Un système de stockage d'énergie à portée étendue modulaire combine le stockage par batterie, la conversion de puissance et un générateur auxiliaire ou un prolongateur d'autonomie. Il est conçu pour les sites où l’alimentation électrique du réseau est absente ou limitée et où la charge évolue au fil du temps. Au lieu d'une seule unité fixe, le système utilise des modules qui peuvent être ajoutés ou supprimés. Cela prend en charge la construction, les télécommunications, l’exploitation minière, la location et l’énergie événementielle. INJET HanCang développe de tels systèmes pour des applications temporaires et hors réseau.
La demande de charge reste rarement constante. Un site peut commencer avec 50 kW pour les bureaux et les outils, puis atteindre 300 kW lorsque les grues, les pompes et les concasseurs arrivent. Une conception modulaire permet à la capacité de suivre la demande. Les modules de batterie peuvent avoir une capacité de 50 kWh, 100 kWh ou 215 kWh. Les modules de conversion de puissance peuvent être de 50 kW, 100 kW ou 250 kW. Le fonctionnement en parallèle peut atteindre plusieurs mégawattheures. Cela réduit le surdimensionnement et améliore l’utilisation dans tous les projets.
Un prolongateur d’autonomie n’est pas la principale source d’alimentation. Il s'agit d'un générateur auxiliaire qui charge la batterie ou prend en charge la charge lorsque l'état de charge tombe en dessous d'un point de consigne. La batterie fournit les pics et les charges transitoires. Le prolongateur d'autonomie fonctionne à une puissance stable, souvent comprise entre 60 % et 80 % de sa capacité nominale. C'est plus efficace qu'un gros générateur suivant des charges variables. Les prolongateurs d’autonomie courants utilisent du diesel, du gaz naturel, du propane ou du biodiesel. La puissance peut varier de 20 kW à 300 kW en fonction de la taille de la batterie et de la charge du site.
Un système typique comprend des modules de batterie, un système de gestion de batterie, des onduleurs bidirectionnels, un prolongateur d'autonomie, un contrôleur de gestion de l'énergie et des panneaux de distribution. Le contrôleur décide quand décharger, charger ou démarrer le prolongateur d’autonomie. Il gère également les unités parallèles et les priorités de charge. La communication utilise CAN, Modbus ou Ethernet. La surveillance à distance peut afficher l'état de charge, le flux de puissance, le niveau de carburant et l'historique des pannes. L'architecture prend en charge la connexion au réseau lorsqu'elle est disponible et le mode îlot lorsqu'aucun réseau n'existe.
Le dimensionnement commence par un profil de charge. Les ingénieurs enregistrent la charge moyenne, la charge de pointe, l'énergie quotidienne et la durée de la charge critique. Pour un site avec une pointe de 200 kW et une énergie journalière de 800 kWh, une batterie de 500 kWh à 800 kWh peut convenir si le prolongateur d'autonomie fournit une charge moyenne. La capacité de l’onduleur doit gérer les surtensions de démarrage et de soudage du moteur. Un onduleur de 250 kW peut prendre en charge une charge continue de 200 kW avec une courte surcharge. Les batteries au lithium fer phosphate sont courantes car elles offrent 4 000 à 6 000 cycles à une profondeur de décharge de 80 %. L'efficacité aller-retour est souvent de 88 % à 94 % en fonction de la conversion et de la gestion thermique.
Le prolongateur d'autonomie doit être dimensionné pour couvrir la charge moyenne ainsi que la charge de la batterie. Si la charge moyenne est de 80 kW et que la charge ajoute 40 kW, un prolongateur d'autonomie de 120 kW à 150 kW peut maintenir la batterie dans son état de charge cible. Le contrôleur peut démarrer le prolongateur d'autonomie à 30 % de charge et l'arrêter à 80 %. Cela réduit le cycle du moteur. Dans de nombreux projets hybrides, les heures de fonctionnement du générateur diminuent de 30 à 50 % par rapport à un système uniquement diesel. La consommation de combustible peut diminuer de 20 à 40 % selon le profil de charge et l’apport solaire.
Les modules de batterie et l'électronique de puissance génèrent de la chaleur. Le refroidissement par air est courant pour les modules plus petits, tandis que le refroidissement par liquide est utilisé pour une densité de puissance plus élevée. La plage de température de fonctionnement peut aller de -20 °C à 50 °C avec un système CVC ou un refroidissement liquide approprié. Les boîtiers peuvent être classés IP54, IP55 ou IP66 pour une utilisation en extérieur. Les systèmes conteneurisés utilisent souvent des empreintes au sol de 10 pieds, 20 pieds ou 40 pieds. Les niveaux de bruit des prolongateurs de portée peuvent être de 65 dB à 75 dB à 7 mètres, en fonction du boîtier et de la charge.
Le système de gestion de l’énergie est au cœur d’un système modulaire à gamme étendue. Il peut donner la priorité aux charges critiques telles que la sécurité, l’assèchement et les communications. Il peut déplacer les charges non critiques vers des périodes où la batterie est chargée. Il peut également gérer les apports solaires si disponibles. Les algorithmes peuvent utiliser l'heure de la journée, le prix du carburant et l'état de charge pour décider quand faire fonctionner le prolongateur d'autonomie. L'enregistrement des données prend en charge la création de rapports sur la consommation de carburant, le débit d'énergie et les heures de fonctionnement équivalentes.
Les chantiers de construction utilisent ces systèmes pour les bureaux, les grues, le soudage, les pompes à béton et l'éclairage. Les sites de télécommunications les utilisent pour l'alimentation de secours et hors réseau. Les camps miniers les utilisent pour l'hébergement, les pompes et les ateliers. Les sociétés de location utilisent des unités modulaires car elles peuvent être déplacées entre les projets. Les événements et les installations temporaires les utilisent pour un fonctionnement plus silencieux et des émissions réduites. Un système modulaire peut être transporté par camion, skid ou conteneur.
L'installation comprend la préparation du site, le routage des câbles, la mise à la terre et la coordination de la protection. Le système de batterie doit être placé sur une surface plane ou sur un support. Un dégagement est nécessaire pour la ventilation et l’accès au service. La mise en service vérifie la tension, la fréquence, la rotation des phases, la résistance d'isolement et les paramètres de protection. Les tests de banc de charge peuvent confirmer la sortie à 50 %, 75 % et 100 % de charge. Le système de gestion de l'énergie est configuré avec des priorités de charge du site, des limites d'état de charge et des points d'arrêt de démarrage du prolongateur d'autonomie.
La maintenance comprend l'inspection visuelle, les vérifications du couple des câbles, l'entretien du système de refroidissement et les mises à jour du micrologiciel. Le prolongateur d'autonomie nécessite un entretien d'huile, de filtre et de liquide de refroidissement en fonction des heures de fonctionnement. L’état de santé de la batterie doit être surveillé au fil du temps. Un système bien géré peut maintenir une capacité utilisable de 80 % après 4 000 à 6 000 cycles. Les diagnostics à distance peuvent réduire les visites sur site. La formation des électriciens de chantier favorise un fonctionnement sûr et une commutation correcte.
Le dossier financier dépend du coût du carburant, du profil de charge et de la durée du projet. Un système hybride peut coûter plus cher qu’un générateur diesel, mais il peut réduire les coûts de carburant et de maintenance. Si un site utilise 100 000 litres de diesel par an, une réduction de 30 % permet d'économiser 30 000 litres. À 1,2 USD le litre, cela représente 36 000 USD par an. Des économies supplémentaires proviennent d’intervalles d’entretien plus longs du générateur et de coûts de conformité inférieurs en matière de bruit. Les modèles de location ou de crédit-bail modulaires peuvent améliorer les flux de trésorerie.
INJET HanCang propose des systèmes de stockage d'énergie étendus à gamme modulaire pour les projets de construction et hors réseau. Les systèmes combinent des modules de batterie, une conversion de puissance bidirectionnelle, un contrôle d'extension de portée et une surveillance à distance. Les configurations peuvent être adaptées depuis de petites unités mobiles jusqu'à des systèmes conteneurisés. La conception se concentre sur une puissance stable, une réduction de la consommation de carburant et un déploiement flexible. Les équipes de projet peuvent ajouter de la capacité à mesure que la charge augmente et redéployer l'équipement lorsque le site change.
Un système de stockage d’énergie étendu à gamme modulaire offre un moyen flexible d’alimenter des sites sans réseau fixe. Il utilise des batteries pour les pics et les périodes de faible charge, ainsi qu'un prolongateur d'autonomie pour une énergie soutenue. Avec un dimensionnement et des contrôles corrects, il peut réduire la consommation de carburant, les heures de fonctionnement du moteur et le bruit. INJET HanCang soutient cette approche avec des solutions évolutives de stockage d'énergie et d'extension de gamme.