Les réseaux industriels à courant continu sont déjà une réalité. Les entreprises peuvent les mettre en œuvre et les exploiter dès aujourd'hui et bénéficier de leur efficacité. Schaltbau à Munich et Phoenix Contact à Blomberg le démontrent à l'aide d'exemples de bonnes pratiques.
Le courant continu est un sujet de plus en plus important. Au-delà des solutions autonomes pour les parcs de recharge et les réseaux à courant continu dans les bâtiments commerciaux, les systèmes à courant continu représentent l'avenir des applications industrielles. Dans le contexte de la société "tout électrique", où les sources d'énergie neutres en carbone dominent, le courant continu apparaît comme une technologie clé présentant de nombreux avantages.
Qu'il s'agisse de moderniser une usine ou d'en construire une nouvelle, la première étape consiste à identifier les charges qui doivent fonctionner directement en courant continu, notamment l'éclairage et les services techniques du bâtiment, les systèmes photovoltaïques, le stockage et l'équipement de production. Le choix de la technologie de stockage et l'emplacement de son installation, centralisée ou proche des machines concernées, doivent également être évalués. Un autre facteur clé est de savoir si l'usine comprendra des stations de recharge pour les véhicules électriques. "Au départ, la conception d'un réseau à courant continu n'est pas différente de celle d'un réseau à courant alternatif", explique Matthias Unruhe, directeur de la gestion des installations chez Phoenix Contact.
Une fois la planification du projet terminée, la mise en œuvre commence, ce qui soulève des questions sur les plages de tension et la sélection des composants. Pour les applications industrielles, l'Open DC Alliance (ODCA) propose un concept de système qui répond à bon nombre de ces questions.
Schaltbau et Phoenix Contact proposent une large gamme de composants compatibles avec le courant continu, et les principaux obstacles, tels que les coûts élevés de l'électronique de puissance, ont considérablement diminué. Leur étroite collaboration a déjà abouti à la création de deux sites de production de courant continu : l'usine NExT de Schaltbau à Velden et l'usine All Electric Society de Phoenix Contact à Blomberg.
Le potentiel et les obstacles (initiaux) de la technologie à courant continu
Les systèmes à courant continu dans les domaines de la production et de la logistique offrent un important potentiel d'économie d'énergie. Les charges dynamiques telles que les robots industriels peuvent réduire les pics de charge jusqu'à 85 % et augmenter le rendement jusqu'à 20 %. Les moteurs équipés de convertisseurs de fréquence en bénéficient également, tout comme les sources de courant continu, les charges, l'éclairage et les stations de recharge. Malgré cela, le passage de la planification à la mise en œuvre a été difficile pour les premiers pionniers du courant continu.
Lorsque la planification de la Schaltbau NExT Factory a commencé en 2019, il n'existait pratiquement pas de composants ou de normes adaptés à la technologie à courant continu. Les exploitants de réseaux n'avaient pas non plus beaucoup d'expérience en matière d'intégration de systèmes à courant continu dans le réseau public, et il était difficile de trouver des planificateurs et des installateurs qualifiés en raison du nombre limité d'experts.
La situation s'est améliorée ces dernières années, grâce à des recherches intensives et à de nombreux projets pilotes qui ont permis de tester les solutions à courant continu dans des conditions réelles. Ces efforts ouvrent désormais la voie à une mise en œuvre pratique plus large.
Phoenix Contact a vécu des expériences similaires. "Après nos délibérations initiales, une question subsistait : Où allons-nous nous procurer les composants ?", explique Matthias Unruhe. Le vaste portefeuille de l'entreprise a fourni la solution, notamment les modules d'alimentation TRIO HP pour les réseaux à courant continu et la protection contre les surtensions VAL-MB DC. Les recherches de longue date de Phoenix Contact sur le courant continu ont également permis le développement précoce de composants clés tels que le disjoncteur miniature ELR HDC et le connecteur DC ArcZero, tous deux utilisés aujourd'hui dans l'usine All Electric Society Factory.
En fin de compte, la mise en œuvre de systèmes à courant continu est moins complexe qu'il n'y paraît. Avec des composants adaptés, des avancées réglementaires et une expertise croissante, notamment grâce à l'Open DC Alliance, l'adoption devient de plus en plus pratique. "Les développements récents ont rendu les projets à courant continu beaucoup plus faciles à mettre en œuvre", note Christoph Neulinger, expert de Schaltbau. Son conseil pragmatique : "Faites-le, tout simplement".
Le bâtiment de production All Electric Society du futur
L'usine All Electric Society Factory exploite tout le potentiel du courant continu et atteint un maximum de flexibilité, d'efficacité et de stabilité en couplant tous les secteurs concernés par le courant continu. Elle optimise également l'ensemble de la chaîne énergétique, de la production et de la distribution au stockage et à la consommation, étant donné que bon nombre de ces secteurs fonctionnent déjà en grande partie sur la base du courant continu.
Le réseau CC est alimenté par 700 kW du réseau CA, tandis que les convertisseurs CC/CC raccordés à l'énergie photovoltaïque ajoutent 120 kW directement au bus CC. Deux branches alimentent les machines de production et récupèrent l'énergie régénérative des robots et des entraînements. Dix bornes de recharge CC (2 × 150 kW, 8 × 60 kW) desservent le parking. L'énergie excédentaire est stockée dans le système de batteries couplées au courant continu ou réinjectée dans le réseau public de courant alternatif via des convertisseurs bidirectionnels. PLCnext Engineer gère les charges du réseau CC au niveau du secteur et de l'ensemble du réseau. L'ELR HDC commute en toute sécurité les charges CC, combinant protection, commutation, surveillance, précharge et capacité de réseau. Les connecteurs DC ArcZero permettent des connexions sans arc électrique, tandis que les compteurs DC EMpro enregistrent tous les flux d'énergie. Le réseau industriel à courant continu sert également de plateforme de recherche et de modèle public.
Le système d'entrepôt à grande hauteur à courant continu
La logistique est un autre domaine où le potentiel de la technologie CC peut être pleinement exploité. L'entrepôt automatisé de petites pièces de Schaltbau, avec ses 50 000 emplacements de stockage et ses 5 000 opérations de transport quotidiennes, constitue l'épine dorsale logistique de la NExT Factory. Quatre-vingt-dix transporteurs robotiques autonomes soutiennent la dernière expansion. L'ensemble du système, y compris les ARC, est très économe en énergie, avec une puissance de crête de seulement 18 kW, bien inférieure aux quelques 120 kW typiques des solutions alternatives basées sur le courant alternatif.
Le courant continu pour les chariots élévateurs
Un élément clé du concept logistique de Schaltbau est l'intégration de deux chargeurs bidirectionnels compatibles avec le réseau de courant continu pour sa flotte de chariots élévateurs. Ces chargeurs ont été développés en collaboration avec Jungheinrich et Industrie Elektronik Brilon, spécifiquement pour l'usine NExT.
L'analyse montre que les chariots élévateurs sont souvent à l'arrêt pendant chaque période de travail. Le concept de charge en courant continu utilise ces périodes d'inactivité pour une décharge contrôlée de la batterie et un retour d'information sur le réseau, afin d'augmenter le stockage d'énergie sur site. Cela permet de réduire les pics de consommation et d'augmenter l'autoconsommation photovoltaïque. La tarification dynamique de l'électricité apporte d'autres avantages : l'énergie stockée alimente le bâtiment lorsque les prix sont élevés, et les batteries de la flotte sont rechargées lorsque les prix sont bas.
Cette stratégie permet non seulement de réduire les coûts énergétiques, mais aussi de prolonger la durée de vie des batteries.
En savoir plus sur l'usine All Electric Society et les réseaux à courant continu.