Glossaire BESS
Capacité nominale
La capacité nominale d'une batterie fait référence au stockage d'énergie maximal spécifié par le fabricant ou à la puissance de sortie de la batterie dans des conditions idéales. Elle est généralement exprimée en MWh ou en kWh.
Par exemple : Un BESS de 100 MWh peut théoriquement fournir 100 MW pendant 1 heure ou 50 MW pendant 2 heures.
Si la capacité nominale indique le potentiel maximal d'une batterie, les performances réelles dépendent des conditions d'exploitation et de la gestion du système.
Puissance nominale de l'onduleur
La puissance nominale de l'onduleur correspond à la puissance nominale continue qu'un onduleur peut fournir dans des conditions de fonctionnement standard. Elle est généralement exprimée en kilowatts (kW) ou en mégawatts (MW) et représente la puissance maximale que l'onduleur peut supporter sans surchauffe ni perte d'efficacité. Elle détermine la puissance injectée dans le réseau.
Profil
Un profil dans le contexte d'un système de stockage d'énergie par batterie (BESS) fait référence à la définition détaillée de son installation, y compris les caractéristiques clés et la configuration du système.
Lors de la définition d'un profil dans Glint Solar, il sera nécessaire de définir la batterie, la station MV, le fonctionnement, les distances pour configurer l'ensemble du BESS et la disposition, les pertes et le profil de dégradation.
Batteries et opérations
Batterie
Le processus de charge et de décharge d'un système de stockage d'énergie par batterie. Un cycle est terminé lorsque la batterie est chargée et déchargée.
Cycles
Processus de charge et de décharge d'un système de stockage d'énergie par batterie. Un cycle est terminé lorsque l'actif est chargé au maximum autorisé et déchargé au minimum autorisé. La durée de vie d'une batterie est déterminée par le nombre de cycles qu'elle peut subir tout en conservant des performances satisfaisantes. La durée de vie totale est généralement exprimée en équivalents de cycles complets (ECC).
L'optimisation du nombre de cycles par jour implique de trouver un équilibre entre le potentiel de revenus et l'usure accrue de la batterie, un facteur crucial dans l'analyse du coût du cycle de vie.
Années de fonctionnement
Dans le contexte des systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS), les années d'exploitation désignent la durée totale (généralement mesurée en années) pendant laquelle le système est censé fonctionner efficacement tout en satisfaisant aux exigences de performance et de sécurité. Cette période est souvent définie par la durée de vie théorique du système, la période de garantie ou la durée de vie prévue avant qu'une dégradation importante n'affecte sa capacité ou son efficacité.
Les années de fonctionnement peuvent être influencées par des facteurs tels que
- la chimie de la batterie (par exemple, lithium-ion, plomb-acide, etc.)
- la température de fonctionnement
- la profondeur de décharge (DoD)
- les cycles de charge/décharge
- les pratiques d'entretien
- Profil d'utilisation du système
Les fabricants indiquent généralement une durée de vie calendaire estimée (années) en plus de la durée de vie cyclique (nombre de cycles de charge-décharge) pour donner une idée plus complète de la longévité du système.
Les développeurs de projets examinent attentivement les années de fonctionnement garanties, en tenant compte des taux de dégradation et des coûts de remplacement lors de la modélisation de la viabilité financière du projet sur toute sa durée de vie.
Rendement
La quantité totale d'énergie qu'une batterie peut stocker et fournir au cours d'une période définie (p. ex. quotidienne, annuelle, durée de vie), généralement exprimée en kilowattheures (kWh) ou en mégawattheures (MWh). En d'autres termes, le débit indique le nombre de cycles de (dé)charge qu'une batterie peut subir sans perte majeure de performance.
État de santé
Capacité de la batterie à conserver sa capacité par rapport à sa valeur nominale avant utilisation. L'état de santé indique le degré de dégradation d'une batterie au fil du temps.
État de charge
Capacité dont dispose une batterie pour être utilisée. L'état de charge indique si la batterie est pleine ou vide.
État de charge minimal : le respect de l'état de charge minimal est essentiel pour éviter des dommages irréversibles aux cellules de la batterie, ce qui a un impact sur la longévité globale du système et nécessite des systèmes de gestion de la batterie robustes.
Max SOC : le respect de l'état de charge maximal permet d'éviter la surcharge, qui constitue un problème de sécurité et contribue à la dégradation accélérée de la batterie.
Profil SOC : Un profil d'état de charge (SoC) est une représentation graphique ou sous forme de données de la manière dont l'état de charge (%) d'une batterie évolue dans le temps en fonction de la charge, de la décharge et des conditions opérationnelles. Il fournit des informations sur l'utilisation de la batterie. Le graphique fourni par Glint Solar montre comment la batterie est théoriquement exploitée. Cependant, dans la réalité, le SOC% et les heures de la journée peuvent varier quotidiennement.
Un profil SoC bien géré peut améliorer les performances de la batterie, réduire l'usure et prolonger la durée de vie du système dans les applications BESS à grande échelle.
Taux C
Vitesse à laquelle une batterie est chargée ou déchargée, par rapport à sa capacité totale. Le taux C d'une batterie indique la vitesse à laquelle elle peut fournir ou absorber de l'énergie. Exprimé comme une valeur sans unité, il se présente généralement sous la forme C/x ou xC, x indiquant la capacité qui peut être (dé)chargée par heure.
Voici quelques exemples :
- Taux C de 1C pour une batterie de 1 MWh :
l'actif se (dé)charge à un taux de 1 MWh par heure -> il faut 1 heure pour se (dé)charger complètement - Taux de charge de 0,5C pour une batterie de 1 MWh :
le bien se (dé)charge à un rythme de 0,5 MWh par heure -> il faut 2 heures pour se (dé)charger complètement - Taux C de 4C pour une batterie de 1 MWh :
le bien se (dé)charge à un rythme de 4 MWh par heure -> il faut 15 minutes pour se (dé)charger complètement.
Dégradation de la batterie
La dégradation des batteries fait référence à la perte progressive de la capacité d'une batterie à conserver et à délivrer une charge au fil du temps. Ce processus est causé par des changements chimiques et physiques au sein de la batterie. La dégradation entraîne une réduction de la capacité, une baisse de l'efficacité, une augmentation de la résistance interne et une diminution de la durée de vie globale. Les facteurs qui accélèrent la dégradation des batteries sont les températures élevées, les décharges profondes, les surcharges et les cycles de charge-décharge fréquents.
Graphique de dégradation
Un graphique de dégradation de la batterie est une représentation visuelle de la baisse de la capacité, de l'efficacité ou des performances d'une batterie au fil du temps ou des cycles de charge-décharge. Il montre généralement comment l'état de santé (SoH), la capacité restante ou l'efficacité de la batterie diminue en raison du vieillissement et de l'utilisation.
Capacité au POC
La capacité au point de connexion (PoC) désigne la puissance maximale que le système global peut fournir au réseau électrique ou à une charge désignée à son point d'interconnexion avec le réseau. Il s'agit d'un paramètre essentiel dans les projets de stockage d'énergie à grande échelle, qui est influencé par la conception du système, les exigences du réseau et les contraintes opérationnelles. Par exemple, un BESS de 100 MW / 400 MWh connecté au réseau peut avoir une limite de capacité de point de connexion de 80 MW en raison des contraintes du réseau, ce qui signifie qu'il ne peut pas décharger plus de 80 MW à un moment donné, même si ses onduleurs et ses packs de batteries peuvent théoriquement supporter 100 MW.
Station MT
Une station moyenne tension (MT) contient une série de composants électriques, notamment des onduleurs, des transformateurs, des armoires électriques, des appareillages de commutation et divers systèmes auxiliaires. Certains fournisseurs incluent les onduleurs à l'intérieur du conteneur de batteries ou à l'extérieur, à côté de la station MV.
Ensemble BESS
Un ensemble de systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) est défini par le nombre de conteneurs et de stations moyenne tension (MV) qu'il comprend.
Chaque ensemble a une capacité énergétique définie (résultat de la multiplication de la capacité de chaque batterie par le nombre de batteries) et une puissance MT.
Un ensemble BESS est défini par l'équipement, l'agencement (quantité d'équipement et distances correspondantes).
Colonnes de batteries
Les colonnes de batteries sont la disposition verticale des unités de batteries dans un ensemble. Elles déterminent les dimensions physiques de l'ensemble BESS et influencent les connexions électriques et le refroidissement. Le nombre de colonnes contribue à la capacité globale.
Rangées de batteries
Les rangées de batteries sont la disposition horizontale des unités de batteries dans l'ensemble. Combinées aux colonnes, elles définissent le nombre total de batteries dans un ensemble. Cette information est essentielle pour l'aménagement de l'espace et l'estimation des coûts.
Distance entre les unités de batterie
L'espacement entre les différentes batteries est crucial pour la ventilation, le refroidissement et l'accès à la maintenance. Un espacement correct permet d'éviter la surchauffe et de garantir un fonctionnement sûr.
Distance entre les unités de batterie et la station MV
La distance entre les unités de batteries et la station MV affecte la longueur du câblage CC, ce qui a un impact à la fois sur le coût et sur la perte de puissance. L'optimisation de cette distance permet de concilier la minimisation des pertes avec des considérations pratiques telles que la maintenance et la sécurité.
Distance entre les ensembles
Cette distance sépare les différents ensembles BESS pour des raisons de sécurité, de maintenance et de prévention des incidents. Elle influence également la manière dont les ensembles sont connectés électriquement.
Distance de la première rangée pour les ensembles
La distance du premier rang est le recul par rapport à un point de référence tel qu'un mur. Elle est déterminée par les règles de sécurité et permet l'accès et la ventilation.
Distance de la rangée arrière pour les ensembles
Comme pour la rangée avant, il s'agit de la distance à partir d'un point de référence situé derrière les batteries. Il garantit l'espace nécessaire à l'entretien et à la ventilation.
Rangées de miroirs pour les ensembles
Les rangées en miroir inversent une rangée de piles sur deux. Cela signifie que pour chaque rangée, le système MV fera face au système MV de la rangée suivante - et les piles feront face aux piles de l'autre côté.
Inverser les rangées pour les jeux
L'option Inverser les rangées permet d'inverser toutes les rangées de piles, y compris celles qui ont déjà été mises en miroir. Cela signifie que deux rangées dont les systèmes MV étaient orientés l'un vers l'autre auront désormais leurs batteries orientées l'une vers l'autre.
Pertes de câble :
Les pertes de câble désignent la perte d'énergie qui se produit dans les câbles électriques lors de la transmission de l'énergie des batteries au point de connexion. Ces pertes sont dues à la résistance des câbles et au courant qui les traverse. Pour un projet BESS, une fourchette de 2 à 7% est standard. Cependant, cela peut varier considérablement en fonction de la conception, de l'emplacement, de la longueur de la ligne de transmission, des tensions de fonctionnement, etc.
Pertes auxiliaires :
Il s'agit de l'énergie consommée par les systèmes de soutien nécessaires au fonctionnement, à la surveillance et à la sécurité de l'installation de stockage en batterie. Ces pertes ne contribuent pas directement au stockage ou à la décharge de l'énergie, mais sont essentielles pour maintenir l'efficacité, la fiabilité et la sécurité du système. Les principaux composants qui nécessitent une consommation d'énergie sont les systèmes de refroidissement, le système de gestion des batteries (BMS), l'électronique de commande, l'extinction des incendies, les systèmes de sécurité, l'éclairage et les charges générales de l'installation. Des pertes auxiliaires plus importantes réduisent l'efficacité globale du BESS.
Profiles de batteries
Poids des batteries
Le poids d'un conteneur de batteries correspond à la masse totale du conteneur lui-même, qui abrite et protège les batteries
Le poids typique d'un conteneur de 20 pieds de 5 MWh est d'environ 42 tonnes.
Le poids d'un conteneur de batterie est essentiel, en particulier pendant le transport, car les charges lourdes peuvent nécessiter des camions spécialisés, des remorques renforcées ou le respect des réglementations en matière de poids. Certaines expéditions de grandes batteries, en particulier les batteries lithium-ion, peuvent également être soumises à des règles de transport de matières dangereuses, ce qui nécessite des précautions de sécurité supplémentaires et des transporteurs certifiés.
Lors de l'installation de grands conteneurs de batteries, il est essentiel de concevoir des fondations adéquates pour supporter le poids et garantir la stabilité structurelle. Les fondations doivent être conçues sur la base de données géotechniques, notamment la capacité portante du sol, le potentiel de tassement et les conditions environnementales. Une conception inadéquate des fondations peut entraîner des défaillances structurelles, un tassement irrégulier ou une instabilité, affectant à la fois la sécurité et les performances à long terme.
Système de refroidissement des batteries
Un système de refroidissement de batterie pour les grands conteneurs de batterie est conçu pour gérer et réguler la température des batteries afin de garantir des performances, une longévité et une sécurité optimales. Lorsque les batteries, en particulier les systèmes de stockage d'énergie à grande échelle ou les batteries de véhicules électriques (VE), fonctionnent, elles génèrent de la chaleur en raison de la résistance interne, des cycles de charge/décharge et des densités de puissance élevées. Une chaleur excessive peut dégrader la durée de vie de la batterie, réduire son efficacité ou même provoquer des conditions dangereuses telles que l'emballement thermique. Un système de refroidissement permet de maintenir la température dans la plage recommandée pour la batterie concernée.
Les principaux systèmes de refroidissement sont les suivants
i) Refroidissement par air
Il utilise le flux d'air naturel pour refroidir la batterie. Il est simple et rentable, mais sa capacité de refroidissement est limitée. Cette méthode s'appuie sur l'air ambiant pour dissiper la chaleur, ce qui signifie qu'elle est moins efficace en cas de températures extrêmes ou de forte demande.
ii) Refroidissement par liquide
Le refroidissement par liquide utilise un liquide de refroidissement (souvent un mélange d'eau et de glycol) qui circule dans des tuyaux ou des plaques de refroidissement fixés aux éléments de la batterie. Le liquide de refroidissement absorbe la chaleur des batteries et la transporte vers un échangeur de chaleur ou un système de refroidissement externe.
Les systèmes de refroidissement par liquide sont plus efficaces que les systèmes de refroidissement par air, en particulier pour les conteneurs de batteries de grande capacité, car ils peuvent gérer des charges thermiques plus élevées et maintenir une température uniforme dans toutes les cellules.
iii) Système de refroidissement hybride
Un système de refroidissement hybride est une combinaison de deux méthodes de refroidissement ou plus, généralement un refroidissement par air et un refroidissement par liquide.
Taux de charge maximal de la batterie
Le taux C maximal d'une batterie correspond au taux de charge ou de décharge le plus élevé que la batterie peut supporter en toute sécurité sans causer de dommages, de surchauffe ou de réduction de sa durée de vie.
Le taux C maximal est essentiel dans des applications telles que les VE et le stockage en réseau, où des taux de charge/décharge élevés ont un impact sur les performances et la longévité.
Les fournisseurs offrent souvent des garanties réduites pour les systèmes qui fonctionnent à des taux C élevés en raison de l'augmentation des contraintes imposées à la batterie. Plus le taux de charge ou de décharge est élevé, plus le risque de stress thermique, de dégradation de la capacité et de réduction de la durée de vie est important, ce qui peut entraîner des remplacements et des coûts de maintenance plus fréquents. Par conséquent, les systèmes fonctionnant à des taux de charge élevés peuvent être soumis à des conditions de garantie plus limitées pour tenir compte de ces problèmes potentiels.
Dégradation de la batterie
La dégradation de l'étagère de la batterie ou le vieillissement du calendrier de la batterie fait référence à la perte progressive de la capacité et des performances d'une batterie au fil du temps, lorsqu'elle est stockée et qu'elle n'est pas utilisée. Cette dégradation est due à des réactions chimiques au sein de la batterie, même lorsqu'elle n'est pas en train de se décharger ou de se charger activement.
Facteurs influençant la dégradation de l'étagère :
i) Taux d'autodécharge : Les piles perdent naturellement leur charge avec le temps, certaines chimies se dégradant plus rapidement que d'autres.
ii) Température de stockage : Les températures élevées accélèrent la dégradation en augmentant les réactions chimiques internes. Le stockage des batteries lithium-ion à 40°C (104°F) peut réduire considérablement leur durée de vie par rapport à un stockage à 20°C (68°F).
iii) État de charge (SoC) pendant le stockage : Le stockage à 100 % de charge peut stresser la batterie, entraînant une perte de capacité plus rapide.
En ce qui concerne le lithium-ion, il se dégrade plus rapidement lorsqu'il est stocké à pleine charge et à des températures élevées.
Comprendre la dégradation de l'étagère permet d'optimiser la durée de vie et l'efficacité de la batterie, en particulier dans les applications nécessitant un stockage à long terme.
Profils des stations MV
Taille des conteneurs MT
Un conteneur de station MT (moyenne tension) est une enceinte préfabriquée qui abrite des équipements électriques moyenne tension tels que des appareillages de connexion, des transformateurs, des systèmes de protection et des alimentations auxiliaires. La taille du conteneur dépend de la puissance nominale et du nombre de composants.
Poids de la station MV
Le poids d'une station MV correspond à la masse totale du conteneur lui-même, qui abrite et protège les composants à l'intérieur.
Le poids typique d'un conteneur de 5 MW de 20 pieds est d'environ 18 tonnes, contenant un transformateur de moyenne tension, des onduleurs et des armoires électriques.
Le poids d'un conteneur MV Station est essentiel, en particulier pendant le transport, car les charges lourdes peuvent nécessiter des camions spécialisés, des remorques renforcées ou le respect des réglementations en matière de poids.
Rendement EURO des onduleurs
L'Euro Efficiency est une mesure de rendement pondérée utilisée pour évaluer les performances des onduleurs solaires (PV) dans des conditions de charge variables. Contrairement au rendement maximal, qui ne prend en compte que le scénario le plus favorable de l'onduleur, l'Euro Efficiency fournit une valeur de rendement plus réaliste en tenant compte des différentes conditions de fonctionnement tout au long de la journée.
Rendement du transformateur :
Le rendement du transformateur est le rapport entre la puissance de sortie utile et la puissance d'entrée, exprimé en pourcentage. Il est donné par la formule suivante
η=(Puissance de sortie/Puissance d'entrée)×100%.
Étant donné que les transformateurs fonctionnent principalement par induction électromagnétique et qu'ils ne comportent que peu de pièces mobiles, ils ont tendance à être très efficaces. Cependant, une partie de l'énergie est perdue en raison de facteurs tels que les pertes de cuivre (résistance de l'enroulement), les pertes dans le noyau et les pertes parasites.
Rendement typique des transformateurs :
- Petits transformateurs (1-10 kVA) : 85% - 95%
- Transformateurs moyens (10-500 kVA) : 95 % - 98 %.
- Transformateurs de grande puissance (500 kVA+) : 98% - 99,75%.
- Transformateurs à haut rendement (par exemple, unités modernes à l'échelle du réseau) : Jusqu'à 99,85 %
Ressources supplémentaires
Pour plus de détails sur la configuration des BESS, veuillez consulter les articles ci-dessous :