Conception d'un système de stockage d'énergie par batterie de 500 kW/2 MWh

Ce document présente une solution technique pour un système de stockage d'énergie par batterie au lithium-fer-phosphate d'une puissance de 500 kW et d'une capacité de 2 MWh, en exposant de manière systématique l'approche globale et la feuille de route technique, depuis la planification et la conception jusqu'à la mise en œuvre. Il couvre la présentation générale du projet, les bases de conception et les principes techniques clés. Le document analyse l’état actuel de la consommation d’électricité commerciale et les tendances d’évolution de la charge, propose un schéma d’intégration du système et une échelle de construction raisonnables, et vérifie l’impact du système de stockage d’énergie sur la sécurité et la fiabilité du réseau de distribution électrique existant à l’aide de calculs de courant de court-circuit. Sur cette base, la solution détaille la sélection et la conception de l’intégration au système des équipements clés tels que les batteries de stockage d’énergie, le PCS, le BMS et l’EMS. Elle fournit également une évaluation complète des aspects liés aux systèmes électriques, aux systèmes secondaires, au génie civil, à la protection contre les incendies, à la protection de l’environnement et à la sécurité au travail, garantissant ainsi que le projet respecte les normes applicables et les exigences opérationnelles en matière de sécurité, de fiabilité, de rentabilité et de durabilité, et offrant une base technique pour la construction sans heurts et l’exploitation stable à long terme de la centrale de stockage d’énergie.

1. Description générale

1.1 Base de conception

1) GB/T 36547-2018 Spécifications techniques relatives au raccordement au réseau des systèmes de stockage d'énergie électrochimiques

2) GB/T 36545-2018 Exigences techniques relatives aux systèmes mobiles de stockage d'énergie électrochimique

3) GB/T 36548-2018 Spécifications d'essai pour le raccordement au réseau des systèmes de stockage d'énergie électrochimiques

4) Q/GDW 11725-2017 Spécifications relatives au niveau de détail de la conception des systèmes de stockage d'énergie raccordés aux réseaux de distribution

5) Q/GDW 36547-2018 Spécifications techniques relatives au raccordement au réseau des systèmes de stockage d'énergie électrochimiques

6) Q/GDW 36276-2018 Batteries lithium-ion destinées au stockage d'énergie

7) Q/GDW 36549-2018 Indicateurs opérationnels et évaluation des centrales de stockage d'énergie électrochimique

8) Q/GDW 36558-2018 9) Conditions techniques générales relatives aux systèmes de stockage d'énergie électrochimique dans les réseaux électriques

10) Q/GDW 10769-2017 Directives techniques relatives aux centrales de stockage d'énergie électrochimique

11) GB/T 34133-2017 Spécifications techniques relatives aux convertisseurs de stockage d'énergie

12) GB/T 34131-2017 Spécifications techniques relatives aux systèmes de gestion des batteries lithium-ion destinés aux centrales de stockage d'énergie électrochimique

13) GB/T 34120-2017 Spécifications techniques relatives aux convertisseurs de stockage d'énergie dans les systèmes de stockage d'énergie électrochimiques

14) Q/GDW 10696-2016 Spécifications de contrôle d'exploitation des systèmes de stockage d'énergie électrochimiques raccordés aux réseaux de distribution

15) Q/GDW 10676-2016 Spécifications d'essai pour les systèmes de stockage d'énergie électrochimiques raccordés aux réseaux de distribution

16) NB/T 1816-2018 Directives de codification pour les systèmes d'identification des centrales de stockage d'énergie électrochimique

17) NB/T 1815-2018 17) NB/T 42090-2016 Spécifications techniques relatives au système de surveillance des centrales de stockage d'énergie électrochimique

18) NB/T 42089-2016 Spécifications techniques relatives au système de conversion d'énergie d'une centrale de stockage d'énergie électrochimique

1.2 Présentation générale du projet

1.2.1 Conditions naturelles du projet

(1) Localisation du projet

Le site du projet est situé à 50 m à gauche de l'entrée sud du système de stockage d'énergie (le sol sous les fondations est un sol compact). Il est accessible par la route (route de 2,5 m de large, prairie de 2,7 m de large) et est entouré d'arbres et de prairies à l'extérieur de la clôture.Le site du projet est situé entre deux bâtiments. Il se trouve à environ 200 mètres de la route et bénéficie d'un accès facile.

1.3 Principes techniques fondamentaux

Ce projet consiste en un système de stockage d'énergie par batterie au lithium-fer-phosphate d'une puissance de 500 kW et d'une capacité de 2 MWh, divisé en deux lignes de 250 kW et 1 MWh chacune, raccordées au côté charge du local de distribution électrique. La configuration globale adopte un schéma d'unités fonctionnelles en conteneurs et est conçue de manière modulaire, composée de 2 compartiments de batteries et d'un compartiment PCS.

2. Présentation générale du système

2.1 Aperçu de la consommation d'électricité dans le secteur commercial

D'après l'étude réalisée sur site, la topologie de l'alimentation électrique du site est la suivante : double ligne d'alimentation haute tension de 10 kV → Appareillage de moyenne tension (10 kV) → Transformateurs (10 kV/0,4 V, 2 × 2 000 kVA) → Appareillage basse tension (400 V).

Points de comptage : L'alimentation haute tension et le comptage haute tension sont mis en œuvre. Un compteur d'énergie triphasé est installé sur chacun des deux côtés haute tension de 10 kV afin de comptabiliser la consommation des deux transformateurs.

2.2 Conditions de charge et prévisions

Consommation électrique réelle actuelle : transformateur #1, puissance installée 2 000 kVA, charge réelle 50 kW, facteur de charge 2,5%. Transformateur #2, puissance installée 2 000 kVA, charge réelle 150 kW, facteur de charge 7,5%. Les deux transformateurs fonctionnent à faible charge. Compte tenu de l'exploitation future du cœur du complexe commercial, la charge augmentera considérablement. Par ailleurs, en raison de l'écart important entre les tarifs d'électricité en heures de pointe et hors pointe dans la région, il est envisagé d'ajouter un système de stockage d'énergie de 250 kW/1 MWh sur le côté basse tension de chacun des transformateurs #1 et #2, soit un total de 500 kW/2 MWh.

Le système de stockage d'énergie peut mettre en œuvre des stratégies de contrôle ciblées en fonction des tarifs d'électricité locaux en fonction de l'heure de consommation et des conditions réelles de charge : recharge pendant les heures creuses, de 23 h à 7 h, et décharge pendant les heures de pointe, de 11 h à 13 h et de 16 h à 17 h, ce qui permet de lisser les pics de charge.

Schéma d'un système de 250 kW/1 MWh

Point de raccordement au réseau du système de stockage d'énergie par transformateur

Point de raccordement au réseau du système de stockage d'énergie par transformateur

2.4 Échelle de construction

La phase initiale de ce projet prévoit la construction de deux installations de 250 kW/1 MWh chacune, pour une puissance totale de 500 kW/2 MWh.

2.5 Analyse des courants de court-circuit

(1) Le court-circuit se produit à l'intérieur de la zone de la centrale de stockage d'énergie, c'est-à-dire en dehors du jeu de barres basse tension du transformateur.

Dans ce cas, l'impédance de transfert entre le réseau et le point de court-circuit est supérieure à celle observée lorsque le système de stockage d'énergie n'est pas raccordé, et le courant de court-circuit du côté du réseau est donc inférieur au courant de court-circuit initial (lorsque le système de stockage d'énergie n'est pas raccordé). Cette situation de court-circuit n'aura aucune incidence sur les équipements existants.

(2) Le court-circuit se produit au sein du système, c'est-à-dire du côté des barres omnibus du transformateur #1 ou du transformateur #2.

Dans ce cas, le courant de court-circuit circulant dans le jeu de barres basse tension du transformateur comprend le courant de court-circuit initial ainsi que le courant de court-circuit sortant de la centrale de stockage d'énergie. En raison de l’influence des dispositifs de puissance de l’onduleur, le courant de sortie maximal de la centrale de stockage d’énergie ne dépassera pas 1,5 fois le courant nominal, soit 562,5 A. Actuellement, le courant de court-circuit des transformateurs #1 et #2 est de 36,085 kA. Une fois le système de stockage d’énergie mis en service, le courant de court-circuit du jeu de barres du transformateur ne dépassera pas 36,647 kA. La capacité de coupure nominale du disjoncteur situé du côté sortie basse tension du transformateur d’origine est de 50 kA. Les résultats de l’analyse du courant de court-circuit confirment que le nouveau système de stockage d’énergie n’aura aucune incidence sur l’ensemble du réseau de distribution d’électricité ni sur les équipements existants.

3. Système de stockage d'énergie

3.1 Choix de la batterie

3.1.1 Stockage par batteries lithium-ion

Les batteries lithium-ion utilisent de l'oxyde de lithium métallique comme matériau d'électrode positive et du graphite ou du titanate de lithium comme matériau d'électrode négative, comme le montre la figure. Les batteries lithium-ion se caractérisent par une densité énergétique élevée et présentent des avantages tels qu’une tension de décharge stable, une large plage de températures de fonctionnement, un faible taux d’autodécharge et la capacité de se charger et de se décharger à des courants élevés. Le phosphate de fer lithié présente une capacité théorique de 170 Wh/kg, de bonnes performances de cyclage (après 2 000 cycles à une profondeur de décharge (DOD) de 100 %, il conserve plus de 80 % de sa capacité), une grande sécurité, et peut être chargé et déchargé en continu à un taux de charge/décharge de 1 à 3 fois la capacité nominale (1C-3C), avec une plate-forme de décharge stable et un taux de décharge instantané pouvant atteindre 30C. Cependant, les batteries au phosphate de fer lithié présentent de mauvaises performances à basse température ; à 0 °C, la capacité de décharge n’est que de 70 à 80 %, et la durée de vie en cycles peut atteindre 5 000 à 6 000 cycles. Un schéma de sa structure est présenté sur la figure.

Structure d'une batterie lithium-ion

Cette conception utilise des batteries au lithium-fer-phosphate. Ces batteries offrent une capacité de production élevée et un rendement important ; elles sont fabriquées à l'aide d'équipements entièrement automatisés, garantissent une bonne homogénéité du produit, présentent une longue durée de vie et ne génèrent aucune pollution environnementale lors de leur fabrication. Leur conception modulaire facilite leur production et leur installation. Elles se caractérisent également par une densité énergétique élevée et un encombrement réduit.

La tension et la capacité nominales d'une cellule de batterie sont respectivement de 3,2 V et 205 Ah. La durée de vie en cycles DOD du modèle 80% peut atteindre 6 000 cycles.

3.2 Choix de la méthode d'installation d'un système de stockage par batterie

3.2.1 Méthode d'installation

Ce projet utilise la méthode d'installation par conteneurs.

En règle générale, on se réfère à la conception de base et aux dimensions extérieures d'un conteneur standard. Une fois modifié et aménagé, le conteneur préfabriqué accueille la batterie, le système de conversion de puissance bidirectionnel (PCS), l'armoire de distribution, etc.

3.3 Sélection des PCS

Le PCS (Power Conversion System) est un dispositif intégré à un système de stockage d'énergie électrochimique qui relie le système de batteries au réseau électrique (et/ou à la charge) afin d'assurer une conversion bidirectionnelle de l'énergie. Il permet de contrôler les processus de charge et de décharge de la batterie, d'effectuer la conversion CA/CC et d'alimenter directement les charges CA en l'absence de réseau électrique. Il s'agit de l'équipement central du système de stockage d'énergie.

On utilise des produits de haute qualité, hautement performants et éprouvés. Conformément aux exigences du projet, un PCS de 250 kW a été retenu. Le PCS se compose d’un convertisseur bidirectionnel CC/CA, d’une unité de commande, etc. Le contrôleur du PCS reçoit des commandes de contrôle provenant du système d’arrière-plan via une liaison de communication et pilote le PCS pour charger ou décharger la batterie en fonction du signe et de l’amplitude de la commande de puissance, régulant ainsi la puissance active et réactive du réseau électrique. Par ailleurs, le PCS peut communiquer avec le système de gestion de l’énergie (EMS) via l’interface CAN afin d’obtenir des informations sur l’état de la batterie, ce qui permet une charge et une décharge protégées de la batterie et garantit son fonctionnement en toute sécurité.

3.3.1 Exigences de base relatives au PCS

(1) Le boîtier du PCS doit être équipé d'un interrupteur d'arrêt d'urgence et d'une protection contre tout contact accidentel.

(2) Le PCS doit être capable d'afficher diverses données relatives au fonctionnement en temps réel, aux défauts en temps réel et à l'historique des défauts.

(3) Le boîtier du PCS doit être équipé d'un commutateur permettant de basculer entre les modes local et distant. En mode local, il doit permettre d'effectuer les opérations de mise sous tension, de mise hors tension et de réglage des paramètres ; toutes les opérations en mode local nécessitent une authentification.

(4) Le PCS doit détecter automatiquement la connexion de communication avec le système de surveillance. En cas d'interruption de la communication, le PCS bidirectionnel à stockage d'énergie doit déclencher une alarme sonore et visuelle et, après un délai réglable, passer en mode veille.

(5) Le PCS doit comporter des mesures permettant de remédier au courant de circulation et à la sortie irrégulière de chaque branche CC, causés par un fonctionnement en parallèle direct du côté CA.

(6) Le PCS nécessite un disjoncteur à commande manuelle côté courant continu, ainsi qu’un contacteur et un disjoncteur côté sortie courant alternatif, afin de constituer un point d’isolation de sécurité par rapport au point de raccordement au réseau.

(7) La qualité de l'énergie électrique fournie par le dispositif PCS à la charge CA locale doit être conforme aux normes nationales applicables en matière d'harmoniques, d'écart de tension, de déséquilibre de tension, de composante continue, de fluctuation de tension et de scintillement.

3.3.3 Contrôle des opérations

(1) Mise en marche et arrêt

Le PCS dispose de fonctions complètes d'autocontrôle matériel et logiciel lors de la mise en route. Il doit déclencher une alarme et enregistrer en détail les informations pertinentes en cas de dysfonctionnement ou d'anomalie de l'appareil. Il doit également vérifier que la communication avec le système de surveillance s'effectue normalement lors de la mise en route.

Le PCS est équipé d'un circuit à réinitialisation automatique. S'il ne fonctionne toujours pas normalement après la réinitialisation, il devrait être capable d'émettre un signal ou une information indiquant un dysfonctionnement.

Temps de démarrage : le délai entre la mise sous tension initiale et le fonctionnement à la puissance nominale ne doit pas dépasser 15 s.

Temps d'arrêt : quelles que soient les conditions de fonctionnement, le délai entre la réception de la commande d'arrêt et la coupure du commutateur côté courant alternatif ne doit pas dépasser 100 ms.

La variation de la puissance active délivrée lors de la mise en marche de l'appareil ne doit pas dépasser le taux de variation de puissance maximal défini.

Sauf en cas de panne électrique ou d'instructions émanant de l'organisme de régulation du réseau électrique, la puissance coupée simultanément par plusieurs dispositifs PCS doit rester dans les limites du taux de variation de puissance maximal autorisé par le réseau électrique.

(2) Mode de contrôle des périphériques

Le PCS doit disposer de trois modes de commande : local et à distance.

Mode local : dans ce mode, l'unité de commande PCS Local n'accepte pas les commandes à distance provenant de l'ordinateur hôte du système de surveillance. Les opérateurs peuvent effectuer et valider les opérations étape par étape, conformément à la procédure d'exploitation en mode local, pour parvenir finalement à un fonctionnement en régime permanent.

Commande à distance : le démarrage ou l'arrêt automatique du mode de fonctionnement s'effectue via des commandes EMS.

La commande locale s'effectue à partir du panneau de commande de l'armoire, tandis que la commande à distance s'effectue en envoyant des commandes via le système de surveillance, conformément au protocole de communication. La priorité entre les modes de commande à distance et locale augmente de manière séquentielle.

Il est possible de configurer les paramètres de commande pour les modes « Local » et « À distance » du système PCS de stockage d'énergie.

3.4 Système de gestion de batterie (BMS)

3.4.1 Cadre du système de gestion de batterie

Les fonctions de protection et de surveillance du système de batteries sont assurées par le BMS. Le système BMS présente une architecture réseau à trois niveaux : le module de détection de gestion des batteries (CCM), l'unité esclave de gestion des batteries (BMU) et l'unité maître de gestion des batteries (BCU). Les principales fonctions de chaque module sont les suivantes :

CCM : Surveille la tension et la température de chaque cellule et transmet ces informations à la BMU en temps réel, ce qui permet de contrôler l'équilibre de tension de chaque cellule. BMU : collecte et gère les données de tension et de température provenant de plusieurs CCM, puis transmet ces informations à la BCU en temps réel via le protocole CAN. Elle peut également commander les CCM afin qu'ils effectuent un équilibrage en fonction des commandes d'équilibrage émises par la BCU.

BCU : Surveille la tension et le courant totaux de l'ensemble du bloc-batterie, recueille les informations provenant des BMU de niveau inférieur et est capable d'estimer en temps réel la capacité restante et l'état de santé de la batterie. Elle transmet également ces informations en temps réel au système EMS via le protocole CAN. Elle contrôle l'ouverture et la fermeture des relais et assure les fonctions d'alarme et de protection du bloc-batterie.

Schéma architectural du BMS

3.4.2 Fonctions du système de gestion de la batterie

Le module de gestion de batterie (CCM) et l'unité de gestion de batterie (BMU) gèrent les ensembles au niveau des modules de batterie (un ou plusieurs modules de batterie), surveillent l'état des batteries (tension, température, etc.) et fournissent des interfaces de communication pour les batteries. Le système de gestion de batterie (BMS) surveille l'état des batteries (température, tension, courant, état de charge, etc.), fournit des interfaces de communication et dispose d'un système de protection. Les exigences spécifiques sont les suivantes :

1) Mesure de haute précision et très fiable de la tension et de la température de chaque cellule de batterie, avec une plage de mesure de température comprise entre -40 °C et 85 °C.

Mesure en temps réel des données électriques et thermiques relatives à la batterie, notamment la tension de chaque cellule, la température du module de batterie, la tension du module de batterie, le courant du circuit en série, la résistance d'isolement et d'autres paramètres.

2) La précision de mesure de chaque paramètre d’état doit être conforme aux dispositions spécifiques de la section “ 5.2 Exigences de mesure ” de la norme GB/T 34131-2017 “ Spécification technique relative au système de gestion des batteries lithium-ion pour les centrales de stockage d’énergie électrochimique ”. 3) Estimer l’état de charge (SOC) de la batterie, l’énergie de charge et de décharge (Wh), le courant de charge maximal, le courant de décharge maximal et d’autres paramètres d’état, avec des capacités de rétention en cas de coupure de courant et la possibilité de télécharger les données vers le système de surveillance. La précision de mesure de chaque paramètre d’état doit être conforme aux exigences spécifiques de la section “ 5.3 Exigences de calcul ” de la norme GB/T 34131-2017 “ Spécifications techniques relatives aux systèmes de gestion de batteries lithium-ion pour les centrales de stockage d’énergie électrochimique ”.

4) Assurer l'équilibrage de charge entre les cellules, qui est assuré par un circuit de commande d'équilibrage.

5) Les circuits de détection de tension et de température, de contrôle d’équilibrage et d’estimation d’état du BMS sont totalement isolés électriquement de l’alimentation de commande et du bus CAN. Le niveau d’isolation de l’alimentation de commande et de la communication via le bus CAN est garanti à 2 500 V, ce qui permet de répondre à l’exigence de connexion en série des cellules de batterie haute tension.

6) Le BMS assure la détection de la résistance d’isolement haute tension, ce qui nécessite l’isolation électrique des circuits concernés et la prise en compte complète des effets du bruit. Les données collectées font l’objet de plusieurs échantillonnages et d’un calcul de moyenne afin d’obtenir des valeurs d’échantillonnage plus précises. 7) Le BMS doit être capable d’estimer avec précision l’état de charge (SOC) du dispositif de stockage d’énergie par batterie. L'exigence de précision est de ≤5% lorsque SOC ≤ 30% ; de ≤5% lorsque 30% < SOC < 80% ; et de ≤5% lorsque SOC ≥ 80%. Il doit également être capable d’étalonner dynamiquement la valeur du SOC et de fournir un tableau d’estimation de la précision du SOC correspondant.

8) Le système de gestion de la batterie (BMS) doit gérer efficacement la charge et la décharge afin d'éviter toute surcharge ou décharge excessive au cours du processus, et d'empêcher ainsi que le courant de charge et la température ne dépassent les valeurs admissibles. Pendant la charge, la tension de charge admissible de la batterie doit être maintenue en dessous de la tension de charge maximale admissible ; pendant la décharge, le courant et la tension doivent être maintenus en dessous de la tension de décharge minimale admissible. Il doit être capable de transmettre la température de la batterie et d’autres signaux de commande au système de gestion thermique et d’aider ce dernier à contrôler et à maintenir une différence de température moyenne de 5 °C entre les batteries.

9) Le BMS doit mettre en œuvre des stratégies de charge et de décharge, ce qui nécessite une surveillance en temps réel tout au long du processus de charge et de décharge. Dès la détection d’anomalies, il doit immédiatement déclencher des alarmes et prendre des mesures de protection afin de garantir la sécurité de la batterie. 10) Le BMS utilise une fonction de protection par alarmes à trois niveaux pour les équipements de stockage d’énergie par batterie, avec des réglages précis des niveaux de protection par alarmes. En fonction du niveau de gravité, des mesures telles que la réduction de la puissance, l’interdiction de charge et de décharge, et la déconnexion des circuits de la batterie sont prises pour garantir un fonctionnement sûr, stable et fiable du bloc-batterie.

3.5 Conception générale du système de stockage d'énergie

Compte tenu de la superficie réservée au projet, ce schéma prévoit trois modules de stockage d’énergie préfabriqués, dont deux modules de batteries et un module PCS. La capacité totale installée est de 2 MWh, répartie en deux branches de stockage d’énergie. Chaque branche de stockage d’énergie se compose d’un convertisseur de stockage d’énergie de 250 kW, d’une batterie de stockage d’énergie de 1 MWh et d’un système de gestion de l’énergie. Les deux branches de stockage d’énergie sont respectivement raccordées aux barres omnibus basse tension de 400 V des transformateurs #1 et #2 dans le local de distribution.

Schéma de principe d'une unité de stockage d'énergie

Le système de stockage d'énergie se compose d'un système de stockage par batterie, d'un système de conversion de puissance (PCS), d'un système de gestion de batterie (BMS) et d'un système de gestion d'énergie (EMS). Le système de stockage par batterie est raccordé au bus CA après conversion CC/CA via le PCS, ce qui permet le stockage et la restitution d'énergie. Le PCS contrôle la charge et la décharge des batteries : pendant la charge, il fait office de redresseur, convertissant le courant alternatif en courant continu pour le stockage dans les batteries ; pendant la décharge, il fait office d’onduleur, convertissant le courant continu stocké en courant alternatif pour alimenter les charges concernées au sein de la communauté. Le BMS surveille en temps réel la tension, le courant et la température des batteries de stockage. En transmettant ces informations clés à l’EMS, ce dernier coordonne et gère les processus de charge et de décharge du système de stockage d’énergie, prévenant ainsi les problèmes de surtension, de sous-tension et de surintensité, tout en assurant la gestion de l’équilibrage entre charge et décharge.

Le système de stockage d'énergie est chargé et déchargé via un logiciel. Le système permet à la fois un contrôle ponctuel et un contrôle global. Le système de stockage d'énergie est piloté en fonction des ordres de répartition, et la puissance de sortie peut être ajustée selon les besoins dans la plage de fonctionnement nominale du PCS. Le système utilise une commande à un seul bouton, et chaque unité de stockage d'énergie contrôle à son tour son sous-système conformément aux exigences globales de la commande. Le taux de charge et de décharge de la batterie est conforme aux normes nationales et est réglable dans une plage comprise entre 0 et 0,5C.

3.6 Analyse du rendement des systèmes de stockage d'énergie

L'échange d'énergie entre le système de stockage par batterie et le point d'interface avec le réseau électrique s'effectue par l'intermédiaire de deux liaisons principales : le PCS et la ligne principale. Lors des phases de charge et de décharge, chaque liaison entraîne une certaine perte d'énergie. Compte tenu des pertes d'énergie inhérentes au système de batterie lui-même lors de la charge et de la décharge, le rendement global du système est influencé par trois facteurs.

Sur la base des normes industrielles existantes et des niveaux de fabrication des équipements, le rendement global de charge et de décharge est déterminé par le rendement du PCS (97%), le rendement de charge de la batterie (90%) et les pertes de ligne (3%). La majeure partie des pertes (10%) liées aux cycles de charge-décharge de la batterie se produit pendant la charge. Par conséquent, pour chaque 1 Wh de capacité de stockage d’énergie, au cours d’un cycle unique de charge-décharge (en considérant un DOD de 90%), environ 0,87 Wh (1 × 0,9 × (0,97 × 0,997)) d’énergie est libérée pendant le processus de décharge, tandis que 1,034 Wh (0,9 / (0,9 × 0,97 × 0,997)) est consommé pendant le processus de charge.

3.7 Sécurité des systèmes de stockage d'énergie

3.7.1 Sécurité des batteries

Il s'agit d'une batterie au lithium-fer-phosphate. Pendant la charge, le système de gestion de la batterie (BMS) régule la batterie et son environnement de charge afin d'empêcher la formation d'hydrogène. Une série de dispositifs de ventilation est installée dans le compartiment de la batterie afin de garantir que tout gaz explosif soit détecté et évacué en temps utile. Chaque système de stockage d'énergie par batterie (BESS) est équipé d'un dispositif automatique d'extinction d'incendie.

3.7.2 Assurance de la sécurité opérationnelle

Le système de gestion de batterie (BMS) assure une surveillance et une gestion complètes des paramètres de fonctionnement de la batterie et du système de stockage d'énergie. Il surveille les informations recueillies concernant l'état de la batterie, l'état de fonctionnement des équipements et l'état du réseau tout au long du processus. Il évalue également l'état de santé des batteries et peut réparer automatiquement celles qui présentent des problèmes mineurs ; il déclenche des alarmes et avertit rapidement les utilisateurs en cas de conditions de fonctionnement erronées ou anormales.

3.7.3 Assurance de la sécurité des équipements électriques

Le système de stockage d'énergie est équipé de protections contre les surcharges de tension et de courant côté courant continu et courant alternatif, de protections contre les courts-circuits, de protections contre la surchauffe et de protections de sécurité du réseau. Lorsque la tension, la phase ou la fréquence du réseau est instable et dépasse les seuils définis dans l’équipement, une alarme se déclenche immédiatement ou une protection par arrêt est mise en œuvre. 3.7.4 Conception du système de protection contre les incendies du BESS

Les systèmes automatiques d'alarme incendie et d'extinction constituent un élément essentiel pour garantir la sécurité de fonctionnement des systèmes de stockage d'énergie. Ils doivent réagir rapidement dès la détection d'un incendie ou d'un signal de fumée, afin de protéger la centrale de stockage d'énergie et de limiter au maximum les dommages matériels et les pertes d'équipements.

La conception de la protection incendie de BESS s'articule autour des aspects suivants :

(1) Surveillance en temps réel de la température de fonctionnement du système de batteries, du système PCS et du système de distribution d'énergie. En cas d'anomalie grave de température, une alarme se déclenchera, voire le système cessera de fonctionner.

(2) Des matériaux ignifuges sont utilisés pour les équipements, les boîtiers de batterie, les armoires et les câbles.

(3) Le choix s'est porté sur des panneaux sandwich en polyuréthane métallique ignifugés, d'une épaisseur de 50 mm et présentant une résistance au feu d'au moins 1 heure.

(4) Un système d'extinction à gaz intégré, à commande manuelle et automatique, est installé à l'intérieur du conteneur. L'agent extincteur utilisé est l'heptafluoropropane (HFC-227ea) et des extincteurs à poudre sèche. L'extincteur à heptafluoropropane de type armoire est installé dans le compartiment des batteries, tandis que l'extincteur à poudre sèche est installé dans le compartiment du PCS.

(5) L'ensemble du système est conçu selon un principe de coordination avec le système d'extinction d'incendie. Lorsque le contrôleur d'incendie émet un signal d'alarme, le système de stockage d'énergie, ainsi que les systèmes de ventilation et de dissipation thermique, cessent de fonctionner afin de garantir que le système d'extinction puisse intervenir normalement.

3.8 Conteneur

Ce projet est livré sous forme de conteneurs et nécessite une intégration au système. Au total, deux batteries de stockage d'énergie BESS sont fournies dans le cadre de cette phase. Le conteneur doit présenter d'excellentes caractéristiques de maintenabilité et de remplaçabilité afin de faciliter l'entretien, la réparation et le remplacement des équipements.

3.8.1 Exigences générales

(1) L'indice de protection du conteneur doit être au moins égal à IP54 et celui-ci doit présenter une capacité de levage à pleine charge illimitée pendant toute sa durée de vie (25 ans).

(2) Le conteneur doit être peint de manière uniforme. Le logo figurant à l'extérieur du conteneur peut être peint selon les exigences du propriétaire.

(3) Autoconsommation : le taux d'autoconsommation de l'équipement pendant le fonctionnement du système doit être faible, de manière à ce que la puissance maximale d'autoconsommation ne dépasse pas 15 kW dans des conditions de température extrêmes.

(4) Étanchéité : la partie supérieure du conteneur ne doit pas accumuler d'eau, présenter de fuites ni laisser passer l'eau ; les parois du conteneur ne doivent pas laisser pénétrer la pluie ; et le fond du conteneur ne doit pas présenter de fuites.

(5) Isolation thermique : les cloisons et portes préfabriquées doivent faire l’objet de mesures d’isolation thermique. Dans des conditions environnementales où la différence de température entre l’intérieur et l’extérieur du conteneur est de 55 °C, le coefficient de transfert thermique doit être inférieur ou égal à 1,5 W/(m²·°C). (6) Résistance à la corrosion : l’aspect, la résistance mécanique et la résistance à la corrosion de la cabine préfabriquée garantissent qu’elle répond aux exigences pour 25 ans d’utilisation pratique.

(7) Résistance au feu : La structure de l'enveloppe extérieure, les matériaux d'isolation thermique ainsi que les matériaux de finition intérieurs et extérieurs de la cabane préfabriquée sont tous constitués de matériaux ignifuges.

(8) Résistance au sable : la cabine préfabriquée est dotée de capacités de filtration du sable ; dans des conditions de ventilation naturelle, le débit d'air frais est ≥ 20% et le taux de filtration du sable est ≥ 99%.

(9) Résistance aux séismes : dans les conditions de transport et en cas de séisme, la résistance mécanique de la cabine préfabriquée et de ses équipements internes répond aux exigences, et aucune déformation, anomalie de fonctionnement ou dysfonctionnement n'est constaté après l'exposition aux vibrations.

(10) Protection contre les UV : les propriétés des matériaux à l’intérieur et à l’extérieur de la cabine préfabriquée ne se détérioreront pas sous l’effet du rayonnement ultraviolet, et celle-ci n’absorbera pas la chaleur émise par les rayons ultraviolets. Elle convertit le courant continu stocké en courant alternatif pour alimenter les charges concernées au sein de la communauté. Le BMS surveille en temps réel la tension, le courant et la température du système de stockage par batterie. En transmettant ces informations clés à l’EMS, ce dernier coordonne et gère le processus de charge et de décharge du système de stockage d’énergie, prévenant ainsi les problèmes de surtension, de sous-tension et de surintensité, tout en assurant la gestion de l’équilibrage entre charge et décharge.

3.8.2 Configuration des équipements du système de stockage d'énergie par batterie (BESS)

(1) Interface d'installation de la batterie (PACK)

Le conteneur est équipé d'éléments de fixation pré-intégrés pour le rack de batteries, afin de garantir une connexion fiable entre le rack de batteries et les éléments pré-intégrés dans la plaque de base du conteneur.

(2) Boîtier de dérivation

Le coffret de distribution alimente en courant alternatif les équipements électriques à courant alternatif situés à l'intérieur et assure la distribution du courant alternatif pour la climatisation de la salle des batteries, l'éclairage, la protection incendie, les éclairages de secours, ainsi que les prises internes et externes de l'armoire ;

(3) Système de régulation de la température

Le conteneur doit être équipé de dispositifs efficaces permettant de réguler et de contrôler la température ambiante à l'intérieur du compartiment. Les mesures mises en œuvre doivent permettre de réduire au minimum la consommation d'énergie afin de garantir la capacité maximale d'alimentation électrique du conteneur. Le climatiseur doit pouvoir fonctionner en continu 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, et avoir une durée de vie d'au moins 5 ans.

(4) Système de surveillance

Le conteneur est équipé d'un système de vidéosurveillance et d'une alarme magnétique au niveau de la porte. Le matériel vidéo assure une surveillance complète de l'intérieur du conteneur, permettant une observation en temps réel du matériel qui s'y trouve. Lorsqu'une personne tente d'ouvrir de force la porte du compartiment, le capteur magnétique de la porte génère un signal d'alarme d'alerte, qui est transmis au système de surveillance central via une communication à distance par Ethernet. Cette fonction d'alarme doit pouvoir être désactivée par l'utilisateur.

(5) Détecteurs de fumée et de température

Le compartiment est équipé de dispositifs de sécurité tels que des détecteurs de fumée et des capteurs de température et d'humidité. Les détecteurs de fumée et les capteurs de température et d’humidité doivent être reliés électriquement au commutateur de commande du système. Dès qu’un dysfonctionnement est détecté, l’utilisateur doit en être averti par des alarmes sonores et visuelles ainsi que par communication à distance, et, simultanément, le système alimenté par batterie au lithium doit être mis hors tension.

En fonction de la configuration du conteneur, certains conteneurs sont équipés d'un hôte de surveillance dynamique de l'environnement, qui recueille les informations relatives à la protection incendie ainsi que celles provenant des capteurs de température et d'humidité de ce compartiment et des compartiments adjacents. L'hôte de surveillance dynamique de l'environnement est relié à l'écran du système de commande auxiliaire intelligent situé dans le compartiment de commande principal via un câble à paires torsadées blindé de catégorie 5.

(6) Éclairage des compartiments

Le compartiment est équipé d'un éclairage et d'un éclairage de secours. Les lampes sont antidéflagrantes. Un système d'éclairage de secours est installé dans le conteneur. En cas de coupure de courant, les lumières de secours du conteneur s'allument immédiatement. 3.8.3 Système électrique du conteneur de stockage d'énergie

(1) Interrupteurs et prises de courant

Un interrupteur de commande d'éclairage est installé à côté de la porte du conteneur, et une prise électrique à cinq broches est installée à l'intérieur du conteneur. L'alimentation électrique n'est pas autorisée tant que le fil de terre de la prise triphasée n'est pas raccordé (c'est-à-dire que les fiches des phases L et N ne peuvent pas être insérées dans la prise sans avoir raccordé le fil de terre). Les prises de courant sont raccordées au coffret de distribution à l'aide de disjoncteurs indépendants assurant une protection contre les courts-circuits, les surcharges et une protection sélective.

(2) Câbles et câblage

Les bornes de raccordement des différents circuits d’alimentation électrique dans le coffret de distribution doivent être identifiées par des couleurs distinctes (c’est-à-dire que des bornes de couleur sont utilisées pour distinguer les différents circuits d’alimentation) ; tous les fils et câbles du système d’alimentation électrique doivent être des câbles ignifugés à isolation en polyéthylène réticulé, dotés de marquages de couleur différents. Ces câbles sont dotés de couches d’isolation et de gaine indépendantes, et leur température de fonctionnement admissible à long terme est d’au moins 90 ℃. La tension de tenue nominale de l’isolation des fils et câbles est supérieure d’un niveau à la valeur réelle de la tension. La section du fil neutre et du fil de terre du câble ne doit pas être inférieure à celle du fil de phase, et la section minimale du fil de phase du câble ne doit pas être inférieure à 4 mm² ; les performances techniques, l’identification, la sécurité et les méthodes de câblage du coffret de distribution doivent satisfaire aux exigences des clauses les plus strictes des normes nationales.

3.8.4 Mise à la terre et protection contre la foudre

Les points de fixation des boulons du boîtier sont reliés de manière fiable aux conducteurs non fonctionnels de l'ensemble du boîtier. Parallèlement, le boîtier dispose de 4 points de mise à la terre conformes aux normes électriques les plus strictes. Ces points de mise à la terre forment une liaison équipotentielle fiable avec les conducteurs non fonctionnels de l'ensemble du boîtier.

Un système de protection contre la foudre fiable et de haute qualité est installé sur le toit du conteneur. Ce système est relié au réseau de mise à la terre en quatre points différents à l'aide de barres de mise à la terre en acier plat ou rond.

3.8.5 Installation d'un conteneur de stockage d'énergie

Le conteneur est équipé d'interfaces de montage et de fixation par boulons. Une fois mis en place, il ne doit y avoir aucun jeu entre le fond du conteneur et les colonnes de la jetée. 3.8.6 Câbles

(1) Choix des câbles : les câbles d'alimentation basse tension doivent être des câbles à âme en cuivre ignifugés ; les câbles d'alimentation haute tension doivent être des câbles blindés ignifugés ; les câbles de commande reliés au système de communication et de surveillance doivent être des câbles blindés ; les câbles de communication doivent être des câbles à paires torsadées blindées ou des câbles à fibres optiques.

(2) Pose des câbles : la conception et la pose des câbles doivent être conformes aux exigences de la norme GB50217-2007 “ Code de conception des câbles pour les installations électriques ”. Lorsque différents types de câbles sont disposés horizontalement et se croisent, l'espacement doit respecter les exigences de la norme.

(3) Protection contre les incendies de câbles : des mesures doivent être prises pour prévenir les incendies de câbles et la propagation des flammes ; tous les puits de câbles, ouvertures murales et trous de câbles situés au bas des appareillages de commutation et des tableaux de commande et de protection doivent être obturés. Des cloisons résistantes au feu doivent être installées au niveau des raccordements des tranchées de câbles entre les différents niveaux de tension des dispositifs de distribution d’énergie et entre les différentes sections de ces dispositifs. Un revêtement ignifuge doit être appliqué sur une largeur de 1,5 mètre de part et d’autre des cloisons résistantes au feu dans la tranchée de câbles. Une fois les câbles posés dans les gaines et à travers les murs, les deux extrémités des gaines doivent être obturées à l’aide de matériaux ignifuges et étanches.

4. Section électrique

4.1 Schéma électrique principal

Le système de conversion de puissance (PCS) est un composant essentiel pour la conversion CA/CC dans le système de stockage d'énergie. Compte tenu des exigences spécifiques de ce projet, un onduleur de chaîne de 250 kW a été sélectionné. Chaque système de stockage d'énergie de 250 kW/1 MWh se compose de quatre modules de 62,5 kW connectés en parallèle. La sortie CA est ensuite regroupée et raccordée au côté barre omnibus basse tension du transformateur. Le schéma de principe est présenté dans la figure ci-dessous.

Schéma de principe

4.2 Disposition des équipements électriques

Compte tenu de facteurs tels que la sécurité, la construction, l'exploitation, la maintenance et l'aménagement du territoire, et en fonction du schéma d'agencement du bloc-batterie, le système de stockage d'énergie est conçu avec deux unités de stockage d'énergie et une unité de conversion de puissance.

4.3 Protection contre la foudre et mise à la terre

4.3.1 Protection contre la foudre

Des parasurtenseurs sont installés aussi bien du côté entrée que du côté courant continu du PCS afin d'assurer une protection contre les surtensions provoquées par des coups de foudre directs ou indirects, ou par d'autres surtensions transitoires.

La station de stockage d'énergie se compose de trois conteneurs ne comportant aucun équipement électrique extérieur. Conformément à la norme GB50057-2010 “ Code de conception de la protection contre la foudre des bâtiments ”, section 5.3.7, les exigences de conception applicables aux bâtiments de classe II en matière de protection contre la foudre sont respectées.

La mise à la terre de protection concerne principalement la mise à la terre de sécurité de l’enceinte du conteneur. Cela permet d’établir une bonne connexion conductrice entre les parties métalliques du système qui ne sont normalement pas sous tension et la terre, assurant ainsi la sécurité des équipements et du personnel. L’armoire de stockage d’énergie dispose d’un point de mise à la terre externe, et une barre omnibus de mise à la terre est installée à l’intérieur du conteneur. La mise à la terre de protection contre la foudre, qui fait partie des mesures de protection contre la foudre, sert à détourner les surtensions vers la terre via le parafoudre. La protection contre la foudre des équipements électriques consiste principalement à relier une extrémité du parafoudre à l’équipement protégé et l’autre extrémité au dispositif de mise à la terre. Lorsqu’un coup de foudre direct se produit, le parafoudre détourne vers lui-même la surtension qui en résulte, et le courant de surtension pénètre dans la terre via son conducteur de descente et son dispositif de mise à la terre, empêchant ainsi tout dommage aux équipements électriques ou tout danger pour la sécurité des personnes. Dans ce schéma, des parafoudres à courant alternatif et à courant continu sont installés à l’intérieur du conteneur de stockage d’énergie, et leur état de défaut est surveillé par le système de gestion de l’énergie.

4.3.2 Mise à la terre

Conformément à la norme (DL/T621-1997) “ Mise à la terre des installations électriques à courant alternatif ”, tous les boîtiers d’équipements électriques et autres composants métalliques susceptibles d’être mis sous tension en cas d’accident doivent être mis à la terre de manière fiable. Les exigences spécifiques sont les suivantes :

(1) Tous les supports de batterie sont directement reliés au réseau de mise à la terre afin d'empêcher l'accumulation d'électricité statique et d'assurer une mise à la terre de protection pour toutes les parties conductrices de l'équipement ; tous les boîtiers de l'équipement sont reliés au réseau de mise à la terre principal au moyen de câbles de mise à la terre.

(2) La mise à la terre de protection, la mise à la terre de service et la mise à la terre de protection contre les surtensions utilisent le même réseau de mise à la terre. Ce réseau de mise à la terre est réalisé selon la méthode du réseau composite artificiel. Le réseau de mise à la terre principal de la station de stockage d’énergie se compose principalement d’électrodes de mise à la terre horizontales, complétées par un nombre approprié d’électrodes de mise à la terre verticales, formant ainsi un réseau de mise à la terre composite. Il est recommandé d’utiliser de l’acier plat galvanisé pour le réseau de mise à la terre principal.

4.4 Pose de câbles

Les câbles sont posés à l'aide de gaines ou de chemins de câbles. Les exigences en matière de protection incendie et d'ignifugation des câbles sont respectées conformément à la norme nationale GB50217.

4.5 Alimentation électrique et éclairage de la station

4.5.1 Raccordement de l'alimentation électrique de la station et câblage

L'alimentation électrique et l'éclairage (220 V CA) de la station de stockage d'énergie seront assurés par le réseau électrique municipal.

4.5.2 Disposition et choix des équipements des dispositifs de distribution d'énergie des sous-stations

L'alimentation électrique de la station est de 220 V CA, et tous les interrupteurs d'alimentation se trouvent dans le compartiment de l'onduleur du système de stockage d'énergie. Les disjoncteurs du coffret de distribution sont tous de marques de haute qualité. Le principe d'alimentation est le suivant :

Schéma de principe de l'alimentation électrique

4.5.3 Éclairage de la zone de la gare

Conformément au “ Règlement technique relatif à la conception de l'éclairage des centrales thermiques et des sous-stations ” DLGJ56-95, des projecteurs sont installés dans la zone de la station de stockage d'énergie, et l'alimentation électrique est raccordée à partir du coffret de distribution d'éclairage de cette station.

4.5.4 Éclairage intérieur des conteneurs

Le système d'éclairage de l'unité de stockage d'énergie comprend un éclairage normal et un éclairage de secours. L'éclairage normal à l'intérieur du conteneur est alimenté par le réseau électrique, tandis que l'éclairage de secours dispose de sa propre batterie pour assurer le signalement des issues de secours.

Des luminaires à LED sont utilisés de manière uniforme pour l'éclairage normal et l'éclairage de secours à l'intérieur du conteneur. Des voyants lumineux indiquant les issues de secours et un éclairage d'évacuation sont installés au niveau des portes de maintenance situées de part et d'autre. L'éclairement dans chaque zone est conforme aux exigences du “ Règlement technique relatif à la conception de l'éclairage des centrales thermiques et des sous-stations ”.

4.6. Protection électrique de l'unité de stockage d'énergie

Le côté courant continu (CC) de la station de stockage d'énergie peut ne pas nécessiter de dispositifs de protection distincts ; la protection côté CC peut être assurée par le système de conversion de puissance (PCS) et le système de gestion de batterie (BMS). La configuration de la protection côté CC doit répondre aux exigences suivantes :

4.6.1 Configuration de la protection de l'unité de stockage d'énergie

La protection du système de stockage d'énergie est principalement assurée par le système de gestion de batterie (BMS). Le BMS doit surveiller de manière exhaustive l'état de fonctionnement de la batterie, notamment la tension, le courant, la température et l'état de charge des cellules/modules individuels et du système de batterie, et émettre des alertes en cas d'incident. Le BMS doit assurer une protection fiable du bloc-batterie et disposer de fonctions telles que la protection contre les surtensions, les sous-tensions, les surintensités et les surchauffes, ainsi que la surveillance de l'isolation en courant continu.

4.6.2 Configuration de la protection de l'unité de raccordement CC

Le terme « unité de raccordement CC » désigne la connexion entre le bloc-batterie et le PCS ; elle comprend principalement des câbles CC et des disjoncteurs CC (sectionneurs). Un disjoncteur doit être installé du côté de la sortie du bloc-batterie, et un sectionneur peut être installé du côté courant continu du PCS. La protection de cette section n’est pas configurée de manière indépendante ; elle est principalement assurée par la protection de l’unité de stockage d’énergie qui déclenche le disjoncteur du côté de la sortie du bloc-batterie.

5. Section « Système secondaire »

5.1 Système de gestion de l'énergie (EMS)

5.1.1 Principes de conception

(1) La station de stockage d'énergie est conçue selon le principe du “ fonctionnement en autonomie, sous surveillance humaine ”.

(2) Le système de contrôle secondaire de la station de stockage d'énergie repose sur un système de surveillance informatisé.

(3) Le système d'automatisation intégré repose sur une architecture ouverte, hiérarchisée et distribuée.

5.1.2 Présentation du système

Le système de gestion de l'énergie (EMS), qui s'appuie sur les exigences du système et le mode de fonctionnement de la centrale de stockage d'énergie, assure la surveillance et la régulation automatiques en temps réel des équipements électriques, tels que la centrale de stockage d'énergie et le système d'alimentation de commande. Il intègre également le PCS de stockage d’énergie et le logiciel de surveillance des batteries au sein du système intelligent de contrôle et de dispatching, offrant ainsi des fonctions de surveillance tant pour les batteries elles-mêmes que pour le PCS. La plateforme de surveillance du stockage d’énergie par batterie est utilisée pour la surveillance et le contrôle du système de stockage d’énergie par batterie, la coordination du fonctionnement coordonné et de l’accès au système de stockage d’énergie, ainsi que pour la mise en œuvre du système de stockage d’énergie par batterie. Outre les trois fonctions «à distance» classiques (télémétrie, télécommande et téléindication), le système de surveillance du stockage d’énergie dispose de divers modes d’application adaptés à différents besoins de contrôle, tels que les fonctions d’écrêtement des pics et de comblement des creux.

Le système de surveillance du stockage d'énergie par batterie adopte un schéma de contrôle hiérarchique et distribué, comprenant généralement trois parties principales : la couche de surveillance, la couche de contrôle et la couche de surveillance locale. La couche de surveillance est principalement chargée de la gestion des communications, de l'acquisition des données, du traitement des données et de la gestion des opérations. La couche de contrôle coordonné assure les fonctions de contrôle coordonné au niveau du système et envoie des commandes de contrôle de puissance au contrôleur local afin d’assurer le contrôle de la puissance de chaque onduleur. La couche de surveillance locale est constituée d’un système de surveillance et de contrôle local qui surveille en temps réel l’état des onduleurs (PCS), des batteries et du système de distribution d’énergie, et transmet rapidement les commandes de contrôle de niveau supérieur à chaque unité de contrôle.

5.1.2.1 Description fonctionnelle

(1) Acquisition de données en temps réel

a) Données du BMS : les données en temps réel relatives à la batterie sont collectées via un bus CAN. Le BMS transmet les données de chaque cellule de batterie à l’EMS sous forme de paquets. L’EMS décompresse ces données et les stocke dans la base de données. Le système analyse en temps réel l’état de tension des cellules de batterie, émet des alertes précoces concernant la durée de vie de la batterie et prend les mesures appropriées pour limiter sa dégradation.

b) Données PCS : les données PCS sont collectées conformément au protocole de communication PCS. Les données collectées comprennent la tension, le courant et la puissance côté courant continu ; la puissance active, la puissance réactive, la tension triphasée, le courant triphasé, la fréquence, le facteur de puissance, l’état de fonctionnement, le rendement de conversion, les informations d’alarme et de défaut, ainsi que d’autres informations courantes du côté CA, sans oublier l’énergie d’entrée journalière, l’énergie de sortie journalière, l’énergie d’entrée cumulée et l’énergie de sortie cumulée.

c) Données de commutation : le relais de commutation est relié au signal de contact de la porte. Que la porte soit ouverte ou fermée, le relais monocanal convertit le signal électrique en signal numérique, puis transmet ce dernier au système de gestion d'urgence (EMS) via RS485 afin de déclencher des alarmes et des avertissements.

d) Données environnementales : les données des capteurs de température et d'humidité ou celles des capteurs de température sans fil installés sur les barres omnibus sont collectées via RS485.

6. Travaux de génie civil

6.1 Aperçu général

6.1.1 Présentation du site

Le projet est situé à xxxx. Le site se trouve à 50 mètres à gauche de l'entrée de la porte sud (4,2 m de large, 3,5 m de haut) (les fondations reposent sur un sol stable). Il est accessible par une route (2,5 m de large, avec une bande d'herbe de 2,7 m de large). La zone environnante, à l'extérieur de la clôture, est composée d'arbres et de prairies.

6.2 Aménagement général et transports

6.2.1 Planification générale

Ce plan de projet a été conçu selon les principes de sécurité scientifique, de protection de l'environnement et de préservation des sols, tout en visant à réduire au maximum la durée des travaux pour le client. Le système de stockage d'énergie repose sur une conception modulaire standard, intégrée dans trois cabines préfabriquées, disposées de manière uniforme afin de faciliter l'installation, le transport, la maintenance et l'extension du système.

6.2.2 Disposition générale

Les cabines préfabriquées sont disposées de part et d'autre du site, sur toute sa longueur. La cabine PCS est située plus près du local de distribution électrique afin de faciliter le raccordement des lignes à ce dernier.

6.2.3 Disposition verticale

Le drainage du site sera assuré par des fossés de drainage en béton aménagés autour du système de stockage d'énergie, à proximité des murs de contreventement, et raccordés à un puisard central.

6.2.4 Transports

Le site est situé à 50 m à gauche de l'entrée de la porte sud (4,2 m de large, 3,5 m de haut) (les fondations reposent sur un sol stable) et est accessible par une route (2,5 m de large, avec une bande d'herbe de 2,7 m de large). Il est prévu d'utiliser une grue pour hisser les cabines préfabriquées jusqu'à l'emplacement prévu (les calculs préliminaires indiquent qu'une grue de 35 tonnes est nécessaire pour le levage sur site).

6.2.5 Superficie du site

Le système de stockage d'énergie repose sur une fondation en béton, avec un sol compact sous le béton. La superficie totale est d'environ 200 m².

6.3 Bâtiments et ouvrages des stations de stockage d'énergie

6.3.1 Section « Bâtiment »

Tous les équipements de ce projet sont intégrés dans des cabines préfabriquées d'une durée de vie de 25 ans ; aucun nouveau bâtiment ne sera construit.

6.3.2 Section structurelle

(1) Fondations pour cabanes préfabriquées

Les fondations seront réalisées sous forme de semelle en béton armé, conformément aux normes de conception des ouvrages. Classe de résistance du béton : C35 ; classe de résistance des barres d'armature : HRB400.

(2) Fondations d'un mur de soutènement

Les fondations du mur de soutènement sont constituées d'une semelle filante en béton armé.

(3) Traitement des fondations

Les travaux seront réalisés par tronçons, conformément au plan de chantier. La densité de compactage devra être contrôlée conformément au cahier des charges ou aux exigences de conception. L'étape suivante ne pourra être entreprise qu'une fois ces exigences satisfaites. Des pieux forés et injectés de classe C30, d'un diamètre de 600 mm, sont mis en place sous la semelle filante. Les pieux sont disposés de manière clairsemée afin de limiter le tassement. La longueur effective des pieux est d'environ 10 à 20 m, pour un total d'environ 50 pieux.

6.4 Chauffage et ventilation

Ce projet étant situé dans une région où le chauffage n'est pas nécessaire, aucun système de chauffage central n'a été prévu. Pour les locaux nécessitant un contrôle de la température et de l'humidité aussi bien en hiver qu'en été, des systèmes de climatisation et de ventilation ont été installés.

Chaque compartiment de batterie dispose de son propre système de climatisation indépendant.

6.5 Approvisionnement en eau et assainissement

Afin d'empêcher l'infiltration d'eau dans la fosse en cas de pluie ou de neige, ce qui pourrait entraîner la corrosion des équipements, il est nécessaire de couler un mur en béton de 300 mm de largeur et de 1 300 mm de hauteur tout autour de la fosse de fondation. Une gaine de câbles de 100 mm de diamètre et de 2 mm d’épaisseur est encastrée dans la partie supérieure, avec des extrémités évasées. Une fois le câble installé, le conduit doit être colmaté à l’aide de coton imbibé d’huile ou d’un autre matériau ignifuge. Les surfaces intérieures et extérieures doivent être recouvertes d’une couche d’étanchéité en mortier de ciment à raison de 1:2,5, d’une épaisseur de 20 mm, en veillant à ce que le mortier soit bien compacté et sans vides. Une échelle en acier est installée sur le mur de soutènement. Les deux montants verticaux de l’échelle sont constitués de deux barres d’acier de Φ22 de classe 3, et les échelons sont des barres d’acier de Φ14 de classe 2 espacées de 200 mm. Une gouttière de collecte d’eau est installée au bas de l’échelle et raccordée à un tuyau de drainage pré-encastré.

7 Protection contre les incendies

7.1 Principes de conception en matière de protection contre l'incendie

La conception de la protection contre l'incendie de ce projet doit être conforme à la loi sur la protection contre l'incendie de la République populaire de Chine ainsi qu'aux politiques et réglementations nationales applicables. Il mettra en œuvre la politique de protection contre les incendies consistant à “ privilégier la prévention tout en combinant prévention et lutte contre l’incendie ”, dans le but de permettre l’autoprotection et l’autosauvetage, de prévenir et de réduire les risques d’incendie, et d’assurer la sécurité des personnes et des biens. Diverses mesures efficaces de protection contre l’incendie, répondant aux exigences des différents bâtiments et installations, seront adoptées, en recourant à des technologies de protection contre l’incendie avancées, raisonnables, économiques et fiables. Lors de la conception de l’agencement, de la conception des procédés et du choix des matériaux, les normes, réglementations et spécifications pertinentes en matière de sécurité incendie doivent être strictement respectées.

7.2 Cahier des charges de construction

Les principaux équipements de ce projet sont constitués de batteries et d'un système PCS. La classification des risques d'incendie et l'indice de résistance au feu du bâtiment concerné par ce projet doivent être strictement conformes à la norme GB51048-2014 “ Code de conception des centrales de stockage d'énergie électrochimique ” et à la norme GB50016-2014 “ Code de conception de la protection incendie des bâtiments ”.

Article 11.1.3 de la norme GB51048-2014 Le “ Code de conception des centrales de stockage d’énergie électrochimique ” stipule que la classification des risques d’incendie des équipements de batteries lithium-ion installés à l’extérieur relève de la classe E (la classe E désigne les matériaux incombustibles), ce qui est conforme à l’article 6.3 de la norme Q/GDW 11265-2014 “ Règlement technique relatif à la conception des centrales de stockage d’énergie par batterie ”.

7.3 Protection contre les incendies liés aux batteries

Les mesures de protection contre l'incendie pour les batteries situées à l'intérieur du conteneur reposent principalement sur un système d'extinction automatique à l'heptafluoropropane. Les lignes électriques sont dissimulées dans des structures incombustibles ou protégées par des gaines métalliques, et tous les câbles sont ignifugés. Les mesures de protection contre l'incendie pour les câbles comprennent l'étanchéité, le blocage et l'isolation. Des matériaux d'étanchéité résistants au feu sont utilisés pour sceller hermétiquement les points d'entrée et de sortie des câbles dans les appareillages de distribution et les tranchées de câbles.

Le système d'extinction automatique d'incendie à l'heptafluoropropane est un dispositif moderne et intelligent qui intègre l'extinction à gaz, le contrôle automatique et la détection d'incendie. Il est conforme aux exigences de la norme DBJ15-23-1999 “ Spécifications de conception des systèmes d’extinction d’incendie à agent propre à base d’heptafluoropropane (HFC-227ea) ” et aux normes de conception et de produits de la norme ISO 14520-9 “ Systèmes d’extinction d’incendie à gaz – Propriétés physiques et conception des systèmes ”. Ce système se caractérise par une conception de pointe, des performances fiables, un fonctionnement simple et un bon respect de l’environnement.

Le système de protection contre l'incendie se compose d'un central d'alarme incendie/panneau de commande d'extinction à gaz, de détecteurs de fumée, de détecteurs de chaleur, d'alarmes sonores et lumineuses, de cloches d'alarme, de voyants lumineux d'activation, de boutons manuels de démarrage/arrêt d'urgence, de dispositifs d'extinction pour l'armoire technique (y compris les bouteilles de stockage d’agent extincteur, les dispositifs d’actionnement électromagnétiques et les dispositifs de signalisation de pression), les accessoires de l’armoire d’équipement (buses, tuyaux haute pression) et les dispositifs d’extinction d’incendie pour l’armoire d’alimentation électrique (y compris les bouteilles de stockage d’agent extincteur, les dispositifs d’actionnement électromagnétiques et les dispositifs de signalisation de pression).

Ce projet repose sur une utilisation optimale de l'espace disponible dans les conteneurs ; c'est pourquoi une conception particulière a été adoptée :

(1) Compte tenu de la disposition des équipements à l'intérieur du conteneur, la méthode d'extinction prévue consiste en un système d'extinction par inondation totale. Dans le délai imparti, une quantité prédéfinie d'heptafluoropropane est pulvérisée dans le conteneur, de manière à ce qu'il se répande uniformément dans l'ensemble du conteneur ;

(2) En raison de la hauteur limitée à l'intérieur du conteneur, l'armoire à gaz contenant de l'heptafluoropropane est fixée directement à l'intérieur ;

(3) Le procédé d'activation fait appel à un dispositif à électrovanne. Ce dispositif doit être démonté pendant le transport et ne peut être installé qu'une fois le conteneur mis en place, toutes les opérations de mise en service terminées et celui-ci mis en service normal.

7.4 Protection contre les incendies d'origine électrique

Le compartiment PCS est équipé de détecteurs de fumée et de chaleur, et des extincteurs portatifs sont placés à l'entrée du compartiment.

Éclairage de secours : des voies d'évacuation sont prévues à l'intérieur du conteneur, et des panneaux d'évacuation lumineux sont installés aux entrées et sorties du conteneur.

7.5 Système d'alarme incendie et de contrôle

Le système d'alarme incendie et de commande des dispositifs de liaison est conçu conformément aux exigences applicables de la norme GB500116-2013 “ Code de conception des systèmes automatiques d'alarme incendie ”.

L'équipement du système d'alarme incendie automatique installé dans le conteneur comprend un central d'alarme incendie, des détecteurs, des modules de commande, des modules de signalisation et des boutons d'alarme manuels. Il surveille les signaux d'alarme incendie dans toutes les zones du système et peut mettre en œuvre une commande automatisée de chaque unité de stockage d'énergie conformément aux exigences en matière de protection contre l'incendie. Le contrôleur d'alarme incendie est équipé d'indicateurs de l'état de fonctionnement des équipements contrôlés et de boutons de commande manuelle.

Des détecteurs de fumée et de chaleur sont sélectionnés, et des boutons d'alarme manuels ainsi que des alarmes sonores et lumineuses sont installés. Lorsqu'un détecteur ou un bouton d'alarme manuel est déclenché, la centrale d'alarme incendie émet un signal d'alarme sonore et visuel, affiche l'adresse du point d'alarme et imprime l'heure de l'alarme, l'adresse du point d'alarme ainsi que d'autres informations pertinentes. L'alimentation électrique normale du central d'alarme incendie est de 220 V CA.

8 Protection de l'environnement et sécurité au travail

8.1 Protection de l'environnement

8.1.1 Champs électromagnétiques

(1) Normes relatives aux champs électromagnétiques respectées par la centrale de stockage d'énergie

La limite d'intensité des champs électromagnétiques à haute fréquence (0,1–500 MHz) est tirée des valeurs les plus sûres figurant dans la “ Norme sanitaire relative aux ondes électromagnétiques dans l'environnement ” GB9175-88, la “ Norme de protection contre les rayonnements électromagnétiques ” GB8702-88, “ Méthodes et normes pour l’évaluation de l’impact environnemental des rayonnements électromagnétiques ” HJ/T10.3-1996, et “ Spécifications techniques pour l’évaluation de l’impact environnemental des rayonnements électromagnétiques des projets de transport et de transformation à très haute tension de 500 kV ” HJ/T24-1998 : < 5 V/m.

Pour les champs électromagnétiques à fréquence industrielle (50 Hz), conformément à la norme “ Spécifications techniques pour l'évaluation de l'impact environnemental du rayonnement électromagnétique des projets de transport et de transformation à très haute tension de 500 kV ” HJ/T24-1998, l'intensité du champ de fréquence industrielle est inférieure à 4 kV/m et l'intensité d'induction du champ magnétique est inférieure à 0,1 mT. La norme relative aux interférences radio, conformément aux “ Spécifications techniques pour l’évaluation de l’impact environnemental des rayonnements électromagnétiques des projets de transport et de transformation à très haute tension de 500 kV ” HJ/T24-1998, ne doit pas dépasser 55 dB(μV/m) par temps clair, à une fréquence d’essai de 0,5 MHz.

8.1.2 Bruit

Ce projet prévoit un contrôle rigoureux des niveaux sonores dès la phase de sélection des équipements. Tous les équipements de ventilation et de refroidissement sont équipés de ventilateurs silencieux afin de garantir que le niveau sonore à 1 mètre à l'extérieur du caisson, en fonctionnement normal, soit inférieur à 70 décibels.

8.1.3 Émissions de polluants

Les émissions de polluants comprennent les rejets d'eaux usées et les rejets de déchets solides.

Pendant la phase de construction, les eaux usées sont principalement constituées d'eaux de chantier et d'eaux usées domestiques produites par le personnel de chantier. Les eaux de chantier doivent être évacuées de manière ordonnée, conformément au cahier des charges de l'organisme chargé des travaux ; ce projet étant situé à proximité immédiate de la sous-station, les eaux usées domestiques seront évacuées via les installations de cette dernière.

Les déchets solides générés pendant la période de construction se composent principalement de déchets de chantier et de déchets ménagers. Il est obligatoire d’évacuer et d’éliminer ces déchets au fur et à mesure de leur production afin d’éviter qu’ils ne soient emportés par le vent et ne polluent l’environnement immédiat. 8.2 Sécurité au travail

8.2.1 Analyse des principaux facteurs de risque

(1) Analyse des facteurs de risque pendant la construction

Au cours de la construction de ce projet de stockage d'énergie, les types de travaux les plus susceptibles d'entraîner des accidents sont : le travail en hauteur, les opérations de transport et de levage, ainsi que les travaux électriques. Les facteurs de risque associés à ces trois types de travaux sont présentés ci-dessous.

① Les facteurs de risque potentiels liés au travail en hauteur sont notamment les suivants :

Mesures de protection insuffisantes, travail par vent fort et chute d'équipements.

② Les facteurs de risque potentiels liés aux opérations de transport et de levage sont notamment les suivants :

Utilisation non autorisée, câbles de levage rompus, surcharge, stabilisateurs déséquilibrés, angle de levage excessif, utilisation en mode croisé, crochets cassés, crochets mal fixés, erreurs de manipulation, dysfonctionnement des interrupteurs de fin de course, commande incorrecte et levage par vent fort.

③ Les facteurs potentiellement dangereux liés aux travaux électriques sont notamment les suivants :

Absence de protection contre les fuites, utilisation non autorisée, fuites au niveau des équipements, arc électrique, soudage sans équipement de protection,

la connexion de plusieurs appareils à un même commutateur, un câblage endommagé, l'absence de mesures de protection, une isolation des câbles endommagée, une alimentation électrique incompatible avec les équipements, ainsi que les décharges de foudre lors d'orages.

8.2.2 Principales mesures préventives

(1) Mesures de conception en matière de prévention des incendies

Une fois la centrale de stockage d'énergie achevée et mise en service, les risques d'incendie proviennent principalement de la possibilité d'incendie et des risques d'explosion liés aux batteries et autres matériaux inflammables. Afin de réduire ces risques, les mesures suivantes doivent être prises lors de la conception :

① L'espacement minimal entre les modules préfabriqués dans le cadre de ce projet ne doit pas être inférieur aux dispositions du “ Code de conception de la protection incendie des centrales thermiques et des sous-stations ” en vigueur (GB 50229-2006) et du “ Code de conception de la protection contre l'incendie des bâtiments ” (GB 50016-2014), afin de garantir une distance de sécurité suffisante en cas d'incendie.

② Les matières dangereuses ainsi que les matières inflammables et explosives doivent être stockées en quantités limitées, sans dépasser les limites fixées, et ne doivent pas être mélangées à d'autres articles. Elles doivent être entreposées dans des entrepôts dédiés.

(2) Mesures préventives pendant les travaux

Lors de la construction de la centrale de stockage d'énergie, les principaux risques sont les suivants : électrocution, blessures mécaniques, brûlures, bruit, chute d'objets, effondrement de la fouille de fondation, températures élevées et froid. Afin de garantir la santé et la sécurité du personnel ainsi que la sécurité de la production, il convient de désigner clairement le responsable en cas d'accident pendant la construction, de mettre en œuvre diverses mesures de sécurité sur le chantier et de respecter strictement les exigences techniques en matière de sécurité de la construction.

8.2.3 Facteurs liés à la sécurité au travail

(1) Mesures de sécurité personnelle

L'implantation des équipements de distribution d'électricité de la centrale de stockage d'énergie doit être conforme aux procédures de sécurité applicables.

(2) Mesures de sécurité contre les chocs électriques

Afin de respecter les exigences de sécurité relatives au personnel et aux équipements pendant l'exploitation, la conception de la centrale de stockage d'énergie doit respecter les distances de sécurité requises pour les différents équipements électriques. Les enceintes des appareillages de commutation doivent être mises à la terre de manière fiable. Afin de garantir un fonctionnement sûr, les équipements électriques haute tension doivent être équipés de dispositifs de verrouillage anti-erreur complets, et ces dispositifs ne doivent pas être mis hors service de manière arbitraire.

(3) Valeurs d'intensité des champs électromagnétiques et mesures de protection du personnel

La centrale de stockage d'énergie doit être conforme aux normes sanitaires applicables en matière d'ondes électromagnétiques, et les valeurs d'intensité des champs électromagnétiques doivent être inférieures aux limites fixées par les normes nationales relatives à l'exposition professionnelle et à l'exposition du grand public.

9 Conditions de chantier et plan de transport des engins de gros gabarit

9.1 Plan général des travaux

9.1.1 Construction des fondations

Les fondations de ce projet sont peu profondes et ne comportent pas de fosses de fondation profondes. La fabrication des barres d'armature doit être réalisée conformément aux plans, en veillant à respecter l'épaisseur de la couche de protection de la couche inférieure de barres d'armature et en utilisant des entretoises pour garantir l'espacement entre les couches supérieure et inférieure de barres d'armature. Les intersections des barres d'armature doivent être solidement liées point par point, et tout desserrage causé par les travaux ultérieurs doit faire l'objet d'un nouveau liage.

La partie hors sol est réalisée selon un procédé de béton apparent. On utilise du béton prêt à l'emploi, et la construction est réalisée selon le procédé de coulage de béton en grand volume, avec une vibration minutieuse afin d'éviter tout défaut de qualité en surface.

9.1.2 Levage de matériel

(1) Choix de la grue

La grue doit être choisie en fonction d'une capacité de levage ne dépassant pas 90% de la capacité de levage nominale maximale d'une grue sur camion ou 70% de la capacité de levage nominale maximale d'une grue sur chenilles, avec un rayon de levage d'au moins 15 m. Les calculs préliminaires indiquent qu'une grue de 35 tonnes est nécessaire pour effectuer le levage.

(2) Plan de levage

Le levage et le transport s'effectueront par la route située à l'est de la zone de la gare. La séquence de levage se fera du nord vers le sud. Si une grue sur chenilles est utilisée, le véhicule de transport du matériel pourra être stationné sur la voie d'accès, et le matériel pourra être positionné et installé par la grue transportant la charge. Des planches de bois seront posées sur la chaussée afin de la protéger. Si une grue mobile est utilisée, des postes de levage pourront être mis en place dans les zones nord, centrale et sud, en fonction de la capacité de levage de la grue. Les véhicules de transport du matériel achemineront ensuite celui-ci vers les postes de levage les plus pratiques.