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Analyse technique par Liu, directeur de la R&D chez KRL Power — 20 ans d’expérience en ingénierie du stockage d’énergie pour les secteurs commercial et industriel, anciennement au sein du département R&D de Huawei.
Une filature au Bangladesh a besoin d'un système de stockage d'énergie par batterie to keep 900 kW of critical production load operating for four hours after a utility outage. The factory’s maximum demand is 1,553 kW. It already has a 200 kW Huawei AC-coupled PV system, plans to add 700 kW of solar, receives utility power at 33 kV, and has a 1,500 kVA gas generator plus a 50 kVA diesel generator.
Il s'agit d'une excellente application pour un micro-réseau composé d'un générateur, d'un système de stockage solaire et d'un onduleur photovoltaïque, mais le choix de la solution ne peut se fonder uniquement sur la capacité nominale en MWh. KRL doit distinguer la capacité nominale de la batterie de l'énergie CA utilisable, isoler le bus de processus critique, vérifier le comportement de l'onduleur photovoltaïque existant en cas de coupure de courant, et coordonner le système de stockage d'énergie par batterie (BESS) avec les générateurs, le transformateur, l'appareillage de commutation et le système de protection.
KRL Power’s 1 MW / 2 MWh all-in-one platform is a strong building block for this project. Battery, PCS, MPPT, BMS and EMS are integrated in one liquid-cooled 20-foot unit, so the new DC-coupled PV array does not require a separate PV inverter.
Exigences du client et signification technique
| Contributions à la conception | Données clients | Signification du terme « ingénierie » |
|---|---|---|
| Charge maximale d'usine | 1 553 kW | Base de calcul pour l'option « tout compris » |
| Charge en cas de panne critique | 900 kW | Nécessite un bus dédié aux charges critiques |
| Durée de la sauvegarde | 4 heures | Nécessite 3,60 MWh d'énergie CA nette |
| Installations photovoltaïques existantes | 200 kW Huawei, à couplage en courant alternatif | La compatibilité avec les îlots doit être vérifiée |
| Capacité photovoltaïque prévue | 700 kW | Can use KRL’s integrated MPPT inputs |
| Approvisionnement en services publics | 33 kV, 50 Hz | Nécessite un transformateur et une coordination MT/BT |
| Générateurs | 1 500 kVA au gaz + 50 kVA au diesel | L'unité de gaz constitue la solution de secours appropriée pour la production |
| Installation | En intérieur | Nécessite une expertise en matière de structure, de systèmes de refroidissement et de sécurité incendie |
Les données produit KRL correspondantes fournies dans le cadre de ce projet sont les suivantes :
| Paramètres du produit KRL | Valeur du projet approuvée |
|---|---|
| Énergie de la batterie | 2 MWh par unité |
| PCS bidirectionnel | 1 MW par unité |
| MPPT intégré | 960 kW, huit entrées |
| Mode de fonctionnement | Raccordement au réseau, fonctionnement hors réseau et basculement transparent |
| Intégration | BMS, PCS et EMS |
| Conception mécanique | Conteneur de 20 pieds à refroidissement par liquide ; boîtier de batterie IP65 |
| Communications | RS485, Wi-Fi ou 4G |
Cet article présente une proposition technique et non une installation achevée. La durée de fonctionnement finale, les quantités et le retour sur investissement dépendent du profil de charge, du schéma unifilaire du site, des données du transformateur, de la fiche technique des modules photovoltaïques et des conditions à l'intérieur des locaux.
Vérification énergétique : pourquoi 4 MWh constituent une option de secours hybride
La charge critique nécessite :
900 kW × 4 h = 3,600 kWh = 3.60 MWh AC
Il s'agit de l'énergie fournie au niveau du bus de charge. L'énergie nominale de la batterie doit toutefois couvrir le SOC de réserve, les pertes au niveau du PCS et des câbles, les systèmes auxiliaires de refroidissement et de contrôle, les effets de la température et la perte de capacité future.
Pour un calcul préliminaire de sélection, prenons comme hypothèses une plage de SOC de fonctionnement de 90%, un rendement de la chaîne de décharge de 94% et une réserve auxiliaire de 3%. Il s'agit là de facteurs de planification, et non de valeurs couvertes par la garantie du produit :
4.00 MWh × 0.90 × 0.94 × 0.97 ≈ 3.28 MWh AC
À une charge constante de 900 kW, 3,28 MWh correspondent à environ 3,65 heures. Par conséquent, deux unités de 2 MWh ne devraient pas être vendues comme une garantie inconditionnelle de quatre heures assurée uniquement par les batteries. Elles constituent une solution hybride économique crédible lorsque le parc photovoltaïque de 700 kW, le générateur à gaz de 1 500 kVA ou la réduction contrôlée de la charge fournissent l’énergie restante et la réserve d’exploitation.
Si le client a besoin de quatre heures sans production photovoltaïque ni soutien du groupe électrogène, le contrat doit préciser si la garantie s'applique au début ou à la fin de la durée de vie de la batterie. Une configuration nominale de 6 MWh doit être évaluée pour une puissance nominale de 900 kW en fin de vie, sous réserve de l'énergie utilisable effective garantie et de la courbe de rétention.
Option 1 : 2 MW / 4 MWh pour la charge critique de 900 kW
La solution économique repose sur l'utilisation en parallèle de deux unités tout-en-un KRL de 1 MW / 2 MWh. L'ensemble de ces unités offre une puissance PCS de 2 MW, une énergie nominale de 4 MWh et une capacité MPPT intégrée de 1,92 MW.
Une armoire de regroupement CA basse tension spécialement conçue est nécessaire. Chaque sortie PCS doit être équipée de son propre disjoncteur, de son propre compteur, d'un dispositif d'isolation et d'une protection coordonnée avant d'être raccordée au bus commun du micro-réseau. Il s'agit d'un regroupement de sorties CA, et non d'un onduleur photovoltaïque externe ou d'un regroupement photovoltaïque.
La puissance nominale de 2 MW du PCS offre une marge importante par rapport à la charge stable de 900 kW, mais les performances de démarrage du moteur doivent tout de même être vérifiées. KRL a besoin des données relatives à la puissance nominale maximale du moteur, au variateur de fréquence (VFD) ou au démarreur progressif, au temps d'accélération, au courant d'appel du transformateur, à la séquence de démarrage et à la courbe de surcharge du PCS.
En fonctionnement normal, le système de gestion de l'énergie (EMS) maintient le niveau de charge (SOC) de secours requis tout en utilisant la capacité disponible pour lisser les pics de consommation. Après une panne du réseau, le dispositif d'îlotage sépare le bus critique et le système de conversion de puissance (PCS) alimente le réseau en îlotage. Les nouvelles installations photovoltaïques alimentent d’abord la charge et rechargent la batterie avec l’énergie excédentaire. Lorsque le niveau de charge de la batterie (SOC) atteint le seuil de démarrage du générateur, l’EMS active le générateur à gaz de 1 500 kVA et applique des limites de charge et de puissance inverse. Le générateur diesel de 50 kVA reste une source auxiliaire et ne peut pas alimenter le bus de production. Cette configuration utilise le générateur à gaz existant comme marge de résilience au lieu de surdimensionner la batterie pour faire face à un événement occasionnel représentant le pire des cas.
Option 2 : 4 MW / 8 MWh pour une alimentation de secours de l'ensemble de l'usine
Quatre unités KRL fournissent une puissance PCS de 4 MW et une énergie nominale de 8 MWh. L'énergie théorique requise pour la charge maximale de l'usine, qui est de 1 553 kW, est la suivante :
1,553 kW × 4 h = 6.212 MWh AC
En utilisant les mêmes critères de sélection, 8 MWh correspondent à environ 6,56 MWh en courant alternatif en début de vie, soit environ 4,23 heures à 1 553 kW. À une capacité résiduelle de 80%, ce chiffre tombe à environ 5,25 MWh, soit 3,38 heures. Un objectif ferme en fin de vie nécessite donc un soutien par des installations photovoltaïques ou des groupes électrogènes, un délestage contrôlé, des performances garanties différentes, ou l’évaluation d’une capacité nominale d’environ 10 MWh.
The preliminary 3.5–4.5-year payback must not be published as a guarantee. ROI should be calculated from tariffs, demand charges, fuel, outage hours, production losses, PV yield, CAPEX and operating strategy.
Intégration photovoltaïque sans onduleur photovoltaïque externe
L'installation photovoltaïque Huawei de 200 kW existante reste couplée en courant alternatif. Elle ne peut fonctionner au sein d'un îlot alimenté par batterie que si son modèle, son micrologiciel, ses paramètres anti-îlotage, sa réponse en tension/fréquence, ainsi que sa logique de limitation de production et de reconnexion sont compatibles avec le contrôleur KRL. Tant que cette compatibilité n'a pas été vérifiée, cette installation ne doit pas être considérée comme une source de production ferme en cas de coupure.
The new 700 kW array connects directly to the KRL units’ integrated MPPT inputs. Although it is below one unit’s 960 kW MPPT rating, splitting strings across two units improves power sharing. Final design still requires module Voc, Vmp, Isc, temperature coefficients, MPPT limits and cable data. Variable PV can extend runtime but should not support a contractual autonomy guarantee without a conservative energy model.
400 V ou 33 kV : fermeture de la frontière d'interconnexion
À 400 V et avec un facteur de puissance unitaire, 2 MW correspondent à environ 2 887 A et 4 MW à environ 5 774 A. Un bus critique dédié de 400 V peut simplifier la mise en secours, mais l'appareillage de commutation, les barres omnibus, les câbles et la résistance aux courts-circuits doivent être adaptés à ces courants.
Pour un raccordement à 33 kV, le système de conversion photovoltaïque (PCS) basse tension doit alimenter un transformateur élévateur correctement dimensionné et un appareillage moyenne tension ; il ne doit en aucun cas être raccordé directement au réseau 33 kV. L'option 4 MW peut nécessiter des sections basse tension séparées ou des transformateurs individuels. La commutation sans coupure reste un résultat de la mise en service au niveau du système, déterminé par le dispositif de transfert, la protection, le transformateur, les commandes, les moteurs et la compatibilité photovoltaïque.
Avis sur l'installation en intérieur
La norme IP65 ne suffit pas à elle seule à valider l'utilisation en intérieur d'un système de stockage d'énergie par batterie (BESS) de 20 pieds. L'évaluation doit confirmer les conditions d'accès pour la livraison, la charge au sol, l'ancrage, les espaces libres nécessaires à la maintenance et aux situations d'urgence, l'évacuation de la chaleur issue du refroidissement par liquide, la détection et l'extinction des incendies, les risques liés aux gaz et à la déflagration, la ventilation, la mise à la terre, les dispositifs coupe-feu, l'arrêt d'urgence et l'isolation. La conception finale doit respecter les exigences du Bangladesh sans prétendre à une certification non documentée.
Données requises avant la soumission de la proposition finale
- Sept jours de données (15 minutes par jour) sur la puissance en kW, le kVA, le facteur de puissance et le courant de phase.
- Liste des charges critiques, caractéristiques des moteurs et méthodes de démarrage.
- Site SLD, puissance nominale du transformateur/groupe vectoriel, puissance nominale du bus BT et niveau de défaut.
- Modèle d'onduleur Huawei, micrologiciel et paramètres de protection.
- Fiche technique des modules photovoltaïques, disposition et longueurs de câbles.
- Exigence d'autonomie en début ou en fin de vie et SOC de réserve.
- Puissance nominale réelle du générateur, données relatives au régulateur de vitesse et au régulateur automatique de tension (AVR), et limites de fonctionnement.
- Dimensions de la pièce, conception de la dalle, accès, conditions ambiantes et voie d'évacuation de la chaleur.
- Factures d'électricité, registres des coupures de courant et coûts de carburant pour le modèle ROI.
Conclusion technique
Deux unités KRL de 1 MW / 2 MWh, un combineur CA, 700 kW de nouvelles installations photovoltaïques couplées en courant continu, les installations photovoltaïques CA existantes de 200 kW et le générateur à gaz de 1 500 kVA constituent un micro-réseau hybride techniquement viable pour la charge critique de 900 kW. L'option à 4 MWh devrait être présentée comme une solution hybride de secours économique plutôt que comme une garantie inconditionnelle de quatre heures assurée uniquement par des batteries.
Quatre unités KRL constituent une solution fiable de 8 MWh en début de vie pour la charge maximale de l'usine, qui s'élève à 1 553 kW. L'approbation définitive dépend de la finalisation du raccordement entre le réseau 400 V et celui de 33 kV, de la vérification du site intérieur, de la validation de la compatibilité avec les installations photovoltaïques existantes et de la détermination du moment où la durée de fonctionnement s'applique : au début ou à la fin de la durée de vie de la batterie.
Consultez le KRL B2M6L 1–2 MW / 2–6 MWh product family, le Gamme de solutions de stockage d'énergie à usage commercial et industriel de KRL, et Contacter KRL Power avec le profil de charge, le SLD, les données du transformateur, la fiche technique photovoltaïque et les plans des pièces.
