l’efficacité du système.
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Huawei – BESS
Elle peut être utilisée pour alimenter les réseaux électriques, assurer leur fiabilité et stocker l’électricité excédentaire en vue d’une utilisation ultérieure.
Cette solution peut être utilisée pour:
- Arbitrage: Le système peut être utilisé pour charger la batterie lorsque les prix de l’énergie sont bas et la décharger lorsque les prix sont plus élevés (par exemple, pendant les heures de pointe).
- Capacité ferme ou capacité de pointe: Les opérateurs de systèmes doivent s’assurer qu’ils disposent d’une offre suffisante de capacité de production pour répondre de manière fiable à la demande pendant les périodes où la demande est la plus forte au cours d’une année donnée, ou la demande de pointe.
- Réserves d’exploitation et services auxiliaires: pour que le système électrique fonctionne de manière fiable, la production doit correspondre exactement à la demande d’électricité à tout moment. Les différentes catégories de réserves d’exploitation et de services auxiliaires fonctionnent à différentes échelles de temps, de la subseconde à plusieurs heures, et sont toutes nécessaires pour assurer la fiabilité du réseau.
- Report des travaux d’amélioration de la transmission et de la distribution: L’infrastructure de transport et de distribution du réseau électrique doit être dimensionnée pour répondre à la demande de pointe, qui peut ne se produire que quelques heures par an.
Victron + Pylontech
Sur la base des onduleurs Victron et des batteries Pylontech, il est possible de construire un BESS pour les petites installations commerciales. Les systèmes de petite et moyenne taille ont une puissance allant jusqu’à 90 kW et une capacité de plusieurs MWh. Ces systèmes sont tout à fait suffisants pour les petites entreprises, les bureaux et les magasins. Les onduleurs Victron vous permettent de construire un système de secours capable d’injecter l’énergie photovoltaïque dans le réseau, de gérer la consommation et de stocker l’énergie excédentaire.
Deye + Pylontech
Work modes
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