Déploiement de BESS conteneurisés pour la stabilité du réseau dans des conditions nordiques difficiles

Déploiement de BESS conteneurisés pour la stabilité du réseau dans des conditions nordiques difficiles

Projet :Régulation de fréquence et décalage énergétique de parc éolien

Lieu :Nord de la Suède

Date de mise en service :15 novembre 2024

Date de début d'exploitation :1er décembre 2024

Durée du projet :En cours

Principaux acteurs :

• Chef de projet : Dr. Elin Andersson (Directrice régionale de la stabilité du réseau, Autorité suédoise de l'énergie)
• Responsable technique : Ingvar Bergström (Ingénieur principal en intégration de réseau)
• Responsable des opérations sur site : Kari Nilsen

Contexte :L'expansion rapide de la production d'énergie éolienne dans le nord de la Suède a créé d'importants défis pour l'opérateur de réseau régional. Les fluctuations de la production éolienne ont entraîné une instabilité de la fréquence, nécessitant des capacités améliorées de réponse primaire en fréquence (PFR). De plus, les goulets d'étranglement de la transmission pendant les périodes de pointe de la production ont nécessité un décalage énergétique local. Les solutions traditionnelles ont été jugées trop lentes à déployer et insuffisamment résistantes aux hivers extrêmes de la région (températures régulièrement inférieures à -25 °C).

Sélection de la solution et objectifs :Après une évaluation technique rigoureuse axée sur le temps de réponse, les performances par temps froid, les certifications de sécurité et la modularité pour une expansion future, un système de stockage d'énergie par batterie (BESS) conteneurisé de 3e génération a été sélectionné. Les principaux objectifs comprenaient :

1. Fournir une réponse primaire en fréquence inférieure à 200 ms pour stabiliser le réseau.
2. Absorber l'excès de production éolienne pendant les périodes de faible demande et injecter de l'énergie pendant les périodes de pointe/décalage.
3. Assurer un fonctionnement fiable à des températures ambiantes allant jusqu'à -30 °C.
4. Réaliser un déploiement rapide au cours d'une seule saison de construction.
5. Répondre aux normes nordiques strictes en matière de sécurité incendie et d'interconnexion au réseau.

Déploiement et configuration du système :

• Modèle de déploiement : Un seul conteneur standardisé High Cube de 20 pieds abritant la solution BESS complète a été déployé à côté d'une sous-station de parc éolien de 50 MW.
• Spécifications du système (par unité de conteneur) :
  • Capacité de la batterie (BOL) : 1 182 kWh
  • Chimie de la batterie : Phosphate de fer au lithium (LiFePO₄), cellules de 280 Ah.
  • Architecture du système : Conception modulaire avec 6 chaînes de batteries (configuration 1P220S par chaîne, composée de 11 modules chacune).
  • Conversion de puissance : Sortie CA nominale de 1 000 kW (400 V, triphasé, 50 Hz).
  • Plage de tension : 616 V - 792 V (CC).
  • Tolérance environnementale : Plage de température de fonctionnement : -30 °C à +55 °C (avec réduction automatique de la puissance en dessous de -30 °C et au-dessus de +55 °C), protection IP55 (armoires de batteries) / IP54 (compartiment électrique), indice de protection contre la corrosion C3.
  • Refroidissement : Climatisation industrielle pour les armoires de batteries, refroidissement par air forcé pour le compartiment électrique.
  • Sécurité : Système intégré de détection d'incendie et de suppression à l'heptafluoropropane. Technologie brevetée d'isolation inter-grappes pour empêcher la propagation des flammes.
  • Empreinte : 6 058 mm (L) x 2 438 mm (l) x 2 896 mm (H).
• Installation : La solution conteneurisée « tout-en-un » a permis une livraison par fret standard et n'a nécessité que la préparation des fondations, le raccordement au réseau et la mise en service sur site. Le déploiement et la mise en service complets ont été achevés dans les 10 jours suivant l'arrivée du conteneur, ce qui a permis de réduire considérablement les travaux de génie civil et les coûts du projet.
• Intégration au réseau : Connexion transparente au bus de sous-station de 400 V. Communication via Ethernet et RS485 utilisant les protocoles Modbus TCP/IP et Modbus-RTU pour l'intégration SCADA et les signaux de répartition de l'opérateur de réseau.

Points forts de la performance (données d'exploitation du T1 2025) :

1. Régulation de fréquence : A atteint systématiquement l'activation PFR dans les 180 millisecondes lors de la détection d'écarts de fréquence supérieurs à ±0,2 Hz, dépassant la cible de <200 ms. A assuré un amortissement critique lors de multiples événements de rampe éolienne.
2. Décalage énergétique : A décalé avec succès une moyenne de 850 kWh par jour des périodes creuses aux périodes de pointe, atténuant la congestion locale et optimisant les revenus du parc éolien.
3. Résistance aux conditions météorologiques extrêmes : A fonctionné en continu pendant le rude hiver nordique, en maintenant une disponibilité > 98 %. La réduction automatique de la puissance a géré efficacement les performances pendant les périodes prolongées en dessous de -25 °C. Le contrôle de la température de la cabine via la climatisation industrielle s'est avéré fiable.
4. Sécurité et fiabilité : Aucun incident de sécurité ni événement thermique n'a été enregistré. La conception cloisonnée a facilité le remplacement d'un module mineur en 4 heures sans mettre l'ensemble du système hors ligne, ce qui démontre une grande disponibilité.
5. Conformité : A entièrement satisfait à toutes les normes d'interconnexion au réseau requises (certifié selon EN50549-1/2, G99, IEEE 1547, etc.) et aux certifications de sécurité (y compris UL 9540A, UL 1973, CEI 62619).

Résultats et avantages du projet :

• Stabilité du réseau améliorée : Amélioration significative de la qualité de la fréquence locale, réduisant la dépendance aux réserves tournantes.
• Réduction de la réduction de la production éolienne : Augmentation de l'utilisation de l'énergie éolienne produite d'environ 5 % au cours du premier trimestre.
• Déploiement rentable : L'approche conteneurisée et modulaire a minimisé les travaux sur site et accéléré le calendrier du projet, atteignant les projections de retour sur investissement avant la date prévue.
• Base pour l'expansion : La conception modulaire et la prise en charge du fonctionnement en parallèle des unités offrent une voie claire pour les futures augmentations de capacité à mesure que la production éolienne augmente.
• Fonctionnement prouvé en environnement difficile : A démontré la viabilité de la technologie BESS de pointe pour les applications critiques du réseau dans les climats extrêmement froids.

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