Système de stockage d'énergie par batterie

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Employés dans les secteurs industriel, tertiaire, hospitalier, des transports et des énergies renouvelables, les systèmes de stockage d’énergie par batterie (BESS) permettent d’exploiter l’énergie excédentaire, de renforcer la stabilité du réseau électrique et d’assurer une alimentation de secours en cas de défaillance. Leur principale caractéristique réside dans leur capacité à découpler production et consommation d’énergie, en stockant l’électricité au moment opportun pour la restituer selon les besoins du système.

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Pack batterie 90 kVA - en location - 77 kWh - Surveillance à distance - 4900 Kg

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Quelles sont les caractéristiques d'un système d'énergie pour batterie ?

Composants clés du système de stockage d'énergie par batterie

Un système de stockage d’énergie par batterie (ou BESS) se compose de plusieurs sous-ensembles critiques :

Cellule de batterie : unité de base où l’énergie est stockée sous forme chimique. Les cellules sont regroupées en modules de batterie, qui sont ensuite assemblés dans une armoire batterie (B-Cab).
Modules LFP : les modules de batterie sont souvent de type lithium-fer-phosphate (LFP), connus pour leur stabilité thermique et leur longue durée de vie. Chaque armoire contient généralement 4 à 8 modules LFP, offrant entre 200 kWh et 400 kWh de capacité par armoire.
Système de conversion (C-Cab) : convertit le courant alternatif (CA) du réseau en courant continu (CC) pour charger la batterie, puis inverse l’opération lors de la décharge. Ces systèmes sont conçus pour des puissances allant de 50 kVA à 20 MVA via le montage en parallèle.
Système de gestion de batterie (BMS) : surveille l’état de charge, la tension, la température et la profondeur de décharge. Il assure un fonctionnement sécurisé et optimal de chaque cellule.
Système de gestion de l’énergie (PMS) : orchestre l’ensemble du système de stockage d'énergie par batterie, en appliquant des règles de contrôle énergétique intelligentes.

Paramètre électriques et énergétiques

Les performances d’un système de stockage d’énergie par batterie BESS sont mesurées à l’aide de plusieurs indicateurs techniques essentiels :

Capacité de stockage : exprimée en kWh, elle indique l’énergie maximale stockable. Une capacité élevée permet le déplacement de réserve tournante, la recharge de VE ou la couverture de charge transitoire.
Puissance nominale : en kW ou MVA, elle détermine la puissance maximale délivrée à un instant donné. Une puissance élevée est cruciale pour des applications exigeant une réponse rapide, comme le soutien à la fréquence réseau ou le facteur de puissance.
Temps de réponse : indicateur de la rapidité du système à fournir ou absorber de l’énergie, souvent de l’ordre de quelques millisecondes à secondes. Ce paramètre est déterminant pour les services de régulation de fréquence.
Taux de cycle : nombre de cycles charge-décharge par jour. Il reflète la capacité du système à supporter un usage intensif sans dégradation accélérée.
Rendement énergétique (ou rendement aller-retour) : rapport entre l’énergie récupérée et l’énergie injectée, exprimé en pourcentage. Les systèmes performants atteignent un rendement supérieur à 90 %, limitant les pertes dues à la conversion et à la dissipation thermique.

Sécurité, surveillance et intégration

La sécurité et l'intégrité opérationnelle du système de stockage d’énergie par batterie reposent sur des dispositifs avancés :

Capteurs : intégrés dans l’armoire de stockage de batterie et le système de conversion, ils détectent température, tension, courant, et anomalies (incendie, surcharge).
Surveillance de l’isolement : indispensable dans les réseaux IT non mis à la terre, elle permet de détecter des défauts d’isolement avant qu’ils ne deviennent critiques.
Courant de fuite : des moniteurs spécialisés détectent les courants résiduels, aussi bien en CA qu’en CC, permettant d’anticiper les risques électriques (incendie, court-circuit).
Protection contre les défauts à la terre : essentielle pour les systèmes mis à la terre (ligne + ou – ou point neutre), évitant les déclenchements inopinés et assurant la continuité de service.

Fonctionnalités avancées pour réseaux complexes

Les systèmes de stockage d’énergie par batteries BESS modernes sont conçus pour répondre aux défis des réseaux dynamiques :

Intégration multi-sources : les systèmes sont souvent hybrides, combinant batteries, solaire, éolien et groupes électrogènes.
Compatibilité réseau : adaptabilité entre réseaux TN (mis à la terre) et réseaux IT (non mis à la terre), assurant une stabilité opérationnelle.
Compensation de fréquence réseau : absorption ou injection d’énergie pour maintenir une fréquence stable.
Correction du facteur de puissance : amélioration de la qualité de l’alimentation électrique, réduisant les pertes sur le réseau.

Comment fonctionne un système d'énergie pour batterie ?

Conversion et circulation de l'énergie

L’énergie électrique provenant du réseau, de générateurs de courant ou de sources renouvelables est d’abord traitée par un système de conversion. Ce système transforme le courant alternatif (AC) en courant continu (DC) pour permettre la charge des batteries. Lors de la décharge, le processus est inversé : l’énergie stockée en DC est reconvertie en AC afin d’être réinjectée dans le réseau ou utilisée localement.

Stockage de l'énergie

L’énergie ainsi convertie est stockée sous forme chimique dans les modules de batterie. Ces modules sont intégrés dans des armoires batteries organisées de manière à pouvoir répondre aux besoins énergétiques variables. La gestion thermique et la régulation interne de la température garantissent une stabilité optimale durant ce processus.

Supervision et contrôle intelligents

Tout le fonctionnement est orchestré par deux systèmes principaux :

Le système de gestion de batterie (BMS) supervise les paramètres internes : état de charge, température, tensions individuelles.
Le système de gestion de l’énergie (PMS) pilote l’ensemble de la distribution, selon des règles prédéfinies, en fonction des priorités et de la demande.

Ces deux systèmes sont coordonnés par un système de contrôle centralisé, qui intègre aussi les données environnementales et les consignes réseau pour optimiser les flux.

Surveillance et sécurisation du fonctionnement

Pour garantir la sécurité électrique, des dispositifs assurent la détection de défaut, la surveillance du courant différentiel (dans les réseaux TN) ou la surveillance d’isolement (dans les réseaux IT). En cas de défaut d’isolement, le système peut localiser rapidement la source grâce à des équipements de monitoring. Des mécanismes de protection incendie intégrés détectent également toute élévation anormale de température ou de courant.

Restitution d'énergie et adaptation

Lorsque la demande en énergie augmente, le BESS libère l’énergie stockée sous forme de courant alternatif, en respectant les consignes du système de contrôle. Grâce à une gestion intelligente des données en temps réel, le système ajuste les cycles de charge/décharge, s’intègre dans un système hybride si nécessaire, et contribue à l’optimisation énergétique du site.

Quels sont les usages d'un système d'énergie pour batterie ?

Écrêtage et gestion de la pointe de demande

Le stockage d’énergie par batterie permet de stocker de l’électricité durant les périodes creuses, lorsque la consommation électrique est faible, pour la restituer lors des périodes de pointe. Cette stratégie, appelée écrêtage, permet de lisser la courbe de demande sur le réseau électrique, de réduire les appels de puissance et de limiter les surcoûts tarifaires associés aux pics de consommation.

Optimisation de l'autoconsommation d'énergie renouvelable

Les systèmes de stockage d’énergie par batteries sont essentiels dans les installations photovoltaïques ou hybrides. Ils permettent de stocker l’énergie excédentaire produite localement, puis de la consommer ultérieurement. Cette autoconsommation améliore le rendement global de l'installation et réduit la dépendance au réseau électrique, tout en favorisant une meilleure intégration réseau des énergies renouvelables.

Régulation de fréquence et stabilité du réseau

Grâce à leur capacité de réaction rapide, les BESS participent à la régulation de fréquence du réseau électrique. Lors d’un excès de production, ils absorbent l'énergie ; en cas de déficit, ils la réinjectent. Ce rôle est crucial pour maintenir la stabilité du réseau, notamment dans un contexte de forte pénétration des énergies renouvelables, souvent variables et imprévisibles.

Alimentation de secours pour les infrastructures critiques

Les BESS peuvent assurer une alimentation de secours fiable pour toute infrastructure critique (hôpitaux, data centers, sites industriels). En cas de coupure du réseau, ils prennent immédiatement le relais pour éviter tout arrêt d'activité. Ils garantissent ainsi une continuité de service essentielle à la sécurité et à la productivité des installations sensibles.

Support à la recharge de véhicules électriques (VE)

Le système de stockage d’énergie par batterie est également utilisé pour soutenir les infrastructures de recharge de véhicules électriques (VE). Il permet d’éviter des investissements lourds dans le renforcement du réseau en servant de tampon lors des charges rapides. Cette capacité est particulièrement utile dans les zones où le réseau électrique est limité ou vieillissant.

Réserve tournante et production de capacité virtuelle

Les BESS sont capables de fournir une réserve tournante, c’est-à-dire une énergie disponible instantanément pour compenser la perte d’une autre source de production d’énergie. Ce rôle stratégique est comparable à celui des générateurs de secours, avec une réponse plus rapide et sans combustion de carburant. Cela permet également d’offrir une capacité virtuelle au réseau, utile dans les systèmes multi-actifs.

Arbitrage énergétique et valorisation de l'énergie

Un autre usage consiste à acheter de l’électricité lorsque les prix sont bas, à la stocker, puis à la revendre lorsque les prix montent. Ce mécanisme, appelé arbitrage énergétique, permet de rentabiliser le BESS sur les marchés libéralisés de l’électricité, en valorisant à la fois l’énergie stockée et la flexibilité offerte au système.

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