Les systèmes de stockage d’énergie par batterie (BESS) sont les actifs les plus flexibles du système électrique moderne. Ils se composent du rack de batteries, du système de conversion de puissance et de la plate-forme de contrôle. Contrairement à l'hydroélectricité pompée ou à l'air comprimé, le BESS peut répondre aux signaux du réseau en 100 millisecondes. Cette vitesse les rend inestimables pour la régulation de fréquence primaire. La capacité mondiale du BESS installé pour les services de réseau devrait dépasser 300 gigawattheures d’ici la fin de 2027. Le temps de réponse rapide du BESS permet un confinement de fréquence plus rapide et plus précis que les réserves tournantes conventionnelles.
Les opérateurs de réseau maintiennent la fréquence à 60 hertz ou 50 hertz en équilibrant la production et la charge en temps réel. Lorsqu'une perturbation se produit, la fréquence dévie et le BESS peut injecter ou absorber de l'énergie instantanément. Les revenus de la régulation des fréquences sont basés sur la capacité offerte et le score de performance de l'actif. Un BESS performant peut rapporter un paiement de capacité de 10 à 15 dollars par mégawattheure de capacité offerte sur certains marchés. Le score de performance est calculé sur la base de la corrélation entre le signal de réponse et la puissance de sortie réelle. Les unités BESS obtiennent généralement des scores supérieurs à 0,95 sur une échelle de 0 à 1.
Le système de conversion d'énergie (PCS) est l'interface entre le courant continu de la batterie et le courant alternatif du réseau. Le PCS doit gérer le flux de puissance bidirectionnel et maintenir la qualité de la forme d’onde de sortie. La distorsion harmonique totale est un paramètre clé, et la plupart des codes de réseau exigent qu'elle soit inférieure à 3 %. L’efficacité du PCS est essentielle pour l’efficacité globale aller-retour du BESS. Les conceptions PCS actuelles atteignent des rendements de 98 à 99 pour cent à pleine charge. La méthode de refroidissement du PCS est généralement à air pulsé ou à liquide, en fonction de la densité de puissance et des conditions ambiantes.
Le lithium-fer-phosphate est la chimie dominante du BESS en raison de sa longue durée de vie et de sa stabilité thermique. La durée de vie des cellules LFP à une profondeur de décharge de 80 % est généralement de 6 000 à 8 000 cycles. Cette performance est supérieure à la chimie nickel-manganèse-cobalt, qui est plus dense en énergie mais a une durée de vie plus courte et un coût plus élevé. Le choix de la cellule a un impact direct sur la plage de température de fonctionnement et sur le besoin de refroidissement. Les cellules LFP peuvent fonctionner à des températures plus élevées, mais le taux de dégradation augmente toujours avec la température. Par conséquent, un système de gestion thermique robuste est requis quelle que soit la chimie.
L'architecture de contrôle d'un BESS comprend le système de gestion de la batterie, le système de gestion de l'énergie et le contrôleur de l'usine. Le système de gestion de la batterie surveille la tension et la température de chaque cellule pour garantir un fonctionnement sûr. Le système de gestion de l'énergie gère les commandes de répartition et optimise l'état de charge. Le contrôleur de l'installation communique avec l'exploitant du réseau à l'aide de protocoles tels que CEI 61850 ou DNP3. La latence de la liaison de communication est critique pour la régulation de fréquence et les délais doivent être maintenus en dessous de 50 millisecondes. Des chemins de communication redondants sont souvent installés pour garantir la fiabilité.
INJET HanCang propose un système de conversion de puissance et de gestion de l'énergie entièrement intégré pour les systèmes de stockage d'énergie par batterie. Notre plateforme comprend un contrôleur à grande vitesse qui exécute les commandes de répartition de l'opérateur du réseau avec une latence inférieure à 30 millisecondes. Le système de gestion de l'énergie d'INJET HanCang comprend des modules de prévision qui prédisent l'état de charge et la charge de refroidissement requise. Cette intégration réduit les exigences matérielles externes et simplifie le processus de mise en service. Nos unités PCS sont disponibles dans des puissances nominales allant de 1 mégawatt à 5 mégawatts dans un seul boîtier.
La stratégie opérationnelle d'un BESS peut être adaptée pour ralentir la dégradation des cellules. Pour la régulation de fréquence, le signal de puissance demandé peut être lissé pour réduire les fluctuations à haute fréquence qui provoquent un vieillissement accéléré. Le système de gestion de la batterie calcule la résistance interne des cellules pour estimer l'état de vieillissement. En ajustant les taux de charge et de décharge en fonction de la résistance interne, l'opérateur peut prolonger la durée de vie utile de la batterie. Cette stratégie est connue sous le nom de contrôle sensible à la dégradation et il a été démontré qu'elle augmente de 8 % l'énergie totale fournie au cours de la durée de vie.
La viabilité économique d’un BESS dédié à la régulation des fréquences dépend de la structure du marché et du paysage concurrentiel. Le coût en capital pour un système de 20 mégawatts d’une durée d’une heure est d’environ 6 à 7 millions de dollars. Le coût annuel d’exploitation et de maintenance représente généralement 1,5 pour cent du coût d’investissement. Les revenus de la régulation des fréquences sont variables et dépendent du prix en temps réel du service. Sur les marchés où la pénétration des énergies renouvelables est élevée, le prix de la réglementation peut atteindre plus de 20 dollars par mégawattheure. Un BESS bien conçu peut atteindre une période de récupération de 5 à 7 ans sur la base des données de prix historiques.
Les données de terrain des installations BESS au Royaume-Uni montrent que le temps de réponse moyen est de 85 millisecondes. La disponibilité de ces systèmes est supérieure à 98 pour cent sur une base annuelle. L'efficacité du système, de l'entrée CA à la sortie CA, est mesurée entre 86 et 88 % pour un cycle complet. Le taux de dégradation des cellules dans les applications de régulation de fréquence est plus faible que dans l'arbitrage d'énergie car la profondeur de décharge est moindre. La profondeur de décharge moyenne d'un BESS de régulation se situe entre 20 et 40 pour cent, ce qui prolonge considérablement la durée de vie.
L'impact environnemental du BESS est principalement associé à l'extraction du lithium, du fer et du phosphate. Le processus de fabrication représente environ 40 pour cent de l’empreinte carbone totale du système. Le recyclage des cellules de batterie est de plus en plus courant et le taux de récupération du lithium est actuellement supérieur à 70 % dans les installations avancées. L'utilisation du BESS pour la régulation de fréquence réduit le besoin d'installations de pointe au gaz naturel, ce qui réduit les émissions globales du réseau. L’effet net est une réduction des émissions de dioxyde de carbone de 300 à 400 kilogrammes par mégawattheure d’énergie renouvelable intégrée.
Les systèmes de stockage d’énergie par batterie constituent la solution la plus efficace pour la régulation de fréquence dans les réseaux à forte pénétration des énergies renouvelables. La rapidité de réponse, la précision de la puissance délivrée et l’évolutivité de la technologie les rendent indispensables. INJET HanCang fournit les systèmes critiques de conversion de puissance et de contrôle qui permettent à BESS de fonctionner de manière fiable et rentable dans ces applications exigeantes.