Introduction
Un ESS à autonomie étendue intègre une source de recharge qui n’est pas la connexion principale au réseau. Cette configuration se distingue de la simple intégration d'un générateur de secours car le prolongateur d'autonomie fonctionne en fonction de l'état de charge de la batterie plutôt que de la demande de charge. L’ESS à portée étendue est particulièrement utile dans les endroits où l’électricité du réseau est disponible mais peu fiable, ou là où la production renouvelable a une intermittence quotidienne prévisible. Injet HanCang a conçu et mis en service seize unités ESS à portée étendue pour des clients commerciaux et industriels. Cet article présente les directives de configuration, les résultats des tests et les données de performances observées pour ces installations.
Configuration standard pour ESS à portée étendue
Un ESS étendu à gamme standard comprend cinq composants principaux. Le premier composant est un parc de batteries lithium-ion dimensionné pour quatre à six heures de charge moyenne. Le deuxième composant est un générateur diesel ou à gaz dimensionné entre un tiers et la moitié de la puissance nominale de l'onduleur. Le troisième composant est un onduleur bidirectionnel qui gère le flux d'énergie entre la batterie et la charge. Le quatrième composant est un redresseur qui convertit la sortie CA du générateur en CC pour charger la batterie. Le cinquième composant est un contrôleur doté d’une logique basée sur l’état de charge. Injet HanCang utilise une architecture couplée DC pour la plupart des installations. Dans cette architecture, le générateur se connecte au bus DC via le redresseur et l'onduleur connecte le bus DC à la charge AC. Le couplage CC améliore l'efficacité en évitant la double conversion. Dans un système de cinq cents kilowatts avec un prolongateur d'autonomie de deux cents kilowatts, le couplage CC a amélioré l'efficacité globale du système de quatre points de pourcentage par rapport au couplage CA.
Méthodologie de dimensionnement basée sur l'analyse de charge
Le dimensionnement approprié d’un ESS à portée étendue nécessite une analyse détaillée de la charge sur au moins un an. Injet HanCang utilise une méthodologie en sept étapes. La première étape collecte les données de charge à intervalles de quinze minutes. La deuxième étape identifie les besoins énergétiques quotidiens moyens. La troisième étape identifie la puissance maximale requise. La quatrième étape calcule la capacité requise de la batterie comme l'énergie quotidienne moyenne multipliée par les jours d'autonomie souhaités moins la contribution attendue du générateur. La cinquième étape dimensionne le générateur en tant que charge moyenne pendant l'événement de décharge attendu le plus long. La sixième étape sélectionne la valeur nominale de l'onduleur comme la valeur la plus élevée entre la charge de pointe ou la valeur nominale du générateur plus la contribution de la batterie. La septième étape valide le dimensionnement à l’aide de la simulation des données de charge historiques. Pour un bâtiment commercial avec une charge moyenne de cent cinquante kilowatts et une charge de pointe de quatre cents kilowatts, cette méthodologie a produit une taille de batterie de six cents kilowattheures et une taille de générateur de cent cinquante kilowatts.
Résultats des tests d'une application de support de grille
Un ESS à portée étendue installé dans un bâtiment commercial en Californie a subi un programme de tests de six mois. Le bâtiment avait une charge moyenne de deux cents kilowatts et une charge de pointe de quatre cent cinquante kilowatts provenant de la climatisation. Le raccordement au réseau était limité à trois cents kilowatts. L'ESS à portée étendue utilisait une batterie de quatre cents kilowattheures et un générateur de cent cinquante kilowatts. Le programme de test a mesuré trois catégories de performances. La première catégorie était l’efficacité maximale du rasage. Le système a réussi à limiter la consommation du réseau à deux cent quatre-vingts kilowatts pendant tous les événements de pointe, ce qui représente un taux de réussite de quatre-vingt-quinze pour cent. La deuxième catégorie concernait l’utilisation d’un générateur. Le générateur a démarré à quarante-deux reprises, avec une durée de fonctionnement moyenne d'une heure et quinze minutes. Le nombre total d'heures de fonctionnement du générateur était de cinquante-trois heures sur six mois. La troisième catégorie concernait l’impact sur la durée de vie de la batterie. La batterie a effectué cent deux équivalents de cycle complet avec une dégradation de capacité mesurée de un virgule un pour cent.
Données sur la réduction des frais de demande
Les frais de demande basés sur la consommation électrique moyenne la plus élevée sur quinze minutes représentent un coût majeur pour les clients commerciaux. Un ESS à portée étendue peut réduire ces charges en fournissant de l'énergie à partir de la batterie pendant les périodes de pointe. Cependant, si plusieurs pics se succèdent rapidement, la batterie peut s'épuiser. Le prolongateur d'autonomie recharge la batterie entre les pics, permettant ainsi plusieurs événements d'écrêtage des pics dans le même intervalle de demande. Injet HanCang a analysé des intervalles de demande de quinze minutes sur un site de fabrication sur douze mois. Le site a connu en moyenne trois pics de demande par jour. Sans extension d’autonomie, la batterie ne pourrait raser que le premier pic avant de s’épuiser en dessous de l’état de charge minimum. Avec le prolongateur d'autonomie fonctionnant entre les pics, le système a rasé les trois pics pendant quatre-vingt-onze pour cent des jours. Les frais de demande moyens avant l'installation étaient de sept mille deux cents dollars par mois. Après l'installation, les frais moyens liés à la demande étaient de deux mille huit cents dollars par mois, soit une réduction de soixante et un pour cent.
Capacité de pontage en cas de panne de réseau
L’ESS à portée étendue fournit une puissance de transition pendant les pannes de réseau sans dépendre du temps de restauration du réseau. La batterie gère la première période de panne. Si les pannes se reproduisent avant le retour du réseau, le prolongateur d'autonomie démarre et recharge la batterie pendant la brève période de fonctionnement des fenêtres. Injet HanCang a testé ce scénario en utilisant un profil de réseau simulé avec dix pannes consécutives de cinq minutes séparées par une grille de trois minutes sur les fenêtres. Le test a utilisé une batterie de trois cents kilowattheures et un générateur de cent kilowatts. La charge pendant le test était constante de cent cinquante kilowatts. La batterie a fourni de l'énergie lors de la première panne, passant de quatre-vingts pour cent à soixante pour cent de son état de charge. Lors de la première fenêtre de grille, le réseau a rechargé la batterie à soixante-quinze pour cent. La deuxième panne a épuisé la batterie à cinquante-cinq pour cent. Le générateur a démarré lors du deuxième réseau sur fenêtre et a rechargé la batterie à soixante-dix pour cent. Cette tendance s'est poursuivie pendant les dix pannes. La gamme étendue ESS a maintenu l’alimentation de la charge sans aucune interruption. Une batterie autonome de même capacité se serait épuisée après la quatrième panne.
Données de consommation de carburant selon différents profils de charge
La consommation de carburant d'un ESS à autonomie étendue varie considérablement en fonction du profil de charge. Injet HanCang a mesuré la consommation de carburant sur trois profils de charge différents en utilisant la même plate-forme matérielle. Le premier profil était une charge constante de cent kilowatts. Le deuxième profil était une charge variable avec un modèle quotidien de faible charge nocturne et de charge diurne élevée. Le troisième profil était une charge intermittente avec des pics aléatoires. Pour le profil de charge constante, le générateur consommait deux virgule huit litres par heure de fonctionnement et fonctionnait trois heures par jour, ce qui correspondait à une consommation quotidienne de huit virgule quatre litres. Pour le profil de charge variable, le générateur consommait trois virgule un litres par heure et fonctionnait deux heures par jour, ce qui correspondait à une consommation quotidienne de six virgule deux litres. Pour le profil de charge intermittente, le générateur consommait trois virgule quatre litres par heure en raison de cycles de démarrage et d'arrêt plus fréquents, et fonctionnait pendant une virgule cinq heures par jour, ce qui entraînait une consommation quotidienne de cinq virgule un litres. Le profil de charge constante présentait la consommation absolue la plus élevée mais la consommation la plus faible par kilowattheure fourni.
Exigences d'installation et considérations relatives au site
L’installation d’un ESS à portée étendue nécessite la prise en compte de plusieurs facteurs spécifiques au site. Le générateur nécessite une ventilation par aspiration vers l'extérieur. Le tuyau d'échappement doit être conçu pour des températures allant jusqu'à cinq cents degrés Celsius et doit être séparé des matériaux combustibles d'au moins dix-huit pouces. Le générateur nécessite un réservoir de stockage de carburant avec confinement secondaire. La taille du réservoir doit permettre au moins soixante-douze heures de fonctionnement continu du générateur à pleine charge. La batterie nécessite un espace climatisé avec une température maintenue entre quinze et trente degrés Celsius. L'onduleur et le contrôleur nécessitent un espace libre d'au moins trois pieds de tous les côtés pour l'accès à la maintenance. Injet HanCang fournit une liste de contrôle de pré-installation qui comprend la vérification de ces exigences. Les sites qui ne répondent à aucune exigence reçoivent une conception modifiée.
Conclusion
L'ESS à portée étendue fournit une solution configurable pour les sites commerciaux et industriels nécessitant à la fois un écrêtage des pointes et une gestion des pannes. Les directives de configuration d'Injet HanCang spécifient une batterie dimensionnée pour quatre à six heures de charge moyenne et un générateur dimensionné entre un tiers et la moitié de la puissance nominale de l'onduleur. Les résultats des tests effectués dans un bâtiment commercial ont montré un succès de rasage maximal de quatre-vingt-quinze pour cent et une dégradation de la batterie d'un virgule un pour cent sur six mois. Les données sur la réduction des charges liées à la demande ont montré une réduction de 61 % après l'installation. Le test de pontage en cas de panne du réseau a démontré un fonctionnement réussi après dix pannes consécutives de cinq minutes. Les données de consommation de carburant ont montré que le profil de charge intermittente présentait la consommation quotidienne la plus faible, soit cinq virgule un litre. Ces résultats confirment que l’ESS à portée étendue est une option mature pour les utilisateurs commerciaux.