L'hybridation: une stratégie disruptive pour l'énergie

La configuration de base des systèmes d'alimentation électrique pour les applications industrielles, commerciales et résidentielles a peu changé depuis des décennies. Aujourd’hui, les nouvelles technologies disruptives - hybridation et conversion de puissance - sont sur le point d’apporter de grands changements. Et il y aura des avantages importants pour ceux qui l'adoptent.

L’énergie est chère et tout indique que les coûts de l’énergie continueront à augmenter dans l’avenir. Il n’est donc pas étonnant que les entreprises consacrent de plus en plus d’efforts à la recherche de moyens de contrôler et, idéalement, de réduire leurs dépenses énergétiques. L'approche évidente consiste à améliorer l'efficacité de leurs processus afin qu'ils consomment moins d'énergie. Cette approche est logique et louable, en particulier parce qu’elle contribue à la protection de l’environnement, mais elle est également limitée. Inévitablement, on atteindra un point où aucune augmentation supplémentaire de l'efficacité énergétique d'un processus ne sera réellement possible.

S’il n’est pas possible de réduire la quantité d’énergie utilisée, la seule option pour réduire les factures d’énergie est de trouver de l’énergie à un prix inférieur. Disons tout de suite que les services publics d’énergie ont peu de chances d’obliger - du moins pas directement - une solution plus créative est donc nécessaire.

Et cette solution est l'hybridation.

Mais qu'est-ce que l’hybridation ? Dans ce contexte, sa signification la plus générale est un système électrique ayant accès à deux sources d’énergie indépendantes ou plus. Dans cette définition, le mot indépendant est important. Un système électrique pouvant prendre l’alimentation du réseau ainsi que, par exemple, une installation de panneaux solaires est donc un système hybride.

C’est en fait un très bon exemple. L’ajout d’une source d’énergie renouvelable, telle que l’énergie solaire, à un système électrique industriel ou commercial peut générer des économies de coûts utiles, mais si le stockage de l’énergie - le plus souvent sous forme de batterie - s’ajoute, l’hybridation pourrait permettre d’économiser encore plus, en plus de rendre le système d’alimentation beaucoup plus polyvalent.

En règle générale, les solutions d'alimentation hybrides sont utilisées dans des applications « derrière le compteur », comme en témoigne le traitement de pointe. Il est évident que le système d’alimentation d’une usine doit être conçu de manière à pouvoir alimenter en toute sécurité la charge maximale de l’usine. Cependant, il est fort probable que cette demande de puissance maximale soit intermittente - quelques heures par semaine seulement. Ce qui signifie que la plupart du temps, les transformateurs de puissance alimentant l’installation fonctionnent bien en deçà de leur capacité.

Considérons maintenant une usine avec un système d'alimentation hybride intégrant le stockage d'énergie. Les transformateurs de puissance très coûteux peuvent désormais être conçus pour supporter la charge moyenne plutôt que la charge de pointe, la batterie étant appelée pour compenser la différence pendant les périodes de charge maximale. C'est le pic shaving ou écrêtage, et cela a un autre gros avantage.

De nombreuses fournitures industrielles et commerciales sont facturées sur la base d'un tarif de « demande maximale», ce qui signifie que le fournisseur d’énergie facture à l'utilisateur d'énergie non seulement la quantité d'énergie qu'il consomme, mais également l’abonnement lié à la charge maximale  puissance souscrite. Ce supplément est malvenu mais justifiable, car fournisseur d’énergie doit être capable de faire face à la demande de pointe, même si cela se produit rarement. Le Peak shaving permet donc aux utilisateurs d'énergie de limiter leurs besoins en énergie maximum du réseau en fournissant une partie de leurs besoins énergétiques de pointe à partir de leurs batteries. Cela se traduit directement par une charge de demande maximale réduite.

L’écrêtage, décrit ci-dessus n’est en réalité qu’un des nombreux avantages offerts par les systèmes d’alimentation hybrides à stockage d’énergie. Une autre option intéressante consiste à utiliser des batteries pour stocker l’énergie du système d’alimentation lorsque le prix est bas et à la libérer à ces moments, généralement entre 16h00 et 19h00, lorsque les prix de l’énergie sont les plus élevés. Ceci peut permettre de réduire les factures d'énergie de manière très significative. Une autre possibilité offerte par certains systèmes électriques hybrides est la capacité de générer de la puissance réactive à la demande. Cette fonctionnalité peut être utilisée pour améliorer le facteur de puissance d’un site et ainsi économiser de l’énergie et de l’argent.

Pour les systèmes électriques qui incluent des sources d'énergie intermittentes, telles que l'énergie solaire et éolienne, les systèmes d'alimentation hybrides offrent d'énormes avantages et une empreinte carbone réduite. L'hybridation permet une utilisation des sources d'énergie renouvelables dans le mix énergétique en compensant les variations de puissance des sources renouvelables intermittentes - aux dépens des sources émettrices de carbone telles que les centrales au charbon et au gaz. En équilibrant l'offre et la demande d'énergie, on évite les fluctuations de tension et de fréquence et offre une excellente qualité de tension aux consommateurs.

Un système d'alimentation hybride avec stockage d'énergie peut réduire les dépenses en équipements tels que les transformateurs et économiser sur les coûts d'énergie en réduisant au maximum la demande, l’amélioration du facteur de puissance et la réduction de la consommation d’énergie de pointe, mais elle peut aussi faire plus : les batteries peuvent continuer à alimenter l’usine en cas de défaillance de l’approvisionnement du réseau principal. Dans de tels cas, le système hybride fonctionne efficacement comme une alimentation sans coupure (UPS) et peut, dans certains cas, éliminer le besoin d'une installation séparée pour alimenter des charges critiques ou sensibles.

Une autre option précieuse offerte par les systèmes d'alimentation hybrides est la possibilité de réintroduire dans les réseaux l'énergie des batteries, des panneaux solaires ou d'autres sources d'énergie locales.

La mise en œuvre?

La réalité est que tout est facilement disponible.

Les batteries utilisées pour le stockage d'énergie ont considérablement évolué ces dernières années. La technologie lithium-ion est actuellement le choix le plus prisé, notamment pour les applications à réponse rapide et à court terme. Elon Musk a construit et mis en service une batterie de ce type de 100 MW en Australie, mais la plupart des utilisateurs de systèmes d'alimentation hybrides auront des besoins beaucoup plus modestes ou plus longs. Ces utilisateurs peuvent trouver que leurs besoins sont satisfaits par des piles de types différents - par exemple, des piles à décharge pouvant fonctionner pendant quatre heures au maximum.

Cependant, les batteries et certaines sources d’énergie renouvelables telles que les panneaux solaires produisent de l’alimentation en courant continu, alors que le réseau national et presque tous les systèmes d’alimentation industriels et commerciaux ont besoin de l’alimentation en courant alternatif. Heureusement, encore une fois, la solution est facilement disponible, même si cela peut paraître surprenant au premier abord: il faut utiliser des onduleurs standard, qui sont probablement plus connus sous la forme de variateurs de vitesse. Sous leur allure de variateur de vitesse, les onduleurs prennent le courant alternatif à la fréquence d'alimentation, le convertissent en courant continu (DC-Link), puis reconvertissent le courant continu en courant alternatif à la fréquence nécessaire au contrôle du moteur.

Toutefois, le circuit intermédiaire ne se soucie pas de la provenance de l'énergie, il peut donc également être alimenté par une batterie ou un panneau solaire et convertira le courant continu en courant alternatif à une fréquence qui peut être adaptée et synchronisée avec l'alimentation. la grille. Les onduleurs utilisés dans les applications de systèmes d'alimentation hybrides sont entièrement bidirectionnels. Ils peuvent également tirer le courant du réseau et l'utiliser pour recharger les batteries.

À première vue, il peut sembler que le convertisseur dédié aux applications hybrides diffère quelque peu de celui utilisé dans les variateurs de vitesse, mais il s’avère que ce n’est pas nécessairement le cas. Les convertisseurs Danfoss pour systèmes d'alimentation hybrides utilisent exactement le même matériel que les applications à variateur de vitesse, bien que le logiciel embarqué soit, comme on pouvait s'y attendre, conçu pour offrir des fonctionnalités différentes. C’est un avantage considérable, car cela signifie que les applications hybrides bénéficient de produits qui ont été rigoureusement testés et éprouvés dans des milliers d'applications de variateurs de vitesse à travers le monde.

Cela ne signifie toutefois pas que concevoir et mettre en œuvre un système d'alimentation hybride fiable et efficace consiste simplement à acheter certains composants standard et à suivre les instructions d'installation! L'expertise est nécessaire pour mettre en place un système optimisé et quiconque envisage d'investir dans l'alimentation hybride est bien avisé de rechercher des fournisseurs possédant une expertise éprouvée dans ce domaine technologique relativement nouveau. Danfoss est un tel fournisseur et propose des solutions hybrides conformes aux grid-codes internationaux, une exigence essentielle pour toute solution hybride connectée au réseau électrique. Les équipements Danfoss font déjà leurs preuves et permettent de réaliser d’importantes économies sur des centaines de systèmes d’alimentation hybrides et smartgrids.

Les systèmes d'alimentation hybride intégrés dans les smartgrids sont radicalement différents de ceux qui l'ont été auparavant et, comme nous l'avons vu, ils peuvent offrir des avantages énormes en termes de réduction des coûts et de réduction de l'impact environnemental.

En fait, les avantages de l'hybridation sont si importants qu'il ne serait pas exagéré d'affirmer que, dans un avenir pas si lointain, les systèmes d'alimentation hybrides seront prédominants. Mais il n’est pas nécessaire d’attendre! Vous pouvez dès maintenant bénéficier de l'hybridation, alors pourquoi ne pas lancer le processus aujourd'hui en contactant un expert en technologie des onduleurs de premier plan possédant une expertise éprouvée en matière d'hybridation?