Le courant continu devient de plus en plus important dans les installations de production industrielle et dans les bâtiments. Les réseaux à courant continu sont considérés comme plus stables et beaucoup plus efficaces que les réseaux conventionnels actuellement utilisés, qui sont basés sur la tension alternative. Les systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) dans les réseaux à courant continu sont des aides importantes pour atteindre cette stabilité et cette efficacité. Phoenix Contact, basé à Blomberg, en Allemagne, en coopération avec Voltfang, basé à Aix-la-Chapelle, en Allemagne, a mis en pratique l'utilisation de ces systèmes dans les réseaux à courant continu.
Les systèmes de stockage en batterie couplés au courant continu, une aide au succès de la technologie du courant continu
Tout le monde parle des avantages des réseaux à courant continu. Les solutions de stockage couplées au courant continu sont la clé du succès de la technologie à courant continu, en particulier dans les environnements industriels. Les systèmes photovoltaïques, les installations de production et le secteur des transports sont déjà parfaitement intégrés aux infrastructures à courant continu.
"De tels systèmes sont avant-gardistes : un réseau électrique à courant continu optimise l'ensemble de la chaîne énergétique, de la production à la consommation, en passant par la distribution. Parallèlement, les systèmes de stockage d'énergie sont indispensables", explique Tobias Lüke, expert en courant continu chez Phoenix Contact.
L'un des principaux avantages des BESS couplés au courant continu est leur efficacité accrue par rapport aux systèmes conventionnels à courant alternatif. Comme il n'est pas nécessaire de convertir le courant continu (CC) en courant alternatif (CA) et vice-versa, les pertes de conversion sont évitées. Il en résulte une utilisation plus efficace de l'énergie stockée et une maximisation de la puissance disponible. En outre, il est possible d'utiliser des câbles de plus petite section, ce qui réduit encore l'utilisation de matériaux et les coûts. Ces économies signifient que les systèmes de stockage par batterie dans les réseaux à courant continu sont une option économiquement intéressante. Les coûts d'investissement et d'exploitation réduits contribuent à la rentabilité et à la compétitivité des réseaux à courant continu.
Les entreprises industrielles en tant qu'adopteurs précoces et moteurs de l'innovation
Pour les entreprises industrielles telles que Phoenix Contact, la production rentable d'électricité à partir d'énergies renouvelables joue un rôle crucial. Elle leur offre la possibilité de repenser stratégiquement leur propre consommation d'énergie afin de se prémunir contre l'augmentation des coûts de l'électricité à long terme et de garantir l'approvisionnement. Les systèmes de stockage d'énergie internes permettent d'acheter l'électricité au moment où elle est la moins chère possible, puis de l'utiliser exactement au moment où elle est nécessaire. Les systèmes de stockage par batterie sont particulièrement flexibles car ils peuvent stocker et libérer l'énergie électrique avec une puissance élevée et des temps de réponse de l'ordre de la milliseconde. Grâce à leur conception modulaire, ils peuvent être dimensionnés individuellement et adaptés à différentes applications, qu'il s'agisse de petites unités ou de systèmes de stockage industriels de grand format. Des méthodes d'analyse avancées permettent de surveiller et de contrôler avec précision le contenu énergétique et les performances des batteries. Les données acquises peuvent être utilisées dans les réseaux intelligents pour garantir l'optimisation de l'alimentation, du stockage et de l'utilisation de l'énergie électrique. Cela contribue non seulement à la stabilité du réseau, mais permet également une intégration plus efficace des énergies renouvelables dans les systèmes énergétiques existants.
La coopération comme base pour le développement de nouvelles technologies
Voltfang s'est donné pour mission de développer des méthodes complètes et efficaces pour l'utilisation des batteries destinées à l'e-mobilité. Les batteries de seconde vie et les batteries issues de la surproduction, qui ont été conçues à l'origine pour l'e-mobilité, ont généralement une capacité de charge plus élevée que les batteries spécialement conçues pour un usage stationnaire. Voltfang exploite cet avantage de manière ciblée en utilisant des batteries de haute performance conçues pour une stabilité de cycle élevée. Grâce à des stratégies d'exploitation optimisées et à une gestion intelligente de l'énergie, la durée de vie de ces systèmes de batteries est maximisée et leur efficacité pour les applications stationnaires est assurée à long terme. Le système de gestion de l'énergie (EMS) de Voltfang permet aux utilisateurs d'installer toutes les applications pertinentes telles que l'écrêtement des pointes, l'optimisation de l'autoconsommation, les tarifs d'électricité dynamiques, le marketing de la flexibilité et bien d'autres encore, afin d'optimiser le fonctionnement rentable de leur système énergétique. Cela montre que les systèmes intelligents peuvent apporter une contribution essentielle à la transition énergétique durable et économique.
En outre, l'entreprise d'Aix-la-Chapelle travaille depuis plusieurs années sur le couplage de systèmes de stockage par batterie à des réseaux électriques à courant continu. L'accent a été mis sur les modules d'alimentation CC de la famille de produits Charx de Phoenix Contact en tant qu'interface d'un micro-réseau CC, ce qui signifie que la collaboration entre les deux entreprises s'est développée au fil du temps.
En outre, dès le début, Phoenix Contact s'est fixé pour objectif de construire la All Electric Society Factory, un bâtiment industriel du futur. L'objectif était que ce bâtiment comprenne une infrastructure industrielle complète de courant continu. Cette approche visionnaire a intensifié la collaboration entre les deux entreprises, l'objectif étant de mettre en place un système de stockage d'énergie par batterie couplée au courant continu. Le résultat est une solution de pointe avec un contenu énergétique de 300 kWh. Ce projet est une démonstration impressionnante de la manière dont des systèmes énergétiques durables et efficaces peuvent être créés grâce à la coopération et à des technologies innovantes", déclare le Dr Rüdiger Meyer, expert en applications pour les systèmes de stockage d'énergie chez Phoenix Contact. "Chez Voltfang, nous nous concentrons constamment sur l'optimisation des systèmes énergétiques. L'idée innovante du concept DC de Phoenix Contact nous a immédiatement impressionnés, c'était donc une évidence pour nous de mettre notre expertise et nos ressources au service de ce projet ", ajoute Roman Alberti, CSO de Voltfang.
De l'idée à la pratique
Voltfang a utilisé des modules de batterie requalifiés provenant de véhicules électriques pour le système de stockage d'énergie, qui est maintenant situé devant l'usine All Electric Society Factory. En prolongeant leur durée de vie utile dans cette application de stockage stationnaire, ces batteries ont bénéficié d'une nouvelle vie avant d'être recyclées.
Les modules de puissance DC de la gamme Charx, qui alimentent le système de 270 kW dans les deux sens du flux d'énergie, sont utilisés comme interface entre le réseau DC et la batterie.
Au cours de son exécution, le projet a bénéficié d'un grand nombre de synergies entre les gammes de produits des deux entreprises. La combinaison intelligente des solutions existantes a permis d'obtenir un système global optimisé et efficace. Outre les composants de l'armoire de commande tels que les borniers, les composants de sécurité, les relais et les fusibles, l'alimentation en tension auxiliaire 24 V CC de la série Quint, y compris les ASI de Phoenix Contact, a été installée. Ces composants sont alimentés directement par la batterie. Par conséquent, le système est capable de démarrer à froid l'ensemble du micro-réseau CC de l'usine All Electric Society Factory et peut donc également assurer la fonction d'alimentation de secours dans le système énergétique du bâtiment. Le système est logé dans un conteneur de 20 pieds et est protégé de manière fiable contre les surtensions par les produits de la série VAL MB de Phoenix Contact.
Le DC BESS est intégré dans le système de gestion du réseau DC de la All Electric Society Factory via la plate-forme PLCnext Technology de Phoenix Contact.
L'EMS de Voltfang régule les paramètres de charge et de décharge au moyen d'une commande dite "droop", exclusivement par le biais de la tension système du réseau CC. Cela permet de compenser les fluctuations de tension et de stabiliser le réseau. En fonction de l'application énergétique, le système de gestion de l'énergie de niveau supérieur spécifie la courbe caractéristique qui doit être utilisée par le système de stockage de l'énergie de la batterie pour la fonction de contrôle. En fonctionnement normal, le système de stockage agit comme un stabilisateur de réseau. Cette architecture de système permet un fonctionnement sans erreur, efficace et évolutif en minimisant la communication entre les différents sous-systèmes du réseau électrique.
Avec ce projet pilote, Phoenix Contact et Voltfang ont créé un système de stockage d'énergie modulaire, évolutif, durable et, en même temps, efficace, qui est déjà utilisé dans d'autres micro-réseaux à courant continu dans des applications industrielles à une échelle similaire en raison de son efficacité supérieure et de son utilisation réduite de matériaux par rapport au couplage à courant alternatif.
En général, les systèmes de stockage par batterie dans les réseaux à courant continu offrent un grand nombre d'avantages qui améliorent considérablement l'efficacité et la durabilité de l'alimentation électrique. Ils font partie intégrante des systèmes énergétiques de pointe et favorisent le succès de la technologie à courant continu. L'efficacité, l'intégration optimisée des énergies renouvelables, la stabilité du réseau, les économies de coûts et le respect de l'environnement font des systèmes de stockage par batterie dans les réseaux à courant continu une technologie attrayante et tournée vers l'avenir. D'autres entreprises peuvent désormais bénéficier de l'esprit de pionnier de Voltfang et Phoenix Contact - et des avantages des solutions de stockage par batterie dans les réseaux électriques à courant continu. Ce projet pilote ne doit pas rester un cas isolé, mais servir de modèle pour une application plus large et promouvoir les développements scientifiques et technologiques dans ce domaine.
"Toute personne souhaitant bénéficier des avantages d'efficacité d'un réseau à courant continu ne peut éviter l'effet régulateur d'un système de stockage par batterie. Cette approche collaborative de partenaires, de produits et de services synergiques est la haute technologie de demain", déclare Roman Alberti..
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