Sur cette page
Lorsqu'une entreprise commence à s'intéresser au stockage par batteries, l'une des premières questions est généralement : Quelle taille le système doit-il avoir ?
Il n'existe pas de réponse unique fondée uniquement sur la taille du bâtiment ou sur la facture d'électricité mensuelle. Une usine dont la consommation électrique est régulière peut avoir besoin d'un système de batteries très différent de celui d'une autre usine qui a la même consommation mensuelle mais connaît de courtes pointes de demande coûteuses.
Pour la plupart des projets commerciaux, le dimensionnement des batteries se résume à deux questions :
- Quelle puissance le système doit-il fournir à un instant donné ?
- Pendant combien de temps doit-il continuer à fournir cette puissance ?
La première question détermine la puissance du système en kW. La seconde détermine la capacité de la batterie en kWh.
Une formule de départ simple
Capacité de batterie requise = Charge × Durée de fonctionnement ÷ DoD utilisable ÷ Rendement du système
Cette formule fournit un point de départ utile, mais la taille finale du système doit également refléter le profil de charge réel, la demande de pointe, les charges critiques et le vieillissement attendu de la batterie.
Partez de l'objectif de la batterie
Avant tout calcul, déterminez ce que la batterie est principalement censée faire.
Un système conçu pour l'écrêtement de pointe n'est pas dimensionné de la même manière qu'un système conçu pour le secours d'urgence. Une batterie utilisée pour stocker l'énergie solaire diurne peut également nécessiter une configuration différente.
Écrêtement de pointe
L'écrêtement de pointe consiste à utiliser la batterie lorsque la demande de puissance de l'installation dépasse une limite définie.
Par exemple, une usine peut fonctionner normalement à environ 500kW, mais monter occasionnellement jusqu'à 750kW.. Si l'objectif est de maintenir la demande sur le réseau en dessous de 600kW, la batterie peut devoir fournir jusqu'à 150kW pendant la période de pointe.
Dans ce cas, les principales questions sont :
- Combien de kilowatts doivent être réduits ?
- Combien de temps la pointe dure-t-elle habituellement ?
- À quelle fréquence cela se produit-il ?
Alimentation de secours
Pour l'alimentation de secours, le calcul commence par les équipements qui doivent continuer à fonctionner pendant une coupure du réseau.
Cela ne signifie pas toujours prendre en charge l'ensemble du site. Dans de nombreux projets, la batterie doit uniquement alimenter certaines charges critiques sélectionnées, telles que :
- Systèmes de contrôle de production
- Éclairage et communications
- Équipements de réfrigération
- Pompes à eau
- Systèmes de sécurité
- Machines de production sélectionnées
Séparer les charges critiques des charges non essentielles rend souvent le projet beaucoup plus pratique et abordable.
Stockage d'énergie solaire
Dans un projet solaire avec stockage, la batterie peut se charger lorsque la production solaire est supérieure à la charge de l'installation et se décharger plus tard dans la journée.
Ce type de projet nécessite des données horaires de production solaire et de consommation électrique. Les totaux mensuels seuls ne suffisent pas, car ils n'indiquent pas quand l'énergie est produite ou utilisée.
Pour les projets principalement axés sur l'adéquation entre la capacité de la batterie et la production photovoltaïque, consultez notre guide de dimensionnement du stockage par batterie solaire.
kW et kWh ne sont pas la même chose
C'est l'un des points les plus importants pour le dimensionnement des batteries commerciales.
kW indique la puissance que le système peut fournir
La puissance nominale d'un BESS est mesurée en kW. Elle indique la puissance de charge ou de décharge dont le système dispose à un instant donné.
Dans la plupart des systèmes commerciaux, cette puissance est déterminée principalement par le PCS, ou système de conversion de puissance.
Un 100kW PCS peut généralement fournir environ 100kW de puissance continue dans des conditions nominales. Même s'il est raccordé à une batterie 500kWh, il ne peut pas pour autant alimenter en continu une charge de 150kW à moins que le système ne dispose d'une capacité PCS suffisante.
kWh vous indique combien de temps la batterie peut fonctionner
La capacité de la batterie est mesurée en kWh.
Voici un moyen simple de comprendre cette relation :
- Une batterie 100kWh alimentant une charge de 50kW a une autonomie théorique de deux heures.
- Une batterie 200kWh alimentant une charge de 50kW a une autonomie théorique de quatre heures.
- Une batterie 500kWh alimentant une charge de 250kW a une autonomie théorique de deux heures.
Ce sont des valeurs théoriques. L'autonomie réelle sera inférieure, car une partie de la capacité de la batterie est normalement réservée et de l'énergie est également perdue lors de la charge et de la décharge.
kW vous indique la charge que le BESS peut supporter.
kWh vous indique pendant combien de temps il peut supporter cette charge.
Utilisez des données de charge réelles dans la mesure du possible
Les factures d'électricité mensuelles sont utiles, mais elles fournissent rarement suffisamment de détails pour un dimensionnement précis de BESS.
Les informations les plus utiles sont généralement un profil de charge 15-minute ou 30-minute. Celui-ci montre comment la demande de puissance évolue tout au long de la journée.
Lorsque vous analysez les données de charge, prêtez attention aux points suivants :
- Demande maximale
- Charge de fonctionnement moyenne
- Consommation quotidienne d'électricité
- Moment de la demande de pointe
- Durée de la période de pointe
- Différences entre les jours ouvrés et les week-ends
- Variations saisonnières
- Charge critique pendant une coupure de courant
Prenons deux usines qui utilisent chacune 300,000kWh par mois.
Une usine peut fonctionner avec une charge stable tout au long de la journée. L’autre peut présenter un pic marqué de deux heures causé par le démarrage simultané de plusieurs lignes de production. Bien que leur consommation mensuelle soit similaire, leurs besoins en batteries seront très différents.
Comment calculer la puissance PCS requise
La capacité du PCS doit être suffisante pour gérer la puissance maximale attendue de la batterie.
Pour l’alimentation de secours
Additionnez les charges critiques susceptibles de fonctionner en même temps.
Supposons que la charge critique soit de 80kW.. En ajoutant une marge de 20 %, on obtient :
80kW × 1.2 = 96kW
Un 100kW PCS peut être un choix raisonnable.
La marge supplémentaire peut aider à couvrir les variations temporaires de charge, les ajouts futurs d’équipements et le courant de démarrage des moteurs ou des compresseurs.
Pour l’écrêtement des pics
La puissance du PCS doit généralement correspondre à la puissance maximale à retirer du pic du réseau.
Par exemple :
- Demande maximale de l’installation : 800kW
- Demande cible du réseau : 600kW
- Réduction requise : 200kW
Le BESS doit pouvoir fournir environ 200kW pendant la période de pointe.
En pratique, la puissance nominale finale du PCS peut être légèrement supérieure afin de conserver une marge de fonctionnement.
Comment calculer la capacité de la batterie
Une fois la puissance requise connue, l’étape suivante consiste à calculer la quantité d’énergie que la batterie doit stocker.
Capacité de la batterie = Charge × Temps de fonctionnement ÷ DoD ÷ Rendement du système
Dans cette formule :
- Charge est la puissance de sortie requise de la batterie en kW.
- Temps de fonctionnement est la durée requise en heures.
- DoD est la profondeur de décharge utile.
- Rendement du système tient compte de l'énergie perdue dans la batterie et PCS.
Exemple d'alimentation de secours
Une usine souhaite alimenter une charge critique de 100kW pendant deux heures.
- Charge critique : 100kW
- Temps de secours : 2 heures
- DoD utile : 90%
- Rendement du système : 92%
Le calcul est :
100kW × 2 ÷ 0.90 ÷ 0.92 = 241.5kWh
Un système standard d'environ 250kWh ou 261kWh peut convenir, selon la configuration disponible et la réserve requise.
Si la même charge nécessite quatre heures de secours :
100kW × 4 ÷ 0.90 ÷ 0.92 = 483.1kWh
Dans ce cas, un système d'environ 500kWh peut être envisagé.
Exemple de calcul d'écrêtement de pointe
Pour l'écrêtement de pointe, la capacité de la batterie dépend à la fois de l'objectif de réduction et de la durée de la pointe.
Supposons qu'une usine souhaite réduire la demande au réseau de 200kW pendant deux heures.
Le besoin énergétique théorique est :
200kW × 2 heures = 400kWh
Après prise en compte de 90% de DoD et de 92% de rendement du système :
400kWh ÷ 0.90 ÷ 0.92 = 483.1kWh
Une configuration possible serait :
- Environ 200kW PCS de puissance
- Environ 500kWh de capacité de batterie
Toutefois, la courbe de charge réelle peut montrer que la batterie n'a pas besoin de fournir l'intégralité de 200kW pendant les deux heures complètes. Dans ce cas, la capacité finale de la batterie peut être inférieure.
C'est pourquoi les données de charge par intervalle sont bien plus utiles que de simplement multiplier la demande maximale par le nombre d'heures.
Pour comprendre l'objectif financier de cette application, découvrez comment le stockage sur batterie peut réduire les frais de puissance.
Ne pas utiliser la capacité nominale complète
Une batterie affichant une capacité nominale de 500kWh ne fournit généralement pas l'intégralité de 500kWh à la charge.
Trois facteurs doivent être pris en compte.
Profondeur de décharge
La profondeur de décharge indique quelle part de la capacité nominale de la batterie est disponible pour un usage normal.
À 90% de DoD, une batterie de 500kWh fournit environ 450kWh avant prise en compte des autres pertes.
Pertes système
Une partie de l'énergie est perdue dans le PCS, la batterie, le transformateur, les câbles et les équipements auxiliaires.
Les systèmes de refroidissement, les équipements de contrôle et les systèmes de protection incendie peuvent également consommer une petite quantité de puissance.
Vieillissement de la batterie
La capacité de la batterie diminue progressivement avec le temps.
Si un projet doit encore garantir une certaine autonomie de secours après plusieurs années, la taille initiale de la batterie peut devoir être supérieure au besoin de la première année.
Par exemple, si le projet nécessite 500kWh à la fin de la période d'exploitation prévue et que la capacité restante attendue est de 80% :
500kWh ÷ 0.80 = 625kWh
Cela ne signifie pas que chaque projet doit être surdimensionné dans la même proportion. La réserve doit être fondée sur la garantie de la batterie, le nombre de cycles attendu et les conditions d'exploitation.
Erreurs courantes de dimensionnement des BESS commerciaux
Ne regarder que la consommation électrique mensuelle
La consommation mensuelle ne montre pas quand les pics de demande se produisent ni combien de temps ils durent.
Choisir la capacité de batterie sans vérifier la puissance PCS
Une batterie de grande capacité ne peut pas alimenter une charge importante si PCS est trop faible.
Considérer la capacité nominale comme la capacité utilisable
La DoD, les pertes de rendement et les paramètres de réserve réduisent tous la quantité d’énergie disponible pour la charge.
Tenter de secourir toutes les charges
Alimenter l’ensemble du site peut rendre le système bien plus grand que nécessaire. Il est souvent préférable d’identifier les équipements qui ont réellement besoin d’une alimentation sans interruption.
Ignorer la puissance de démarrage des moteurs
Les pompes, compresseurs et moteurs industriels peuvent absorber beaucoup plus de puissance au démarrage qu’en fonctionnement normal.
Choisir le système le plus grand possible
Une batterie plus grande n’est pas automatiquement un meilleur investissement. Si la batterie est rarement pleinement utilisée, la capacité supplémentaire peut simplement augmenter le coût du projet.
Quelles informations faut-il préparer avant de dimensionner un BESS ?
Un fournisseur peut généralement préparer une recommandation plus précise lorsque les informations suivantes sont disponibles :
- Localisation du projet
- Tension et fréquence du réseau
- Factures d’électricité récentes
- Données de charge 15-minute ou 30-minute
- Demande maximale
- Charge critique
- Durée de secours requise
- Capacité solaire existante ou prévue
- Puissance du transformateur
- Espace d'installation disponible
- Objectif principal du système de batteries
Même si toutes les données ne sont pas disponibles, les informations les plus importantes sont la charge maximale, la charge critique, la durée de fonctionnement prévue et l’objectif du projet.
Questions fréquentes
Quelle taille de batterie faut-il pour une charge 100kW ?
Pour deux heures de secours, une charge 100kW peut nécessiter environ 240kWh ou plus après prise en compte de la DoD et du rendement du système. Pour quatre heures, le besoin peut être d’environ 480kWh ou plus.
Un PCS 100kW a-t-il besoin d’une batterie 100kWh ?
Pas nécessairement. Un 100kW PCS avec une batterie 100kWh correspond approximativement à un système d'une heure. Le même PCS peut également être associé à 200kWh, 400kWh ou plus, selon la durée de fonctionnement requise et le taux de décharge de la batterie.
De quelle capacité de stockage de batterie une usine a-t-elle besoin ?
Cela dépend de ce que la batterie est censée faire. Un petit projet d'écrêtement de pointe peut ne nécessiter que quelques centaines de kWh, tandis qu'une alimentation de secours industrielle de longue durée peut nécessiter plusieurs MWh.
Le même BESS peut-il fournir à la fois l'alimentation de secours et l'écrêtement de pointe ?
Oui, mais la stratégie d'exploitation doit réserver suffisamment de capacité de batterie pour l'alimentation de secours. Si la batterie est fortement déchargée pour l'écrêtement de pointe, elle risque de ne pas disposer de suffisamment d'énergie disponible en cas de panne.
Est-il préférable d'installer une capacité de batterie supplémentaire ?
Une réserve raisonnable peut être utile pour le vieillissement de la batterie et l'augmentation future de la charge. Toutefois, ajouter de la capacité sans besoin d'exploitation clair peut rendre le système plus coûteux et réduire la rentabilité financière.
Choisir une taille de système adaptée
Une conception utile de BESS ne commence pas par un modèle de produit. Elle commence par la consommation électrique réelle de l'installation.
Identifiez d'abord la tâche que la batterie doit accomplir. Calculez ensuite la puissance requise, la durée de fonctionnement et la capacité de batterie utilisable. Après cela, des facteurs techniques tels que le DoD, le rendement, la puissance de démarrage du moteur et le vieillissement de la batterie peuvent être intégrés au calcul.
Pour un projet d'alimentation de secours simple, le calcul peut être direct. Pour l'écrêtement de pointe ou la gestion de l'énergie solaire, la courbe de charge est généralement l'information la plus importante.
L'objectif n'est pas de choisir la batterie la plus grande. Il s'agit de choisir un système capable d'accomplir la tâche requise sans laisser inutilisée une grande quantité de capacité coûteuse.
Vous pouvez également explorer notre des systèmes de stockage d'énergie pour le commercial et l'industriel pour comparer différentes configurations de BESS en armoire et en version conteneurisée.
