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BESS pour le démarrage des moteurs : guide de dimensionnement des PCS et des intervalles de demande

Ne choisissez pas un BESS en fonction de la valeur indiquée dans la rubrique « Courant d'appel du moteur ». Une usine qui subit une chute de tension lors du démarrage d'une extrudeuse peut avoir besoin d'une réserve de puissance active (PCS) en kVA et d'une marge de puissance réactive de courte durée ; une usine qui paie pour un intervalle élevé de 15 ou 30 minutes peut avoir besoin d'une énergie BESS utilisable et d'un plan de recharge. Il s'agit de tâches liées, mais ce ne sont pas les mêmes.

En ce qui concerne le droit applicable aux installations de recyclage visé ici, le produit faisant l'objet de l'examen est le Armoire d'extérieur MegSolid ESSA0100B-0215. Sa puissance nominale en courant alternatif de 100 kW et sa capacité nominale de 215,04 kWh, telles qu'elles sont indiquées, en font un point de départ raisonnable pour une mission mesurée de gestion des pics de puissance de la classe des 100 kW. Ces chiffres ne prouvent toutefois pas, à eux seuls, qu'il soit capable de prendre en charge chaque démarrage de moteur de 132 kW. Ce sont la courbe du moteur, le transformateur, la ligne d’alimentation, les dispositifs de protection et les limites P-Q du PCS qui en décident.

Armoire BESS d'extérieur MegSolid, armoire de commande PCS et moteur industriel d'extrudeuse dans une usine de recyclage

Commencez par l'événement du PCC, et non par la composition du gouvernement

Un moteur peut absorber un courant élevé pendant quelques secondes seulement, mais les conséquences opérationnelles peuvent être graves si la tension du réseau de distribution (PCC) chute et qu'un automate programmable (PLC), un variateur de vitesse ou un contacteur se désactive. Le premier dossier de mesures doit inclure les schémas unifilaires, l’impédance du transformateur, les réglages de protection, les données figurant sur la plaque signalétique du moteur, la méthode de démarrage, les courbes enregistrées par l’oscilloscope ou l’analyseur de puissance, ainsi que la tension au point de connexion commun (PCC), la puissance en kW, la puissance réactive en kVAr et la puissance apparente en kVA, le tout aligné dans le temps. Les calculs pertinents et les limites de contrôle doivent figurer dans le Analyse technique des PCS et des onduleurs, et non dans une estimation générique de la capacité de la batterie.

Il convient ici de bien distinguer deux aspects importants. Le calcul de la puissance des boucles d'alimentation permet de comprendre le fonctionnement du démarrage du moteur. Les valeurs PCC totales déterminent l'exposition à la demande du réseau. La combinaison de la puissance en kW des boucles d'alimentation et de la consommation en kWh de l'ensemble du site conduit à un modèle de retour sur investissement erroné. Veillez à indiquer clairement ces deux points de mesure sur chaque fiche de test.

Déterminez si la contrainte concerne l'appui transitoire ou l'énergie par intervalle de demande

Un démarrage en ligne directe peut durer de 3 à 10 secondes. Un compteur tarifaire évalue normalement un intervalle beaucoup plus long. Un bref pic de 182 kVA n'a en soi que peu d'effet sur une moyenne sur 30 minutes, mais des démarrages fréquents, une courbe d'accélération lente ou une charge de processus soutenue peuvent augmenter de manière significative la demande sur cet intervalle. C'est pourquoi un projet ne doit pas prétendre réaliser des économies sur la redevance de puissance uniquement grâce aux courants d'appel des moteurs.

Tableau d'aide à la décision comparant une chute de tension au démarrage du moteur d'une durée de 3 à 10 secondes à un intervalle de demande de 15 ou 30 minutes
Si l'acheteur constate queQuestion d'ingénierie fondamentaleQuelles sont les dimensions de la solution ?Justificatifs requis
Réinitialisations de l'automate programmable ou déclenchement des contacteurs lors des démarragesLe PCS est-il capable de fournir P et Q dans les limites de sa puissance active et de sa puissance apparente ?PCS kVA, marge P-Q, impédance du transformateur, méthode de démarrage et coordination des protectionsTrace haute résolution de la tension et du courant du PCC ; séquence de commande et de déclenchement validée
Demande maximale sur 15 ou 30 minutesQuelle quantité d'énergie doit être transférée au cours de la période de facturation ?kWh disponibles du système de stockage d'énergie par batterie (BESS), kW de décharge, plage de recharge et intervalle tarifaireDonnées du compteur à relevé périodique, facture, règles tarifaires et bilan énergétique PCC mesuré
Ces deux problèmesUn seul programme d'exploitation permet-il de préserver la marge de manœuvre du PCS et la réserve d'énergie ?La plus stricte des contraintes transitoires et d'intervalleUn test SAT combiné avec des paliers de charge, une réserve SOC et des conditions de production reproductibles

Pour une installation existante de 400 V, l'étude relative au raccordement et à la protection du tableau électrique fait partie intégrante de la décision et ne relève pas des formalités administratives liées à l'installation. Consultez le Guide de raccordement d'un système de stockage d'énergie (BESS) de 400 V aux tableaux électriques existants avec l'EPC et l'ingénieur chargé de la protection avant de fixer le point de raccordement.

Dimensionnement des PCS : vérifier la marge disponible en kVA et en P-Q avant de garantir un soutien de tension

Une puissance nominale de 100 kW correspond à la puissance active ; les problèmes de démarrage des moteurs sont souvent limités par la puissance apparente et le courant. La relation applicable est la suivante : S = √(P² + Q²). Si la puissance active délivrée est déjà proche de la limite du PCS, il peut ne rester qu’une faible marge de puissance apparente pour le soutien réactif. À l’inverse, un PCS peut disposer d’une marge en kVA tout en restant limité par le courant, la tension continue ou les seuils de protection.

Pour ce SAT, le PCS a été configuré avec un stratégie de régulation « active-power-priority » (priorité P). Il s'agit d'une configuration de projet, et non d'une affirmation concernant tous les paramètres par défaut du MegSolid PCS. Lorsque l'interface coordonnée entre l'automate programmable (PLC) et le système de contrôle de processus (PCS) dispose d'un signal validé autorisant le démarrage ou d'un signal à contact sec, un système de gestion d'urgence (EMS) peut pré-positionner une consigne de sortie avant le démarrage. La mise en service doit permettre de vérifier la synchronisation, les verrouillages, le fonctionnement de secours et la coordination des protections. Le Système de conversion d'énergie MegSolid Cette page correspond à la référence du produit ; la fiche technique du projet approuvée et le procès-verbal d'essai restent la source de référence pour les limites de contrôle définies pour l'installation.

Point de mesure au niveau de l'événementP (kW)Q (kVAr)S (kVA)VLL (V)
Charge du motoréducteur lors du démarrage enregistré145+115185360
Puissance de sortie du BESS mesurée au niveau du PCS90-3095–
Contribution résiduelle de la ligne d'alimentation après la réponse du système de stockage d'énergie par batterie (BESS)55+85101385

Ce tableau présente une explication au niveau de l'événement pour une ligne d'alimentation et ne correspond pas à un chiffre global d'importation du site. Un Q positif indique une puissance réactive en retard absorbée du réseau ; la valeur BESS enregistrée correspond à un Q en avance. Il s'agit d'une observation issue d'un test du projet et elle ne doit pas être extrapolée à un autre transformateur, démarreur de moteur ou ligne d'alimentation sans nouvelles mesures.

Pourquoi le modèle ESSA0100B-0215 constitue un point de départ pour cette mission

La recommandation figurant dans ce guide se limite à une seule configuration publiée : ESSA0100B-0215. MegSolid indique une capacité nominale de 215,04 kWh, une puissance nominale en courant alternatif de 100 kW, un système de batteries de 768 V, une plage de fonctionnement de 672 à 850 V, un taux de charge/décharge nominal de 0,5 C à 25 °C, un indice de protection IP54 et une durée de vie annoncée d’au moins 5 000 cycles. L’armoire est un produit LFP tout-en-un C&I conçu pour une installation en extérieur. Ces caractéristiques publiées en font une solution pertinente lorsque la puissance requise est proche de 100 kW et que le modèle d’intervalle répond aux exigences en matière d’énergie utilisable.

Son avantage réside dans la simplicité de l’interface entre les équipements pour ce type de projet en extérieur : les fonctions de batterie, de conversion et de contrôle sont regroupées au sein d’une plateforme d’armoires bien définie. Sa limite est tout aussi importante : la puissance nominale indiquée de 215,04 kWh ne correspond pas à l’énergie CA utilisable en conditions réelles d’exploitation. La réserve d’état de charge (SOC), les pertes de conversion, les équipements auxiliaires, la température, le vieillissement, les limites du système de gestion de batterie (BMS) et la plage de recharge requise réduisent tous l’énergie disponible pour le modèle tarifaire. Ne combinez pas les paramètres d’une armoire ou d’un système de conversion de puissance (PCS) différent pour donner l’impression que ce modèle est plus puissant qu’il ne l’est en réalité.

Question de l'acheteurPourquoi ce modèle ESSA pourrait convenirCe qui doit encore faire l'objet d'une validation du projet
Est-ce que cela permet de réduire un pic de demande de l'ordre de 100 kW ?La puissance nominale en courant alternatif indiquée est de 100 kW.Forme de la crête du PCC, SOC de réserve, durée de l'intervalle et temps de recharge.
Est-ce qu'il peut prendre en charge l'événement moteur enregistré ?Le Conseil des ministres soumet à examen la plateforme « BESS » consacrée à l'électricité et à l'énergie.Limites de puissance et de courant du PCS, diagramme P-Q, courbes de fonctionnement du transformateur et de démarrage du moteur.
Peut-on l'installer à l'extérieur ?L'indice de protection indiqué est IP54.Fondations, conditions environnementales, dégagements, drainage, plan d'évacuation en cas d'incendie et exigences des autorités locales.

L'EMS doit mettre à disposition les signaux utilisés pour démontrer cette fonction. L'EPC doit demander les Liste des points SCADA BESS dès le début, notamment la puissance du PCC, les commandes P-Q du PCS et le retour d'information, le SOC, les températures, les alarmes, le mode de fonctionnement et les états de protection.

Construire le modèle de retour sur investissement à partir d'un intervalle de demande complet

Le projet SAT, mené dans une usine de recyclage de plastiques dont l'identité n'est pas divulguée, située à East London, en Afrique du Sud, a utilisé deux séquences de fonctionnement de 10 minutes chacune et une période d'inactivité combinée de 10 minutes au sein d'une fenêtre de 30 minutes. L'extrudeuse de 132 kW pouvait effectuer jusqu'à 10 cycles par heure en conditions de production normales. Ce modèle est utile car il mesure le même intervalle que celui que la logique tarifaire doit évaluer. Il ne s'agit pas d'une affirmation concernant l'ensemble des tarifs ou des usines sud-africaines.

Schéma d'un test PCC de 30 minutes, bilan énergétique CA, perte de SOC et données SAT pour le démarrage du moteur BESS et la régulation de la demande

Sans le BESS, l'énergie totale du PCC au cours de l'essai de 30 minutes s'élevait à 80 kWh, soit une demande moyenne de 160 kW. Avec le BESS, l'énergie prélevée sur le réseau s'élevait à 55 kWh, soit une demande moyenne de 110 kW. Le BESS a fourni 25 kWh nets côté courant alternatif pendant cet intervalle. La réduction réelle de l'état de charge (SOC) de la batterie était supérieure à 25 kWh après conversion et pertes auxiliaires. Il s'agit là de la limite correcte pour le bilan énergétique : il ne faut pas considérer l'alimentation nette en courant alternatif comme une décharge de la batterie.

Pour prendre une décision d'investissement, répétez ce test dans des conditions représentatives de production, d'environnement et de tarification. Calculez ensuite les économies de puissance à partir de la règle de comptage applicable, et pas uniquement à partir de la réduction en kWh. Si le tarif facture la puissance en kVA, calculez chaque intervalle facturé à partir du kVA mesuré au point de raccordement (PCC) et du facteur de puissance. Pour le modèle financier, combinez les données d’intervalle vérifiées avec le coût total d’installation, le coût d’exploitation annuel, les hypothèses de dégradation, les hypothèses de disponibilité et la valeur du risque résiduel. Le Guide sur la zone d'intérêt (ROI) pour l'aplanissement des pics C&I offre un cadre utile pour garder ces hypothèses bien en vue.

Utiliser les éléments de preuve du SAT pour distinguer un système fonctionnel d'un calcul qui semble correct

Pour qu’un test SAT soit fiable, il ne suffit pas d’une simple capture d’écran des valeurs de crête. Il faut enregistrer de manière synchronisée les valeurs de puissance (kW et kVA) du PCC, la tension, la puissance CA du BESS, la réponse P-Q du PCS, le SOC, la température, les alarmes ainsi que l’état de toute entrée autorisant le démarrage. Répétez l’événement requis dans des conditions contrôlées, identifiez les limites de mesure et conservez les fichiers bruts. Un résultat conforme à un seul état de charge ou à une seule condition ambiante ne suffit pas à prouver la conformité au cycle de fonctionnement quotidien.

Le rapport de débogage interne correspondant à cet exemple, #ZA-2024-119, fait état d’une demande moyenne de 110 kW sur 30 minutes et d’un écart de température du rack de 3,2 °C à une température ambiante de 28 °C au cours de l’essai mentionné. Le profil de charge et le calendrier du client sont anonymisés en vertu d’un accord de confidentialité (NDA). Ces valeurs sont fournies à titre indicatif uniquement ; les performances réelles varient en fonction de la programmation du système de gestion de l’énergie (EMS), de l’impédance du transformateur, des conditions ambiantes, des limites des batteries et de la séquence de production. Pour un plan de test rigoureux, utilisez le Liste de contrôle pour le test de capacité du BESS ainsi que la fiche de réception du démarreur.

Les réclamations relatives à la sécurité thermique et aux harmoniques doivent s'appuyer sur des éléments de preuve spécifiques

Il ne faut pas interpréter un indice de protection IP, une déclaration relative à la composition chimique d’un LFP ou une référence à un système d’extinction d’incendie comme une garantie que l’emballement thermique ne peut pas se produire. L’acheteur doit exiger la nomenclature exacte du produit commandé, les limites du système de gestion de la batterie (BMS), la conception du système de refroidissement, les détails relatifs à la détection et à l’extinction, la matrice de cause à effet, le schéma d’installation, le plan d’isolation d’urgence et les limites SAT. La fiche technique ESSA mentionne les options d’extinction par aérosol ou NOVEC1230 ; l’agent utilisé, le dispositif de détection et les exigences d’homologation locales doivent être confirmés pour la configuration achetée.

La norme UL 9540A est une méthode d'essai destinée à évaluer la propagation d'un incendie dû à un emballement thermique ; elle ne constitue pas une homologation générale pour l'installation. La norme UL 9540 traite de la sécurité des systèmes de stockage d’énergie, la norme CEI 62619 traite des exigences de sécurité relatives aux batteries industrielles, et la norme NFPA 855 peut s’appliquer lorsqu’elle est adoptée par l’autorité compétente. Il convient de se référer à la juridiction, à l’édition et à la configuration du site applicables, plutôt que de considérer ces normes comme interchangeables. Voir le Guide EPC selon les normes UL 9540A et CEI 62619 et le Guide de prévention de l'emballement thermique avant de finaliser le plan de lutte contre les incendies.

Les performances harmoniques exigent la même rigueur. La mesure SAT a donné un THDi de 2,11 TP5T au point de connexion du réseau (PCC) dans les conditions de fonctionnement du moteur indiquées, contre 6,81 TP5T dans la référence enregistrée. Il ne s’agit pas d’une déclaration de conformité universelle à la norme IEEE 519. Une évaluation finale doit s'appuyer sur le PCC, les limites applicables du réseau de distribution et le rapport Isc/IL spécifique au site pour évaluer le TDD.

Documents à fournir avant de demander une proposition BESS et PCS

Si un groupe électrogène fait partie du plan de résilience, il convient de définir, avant la mise en service, la source de formation de réseau, les autorisations de charge, la protection contre la puissance inverse, le sens du transformateur de courant et le mode de secours. Le Guide de commande du BESS et du groupe électrogène diesel met en évidence les questions de vérification auxquelles il convient de répondre avant le SAT.

FAQ

C'est possible, mais la plaque signalétique du moteur ne suffit pas. Vérifiez le type de démarreur, la courbe d'accélération, l'impédance du transformateur, la chute de tension sur la ligne d'alimentation, la limite de kVA/courant du PCS, les limites de courant continu et la coordination des protections au point de raccordement réel.

Non. Un pic de courant de démarrage de courte durée peut entraîner un problème de qualité de tension sans pour autant modifier de manière significative un intervalle de demande de 15 ou 30 minutes. Seules les données mesurées par intervalle et la règle tarifaire applicable permettent de quantifier l'exposition de la demande.

La puissance PCS en kVA et la marge P-Q déterminent si le système est capable de faire face à un incident électrique de courte durée. La capacité utile du système de stockage d'énergie par batterie (BESS) en kWh et son temps de recharge déterminent s'il est en mesure d'assurer la fonction de lissage de la demande requise pendant la période de facturation.

L'armoire évaluée est le modèle MegSolid ESSA0100B-0215, dont la puissance nominale en courant alternatif est de 100 kW et la capacité nominale de 215,04 kWh. La pertinence finale dépendra toutefois d'une étude spécifique au site portant sur le système de conversion de puissance (PCS), le moteur et les intervalles de demande.

Il s'agit d'une référence cohérente d'armoire C&I d'extérieur de la classe des 100 kW, accompagnée d'un cahier des charges documenté. Elle ne doit être retenue dans la présélection que si la puissance requise, l'énergie utilisable, les conditions ambiantes et les commandes correspondent aux conditions d'exploitation vérifiées du projet.

Non. L'énergie nominale de la batterie ne correspond pas à l'énergie CA fournie. Le niveau de charge (SOC) de réserve, les pertes de conversion, la consommation des équipements auxiliaires, la température, le vieillissement, les limites du BMS et la planification des recharges sont autant de facteurs qui influent sur l'énergie utilisable.

Oui, à condition que le PCS dispose de la marge P-Q/courant nécessaire et que l'EMS conserve suffisamment d'énergie et de réserve de SOC pour les deux fonctions. Cela doit être vérifié par rapport au programme d'exploitation combiné.

Pour le SAT enregistré, le PCS a été configuré de manière à donner la priorité à la puissance active dans le cadre de la gestion de la demande avant d'allouer la marge résiduelle de puissance apparente au soutien réactif. Il s'agit d'un paramétrage spécifique au projet, et non d'un paramètre par défaut universel du produit.

Mesurer la tension synchronisée, la puissance en kW, le courant réactif en kVAr, la puissance active en kVA, le facteur de puissance, l'énergie par intervalle, la puissance CA du système de stockage d'énergie par batterie (BESS), la réponse du système de conversion de puissance (PCS), l'état de charge (SOC), la température, les alarmes et le mode de fonctionnement. Conserver les enregistrements relatifs aux alimentations séparément des enregistrements du PCC pour l'ensemble du site.

Calculez chaque intervalle de facturation applicable à partir des données PCC mesurées, puis appliquez le tarif. Tenez compte du coût d'installation, du financement, de la maintenance, de la dégradation, de l'énergie auxiliaire, de l'énergie de recharge, de la disponibilité et de la valeur pondérée en fonction de la probabilité de l'évitement des perturbations.

Non. Il permet de valider un bilan énergétique sur une période donnée dans des conditions bien définies. Pour calculer les économies annuelles, il faut se baser sur des hypothèses représentatives concernant la charge saisonnière, le tarif, la production, les interruptions de service et le temps de fonctionnement des batteries.

Non. La norme IP54 définit le degré de protection contre la pénétration d'eau et de poussière. Le projet nécessite encore la mise en place d'une fondation, d'un système de drainage, le respect des distances de sécurité, une étude de l'environnement, des accès pour la maintenance, une conception électrique et l'obtention d'un agrément local en matière de sécurité incendie.

Non. Les risques thermiques doivent être maîtrisés grâce à une conception précise des batteries et des systèmes de contrôle, ainsi qu’à des dispositifs de détection, d’extinction, de séparation, d’isolation d’urgence, de limites d’exploitation, de maintenance et à un plan d’urgence du site.

Demandez la nomenclature commandée, les limites du système de gestion de l'incendie (BMS), les détails relatifs au refroidissement, la description des systèmes de détection et d'extinction, la matrice de causes et d'effets, l'étude des protections électriques, le schéma d'implantation, le plan d'urgence, les rapports d'essais pertinents et les limites de mise en service.

Oui, lors de la conception de l'architecture de contrôle. Il convient de définir la source de formation de réseau, la plage de charge du générateur, les autorisations de charge, la protection contre la puissance inverse, la polarité des transformateurs de courant, la coordination des relais et l'état de secours avant le SAT.

Le SAT doit vérifier les limites de puissance et d'énergie convenues pour le PCC, la réponse en tension, le comportement P-Q/courant du PCS, la réserve de SOC, la réponse des alarmes et des protections, les limites thermiques, les communications, la cohérence des compteurs et la coordination des générateurs, le cas échéant.

MegSolid (Hong Kong) Limited se concentre sur la R&D, la conception et la fourniture de systèmes de stockage d'énergie haute performance. Forts de dix ans d'accumulation technique, nous proposons des solutions d'armoires extérieures de stockage d'énergie personnalisées, des onduleurs résidentiels et des solutions d'alimentation portable à des clients du monde entier.
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