Solution Diesel-PV Intégration de systèmes photovoltaïques dans des réseaux diesel
INGETEAM Solution Diesel-PV Évolution du prix du diesel et des systèmes PV Champ PV Diesel 2002 2013 2020 Solution Diesel-PV Intégration de systèmes photovoltaïques dans des réseaux diesel La génération d énergie à partie de générateurs diesel joue un rôle primordial pour beaucoup de compagnies industrielles et de communautés rurales à travers le monde, notamment dans les régions isolées où les infrastructures de réseau sont inexistantes. Les générateurs permettent de créer facilement des réseaux isolés avec un investissement initial modéré. Néanmoins, ces applications présentent plusieurs inconvénients. D abord, le réseau créé est complètement dépendant du diesel, une source d énergie rare et non renouvelable. Ensuite, l énergie produite est chère en raison des prix élevés du pétrole et des difficultés d approvisionnement et de stockage du carburant. Enfin, les systèmes diesel sont confrontés à des hausses de prix répétées et à des coûts opérationnels élevés OPEX directement associés à l utilisation du fuel. Qui plus est, les émissions de CO 2 augmentent aussi avec l utilisation des générateurs. Un élément qui doit être pris en compte, non seulement comme une exigence morale du point de vue de l environnement, mais aussi parce qu il peut comporter des sanctions gouvernementales qui pourraient avoir des répercussions sur les coûts opérationnels. Grâce à la chute progressive des prix des systèmes photovoltaïques ces dernières années, il est actuellement possible de produire une énergie à un coût plus compétitif par rapport au fuel. Dans les régions à fort rayonnement solaire et où le prix du fuel est élevé, les systèmes PV peuvent être amortis en moins de quatre ans. Ajoutons que les centrales PV requièrent peu de maintenance et peuvent être configurées en fonction de demandes énergétiques concrètes. De plus, les encore, les installations photovoltaïques n émettent pas de CO 2. L intégration de systèmes PV sur des réseaux diesel offre aux grandes industries et aux communautés rurales un moyen pour faire des économies de combustible et leur assure un approvisionnement en énergie stable. Cela est possible grâce à l incorporation au réseau diesel des onduleurs photovoltaïques INGECON SUN et de la Solution Diesel-PV d Ingeteam. L utilisation de systèmes PV réduit l énergie produite par les générateurs et par conséquent, la consommation de combustible. Les enjeux de l intégration Diesel-PV : Garantir un niveau minimum de charge pour les générateurs, afin d assurer une durée de vie maximale du moteur. Protéger contre un flux de puissance inverse en cas de déconnexion totale des charges. Assurer la stabilité de la production face à des variations de rayonnement dues aux passages nuageux. LCOE en systèmes diesel LCOE en systèmes PV / kwh 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 CapEx PV = 2 1,5 /Wp (> MW); OpEx PV = 1,5% annuel; Degradation : 0,4 annuel; Ratio de rendement = 0,85; CapEx diesel = 0,3 /W (> 1 MW); O&M = 3% annuel; Coût du diesel : prix actuel + 3% annuel; Intérêt de l emprunt = 6,4% à 12 ans Période : 20 ans / l / kwh 0,45 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500 Heures Solaires Crête 2,00 /Wp 1,50 /Wp
Génération diesel + PV 400 Puissance (kw) 350 300 250 200 150 100 PV 27% 50 0 0:00 1:30 3:00 4:30 6:00 7:30 9:00 10:30 12:00 15:00 18:00 19:30 21:00 22:30 00:00 Gen 73% Gen 1 = 400 kw PV Un système évolutif capable de répondre aux besoins de chaque projet Le contrôleur Diesel-PV d Ingeteam surveille les flux de puissance du système et administre la puissance photovoltaïque injectée dans le réseau diesel afin de garantir la stabilité du système. Il est ainsi possible d atteindre un taux de pénétration photovoltaïque de 70% de la capacité diesel totale. Les systèmes diesel peuvent être classés en deux types, suivant le fonctionnement des générateurs : systèmes diesel à fonctionnement continu et systèmes diesel fonctionnant à la demande. Le premier type repose sur un ou plusieurs générateurs fonctionnant en permanence, indépendamment du niveau de charge. Le deuxième présente un contrôleur externe qui sélectionne le nombre de générateurs en fonctionnement suivant la demande des charges. Ingeteam a développé différentes solutions pour chaque type de système qui peuvent être facilement implantées dans les nouveaux systèmes diesel comme dans ceux déjà existants. Systèmes diesel à fonctionnement continu Générateur unique Générateurs multiples 400 400 350 350 Puissance (kw) 300 250 200 150 100 Puissance (kw) 300 250 200 150 100 50 50 0 0 0:00 1:30 3:00 4:30 6:00 7:30 9:00 10:30 12:00 15:00 18:00 19:30 21:00 22:30 00:00 0:00 1:30 3:00 4:30 6:00 7:30 9:00 10:30 12:00 15:00 18:00 19:30 21:00 22:30 00:00 Gen 1 = 400 kw Gen 1 = 200 kw Gen 2 = 200 kw Systèmes diesel fonctionnant à la demande Générateurs multiples 400 350 Puissance (kw) 300 250 200 150 100 50 0 0:00 1:30 3:00 4:30 6:00 7:30 9:00 10:30 12:00 15:00 18:00 19:30 21:00 22:30 00:00 Gen 1 = 200 kw Gen 2 = 200 kw
Ingecon EMS Manager Systèmes diesel à fonctionnement continu Schéma avec INGECON EMS Manager INGECON EMS Manager DC Champ PV INGECON SUN Charges Générateur diesel Wattmètre Mode de fonctionnement Dans les situations où un ou plusieurs générateurs fonctionnent en permanence pour satisfaire la demande d énergie, le gestionnaire INGECON EMS Manager peut se charger du contrôle des onduleurs photovoltaïques. Les onduleurs PV injectent du courant dans le réseau diesel, le groupe électrogène les détectant comme une réduction de charge. L INGECON EMS Manager contrôle la production d énergie des onduleurs solaires suivant l énergie demandée par les charges. Il travaille aussi comme centre de communication, en permettant d accéder à distance à toute l information importante du système. Composants de la Solution Diesel PV : Onduleurs photovoltaïques INGECON SUN. INGECON EMS Manager. Wattmètre. Prestations du système : Charge minimum du générateur. Il garantit que le générateur ne fonctionne pas en-dessous d un niveau de charge minimum, afin d assurer un fonctionnement correct. Protection de puissance inverse. Il empêche tout flux de puissance de l onduleur vers le générateur, en cas de déconnexion totale des charges. Stabilité contre les variations de rayonnement. Sur les systèmes diesel à fonctionnement continu, la stabilité contre les variations de rayonnement est garantie grâce à la réserve tournante du générateur, pré-dimensionné pour la charge maximale possible. Surveillance. L installation peut être surveillée à travers le logiciel INGECON EMS Tools. Un datalogger interne permet par ailleurs de stocker plus de 30 jours de données historiques. Contrôle des charges. L INGECON EMS Manager permet la connexion de charges lorsque le niveau de charge du générateur est bas et qu il y a un excédent de production photovoltaïque.
Systèmes diesel fonctionnant à la demande Schéma avec INGECON EMS Plant Controller INGECON EMS Plant Controller SCADA DC Champ PV INGECON SUN Charges Générateur diesel 1 Contrôleur Diesel (M / E)* Générateur diesel n * Il n est pas fournit par Ingeteam. Mode de fonctionnement Dans les situations où un contrôleur externe détermine le nombre de générateurs en fonctionnement, l INGE- CON EMS Plant Controller garantit l intégration correcte de l installation photovoltaïque dans le réseau diesel. Les onduleurs photovoltaïques injectent du courant dans le réseau diesel et sont détectés par les générateurs comme une réduction de charge. L IN- GECON EMS Plant Controller surveille les groupes électrogènes, en sachant à tout moment lesquels sont en fonctionnement et leur niveau de charge. Cette information est utilisée pour déterminer la puissance maximale que peuvent fournir les onduleurs, afin de garantir la stabilité du système (par exemple en cas de nébulosités variables). La surveillance des générateurs peut être opérée par l unité Power Meter ou à travers une entrée Ethernet Modbus / TCP, directement depuis le générateur (si celui-ci en est équipé). L ensemble du système peut être surveillé via SCADA ou à travers un logiciel dédié. L INGECON EMS Plant Conttroller présente un algorithme d auto-apprentissage pour maximiser l énergie PV injectée et minimiser le nombre de connexions et déconnexions des générateurs. Composants de la Solution Diesel PV : Onduleurs photovoltaïques INGECON SUN. INGECON EMS Plant Controller (PLC, switch de communications, alimentation et protections). Unité Power Meter (wattmètre, switch de communications, alimentation et protections). Prestations du système : Charge minimum du générateur. Il garantit que le générateur ne fonctionne pas en-dessous d un niveau de charge minimum, afin d assurer un fonctionnement correct. Protection de puissance inverse. Il empêche tout flux de puissance de l onduleur vers le générateur, en cas de déconnexion totale des charges. Stabilité contre les variations de rayonnement. Sur les systèmes diesel à fonctionnement continu, la stabilité contre les variations de rayonnement est garantie grâce à la réserve tournante du générateur, pré-dimensionné pour la charge maximale possible. Surveillance. L installation peut être surveillée à travers le logiciel INGECON EMS Tools. Un datalogger interne permet par ailleurs de stocker plus de 30 jours de données historiques. Puissance réactive de renfort. Depuis les onduleurs, il est possible d injecter de la puissance réactive dans les installations qui requièrent une consommation de puissance réactive élevée.
Systèmes diesel fonctionnant à la demande Schéma avec INGECON EMS Plant Controller et stockage d énergie SCADA INGECON EMS Plant Controller DC Champ PV INGECON SUN Charges DC Batteries INGECON SUN STORAGE Optionnel Réseau public Générateur diesel 1 Contrôleur Diesel (M / E)* Générateur diesel N * Il n est pas fournit par Ingeteam.
Un banc de batteries offre de multiples avantages L inclusion d un système de stockage d énergie permet d augmenter le taux de pénétration photovoltaïque. Dans ce cas, la réserve tournante n est pas nécessaire pour absorber les variations de rayonnement de la centrale, puisque les batteries fournissent la puissance nécessaire si la production photovoltaïque décroit comme conséquence d un passage nuageux. Autre avantage : ce type de systèmes ne requiert pas la mesure de la puissance fournie par les générateurs. Il suffit de mesurer la puissance consommée par les charges. Puissance de sortie régulée Énergie photovoltaïque disponible Mode de fonctionnement Les onduleurs photovoltaïques injectent du courant dans le réseau diesel et sont détectés par les générateurs comme une réduction de charge. L INGECON EMS Plant Controller surveille les charges et détermine la puissance PV maximale susceptible d être injectée dans le réseau diesel. En outre, en cas de passages nuageux et en union avec les onduleurs pour batteries INGECON SUN STO- RAGE PowerMax, l INGECON EMS Plant Controller réduit la puissance de sortie en fonction d une pente de rampe préétablie qui permet au contrôleur externe des groupes de faire démarrer les générateurs nécessaires. Dans ces installations, le système de stockage doit fournir l énergie nécessaire au démarrage des générateurs. L ensemble du système peut être surveillé via SCADA ou à travers un logiciel dédié. L INGECON EMS Plant Conttroller présente un algorithme d auto-apprentis- sage pour maximiser l énergie PV injectée et minimiser le nombre de connexions et déconnexions des générateurs. Composants de la Solution Diesel-PV : Onduleurs photovoltaïques INGECON SUN. Onduleurs pour batteries INGECON SUN STORAGE PowerMax. INGECON EMS Plant Controller (PLC, switch de communications, alimentation et protections). Unité Power Meter (wattmètre, switch de communications, alimentation et protections). Prestations du système : Charge minimum du générateur. Il garantit que le générateur ne fonctionne pas en-dessous d un niveau de charge minimum, afin d assurer un fonctionnement correct. Protection de puissance inverse. Il empêche tout flux de puissance de l onduleur vers le générateur, en cas de déconnexion totale des charges. Stabilité contre les variations de rayonnement. Sur les systèmes diesel à fonctionnement continu, la stabilité contre les variations de rayonnement est garantie grâce à la réserve tournante du générateur, dimensionné au préalable pour la charge maximale possible. Surveillance. L installation peut être surveillée à travers le logiciel INGECON EMS Tools. Un datalogger interne permet par ailleurs de stocker plus de 30 jours de données historiques. Puissance réactive de renfort. Depuis les onduleurs, il est possible d injecter de la puissance réactive dans les installations qui requièrent une consommation de puissance réactive élevée. EN OPTION Gestion du flux de puissance du réseau public (si celui-ci est disponible).
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