Transformer l'énergie renouvelable en énergie fiable grâce aux BESS
À mesure que le monde évolue vers des systèmes énergétiques plus propres et résilients, les infrastructures d'énergie renouvelable se développent rapidement. L’énergie éolienne, solaire et d’autres sources renouvelables jouent un rôle essentiel pour réduire la dépendance aux combustibles fossiles, mais leur production est par nature variable et intermittente. Lorsque le vent ne souffle pas ou que l’ensoleillement est faible, les énergies renouvelables ne peuvent pas fournir de l’électricité au réseau de manière constante.
La solution consiste à stocker l’excès d’énergie produit durant les pics de production d’énergies renouvelables, par exemple les après-midis ensoleillés, puis à la restituer quand la production est faible, comme la nuit ou lors de journées calmes. C’est ici que les systèmes de stockage d’énergie par batterie (BESS) jouent un rôle fondamental.
Qu’est-ce qu’un BESS ?
Un BESS capte l’énergie provenant de sources renouvelables comme l’éolien et le solaire, et/ou du réseau électrique, puis la stocke grâce à une technologie de batterie rechargeable. L’énergie stockée peut ensuite être libérée durant les périodes de forte demande.
La technologie lithium-ion est généralement utilisée pour les BESS. Cependant, les technologies de stockage à l’échelle des services publics sont bien plus avancées que celles des batteries utilisées dans d’autres applications comme les véhicules électriques.
Les grands systèmes à l’échelle des réseaux, souvent appelés Front of Meter (FoM), permettent aux gestionnaires de réseau de :
- Gérer la libération d’énergie pendant les périodes de forte demande ou lors des pannes de courant.
- Fournir des services au réseau comme l’équilibrage, et le contrôle de la fréquence et de la tension.
- Optimiser l’utilisation des énergies renouvelables et garantir un approvisionnement électrique stable.
Principaux composants d’un BESS
Un BESS se compose de batteries connectées en série ou en parallèle pour atteindre la tension et la capacité requises en exploitation. Les sous-systèmes assurent un fonctionnement sûr et efficace :
- Système de gestion de batterie (BMS) : Surveille et optimise les performances de la batterie, l’équilibrage des cellules et la sécurité.
- Onduleurs / système de conversion de puissance (PCS) : Convertit la tension cc de la batterie en courant alternatif pour l’intégration au réseau, et inversement.
- Systèmes de gestion thermique : Maintiennent des températures de fonctionnement sûres et stables au niveau des cellules et des modules.
- Système de gestion de l’énergie (EMS) : Gère les cycles de charge, les flux du réseau et l’arbitrage énergétique.
Exigences du système de contrôle des BESS
Les sites BESS à grande échelle et forte puissance s’appuient de plus en plus sur des technologies fiables de contrôle des process industriels et de sécurité, intégrées dans de plus vastes systèmes IoT. Cela garantit un contrôle plus fiable et une meilleure disponibilité des données que les solutions habituellement basées sur des microcontrôleurs utilisées dans les BESS plus petits.
Au niveau du réseau, les systèmes de stockage d'énergie par batterie nécessitent une infrastructure robuste de contrôle et d'instrumentation (C&I) pour assurer un fonctionnement sûr, fiable et efficace.
Conditionnement de signal pour un fonctionnement sûr et fiable des BESS
Depuis de nombreuses années, PR electronics est une marque de confiance pour les clients des secteurs de l’énergie renouvelable et de l’énergie en général. Nos produits de conditionnement de signal ont fait leurs preuves pour garantir une intégrité et une sécurité optimales des signaux dans les BESS et autres applications énergétiques.
Nos dispositifs prennent en charge les fonctions clés des BESS, notamment :
- Surveillance de l’état de charge (SoC).
- Surveillance de l’état de santé (SoH).
- Équilibrage cellulaire.
- Gestion thermique.
- Contrôle et surveillance du système de conversion de puissance (PCS).
- Intégration EMS et SCADA.
Les sections suivantes décrivent chaque fonction en détail.
Surveillance de l’état de charge (SoC)
Déterminer avec précision l’état de charge est essentiel pour préserver la santé de la batterie et connaître sa capacité d’exportation exacte.
- PR 4184 : Avec un temps de réponse inférieur à 20 ms et une entrée supportant jusqu’à 300 Vcc ou 100 mA, il constitue une solution idéale pour interfacer les valeurs SoC des batteries.
Surveillance de l’état de santé (SoH)
L’état de santé d’une batterie est un facteur clé pour définir les stratégies de remplacement. Comprendre les performances et la dégradation au fil du temps est complexe et requiert des techniques telles que les tests de capacité et de résistance.
- PR 4114 : Grâce à ses entrées universelles, il est particulièrement adapté à l’interfaçage avec les divers signaux nécessaires à l’évaluation du SoH.
Équilibrage cellulaire
Pour maximiser les performances de la batterie et exploiter pleinement son potentiel, il est essentiel d’équilibrer les cellules individuellement au même niveau de charge. Si une cellule atteint un SoC plus bas, elle se déchargera avant les autres cellules et interrompra le transfert d'énergie alors que les autres cellules resteront chargées. Le même principe s'applique lors de la charge.
- L'équilibrage passif dissipe l'énergie excédentaire des cellules haute tension sous forme de chaleur via des résistances.
- L'équilibrage actif transfère l'énergie des cellules haute tension vers celles à basse tension.
Les deux méthodes s'appuient sur l'électronique et les algorithmes pour garantir un équilibrage cohérent.
- PR 4184 et PR 4104 : Assurent une réponse rapide pour la mesure de tension et de courant lors de l'équilibrage.
- PR 5437 : Transmetteur de température à double entrée pour mesurer les différentiels de température des cellules afin d'assurer la sécurité.
Gestion thermique
Une surveillance rigoureuse de la température au niveau des cellules et des modules est une mesure de sécurité cruciale. Un contrôle stable de la température des conditions de fonctionnement et ambiantes garantit à la fois l'efficacité de la batterie et la sécurité fonctionnelle, limitant ainsi les risques d'emballement thermique ou d'incendie.
PR electronics propose des solutions pour des applications standards et certifiées SIL :
- PR 5437 transmetteur monté sur tête certifié SIL et PR 6437 transmetteur sur rail DIN.
- PR 4116 relai à seuils avec entrée de température.
- PR 9116 relai à seuils certifié SIL2 avec sortie relais pour alarmes de surchauffe.
Contrôleur du système de conversion de puissance (PCS)
Le PCS gère les onduleurs et convertisseurs reliant les batteries cc au réseau ca, et inversement.
- PR 4179 : Un transmetteur universel ca / cc permettant l’interfaçage avec des signaux de tension ou de courant alternatif pour la surveillance des onduleurs et des signaux PCS associés.
Intégration EMS et SCADA
L’intégration aux systèmes avancés de gestion de l’énergie et SCADA est indispensable pour garantir un fonctionnement fiable des BESS.
- Les dispositifs de conditionnement de signal de PR electronics prennent en charge l’interfaçage des signaux analogiques et numériques, incluant la communication MODBUS, ce qui les rend parfaits pour la connectivité de la gestion de l'énergie et SCADA.
Applications supplémentaires
Les dispositifs PR electronics sont également adaptés pour :
- Surveillance environnementale, telle que la température, l'humidité et la détection de gaz.
- Détection et suppression d’incendie via intégration d’alarmes et de verrouillages.
- Systèmes de protection et de sécurité avec interfaces certifiées IEC61508 pour systèmes instrumentés de sécurité jusqu’à SIL3.
Conclusion
Les systèmes de stockage d'énergie par batterie sont essentiels pour convertir l’énergie renouvelable en énergie fiable et continue. Grâce à sa technologie éprouvée de conditionnement de signal, PR electronics contribue à assurer une exploitation sûre, efficace et stable des BESS à l’échelle mondiale.
