Quelles sont les pannes courantes qui se produisent lors de l'exploitation des équipements liés à la stockage d'énergie industriel et commercial?
En tant que partie importante du nouveau système énergétique, le fonctionnement stable des systèmes de stockage d'énergie commerciaux et industriels est directement lié à l'efficacité de l'utilisation de l'énergie et aux bénéfices économiques des entreprises. Avec la croissance rapide de la capacité installée des systèmes de stockage d'énergie commerciaux et industriels, le taux de défaillance des équipements est devenu un facteur clé affectant les rendements sur investissement. Selon les données du Conseil chinois de l'électricité, en 2023, la proportion des arrêts non planifiés des stations de stockage d'énergie a atteint plus de 57 %, et plus de 80 % d'entre eux ont été causés par des problèmes tels que des défauts d'équipement, des anomalies de système et une intégration extensive. Au cours de mes années de pratique sur le terrain dans le stockage d'énergie commercial et industriel, j'ai traité diverses pannes de systèmes. Maintenant, je vais analyser de manière systématique les types de pannes courantes, leurs causes et les solutions pour chaque sous-système des équipements de stockage d'énergie commerciaux et industriels afin de fournir des conseils pratiques pour l'exploitation et la maintenance du système.
1. Pannes courantes et analyse des causes des systèmes de batteries
Le système de batteries, en tant qu'unité centrale de stockage d'énergie du système de stockage, ses pannes affectent directement les performances globales du système.
1.1 Vieillissement des batteries
Le vieillissement des batteries est l'un des types de pannes les plus courants dans les systèmes de stockage d'énergie commerciaux et industriels, se manifestant principalement par une diminution de la durée de vie en cycles, une augmentation de la résistance interne et une diminution de la densité d'énergie. Dans mes enquêtes sur le terrain, selon les données de 2023, après un cycle de service de 2,5 ans, l'atténuation de la capacité des batteries au fer phosphate de lithium atteint 28 %, et celle des batteries au lithium ternaire atteint 41 %, dépassant largement les attentes de l'industrie. Cette atténuation est principalement causée par des facteurs tels que le vieillissement des matériaux de la batterie, les changements de structure des électrodes et la décomposition de l'électrolyte, entraînant une diminution de la capacité de stockage d'énergie de la batterie et une réduction de l'efficacité globale du système.
1.2 Départ thermique incontrôlé
Le départ thermique incontrôlé est le type de panne le plus dangereux dans le système de batteries. Une fois qu'il se produit, il peut entraîner un incendie ou même une explosion. Dans mon expérience de gestion des cas d'urgence, le départ thermique incontrôlé est généralement causé par des gradients de température anormaux. Lorsque la température interne de la batterie dépasse 120°C, une réaction en chaîne peut être déclenchée. Par exemple, dans un projet de stockage d'énergie commercial et industriel auquel j'ai participé, la différence de température du module de batterie a dépassé 15°C, déclenchant le mécanisme de protection BMS et provoquant l'arrêt du système. Les causes du départ thermique incontrôlé incluent la surcharge, la décharge excessive, le court-circuit externe, le micro-court-circuit interne et les dommages mécaniques. Parmi elles, l'incohérence à l'intérieur de la batterie est le principal facteur de risque.
1.3 Oxydation et corrosion des connecteurs de batteries
L'oxydation et la corrosion des connecteurs de batteries sont des pannes courantes mais souvent négligées dans les systèmes de stockage d'énergie commerciaux et industriels. Dans des environnements à forte humidité, que j'ai rencontrés de nombreuses fois dans des projets côtiers, les connecteurs de batteries sont susceptibles de s'oxyder, ce qui entraîne une augmentation de la résistance de contact, provoquant un surchauffe locale et un départ thermique incontrôlé. Par exemple, pendant le "retour de l'humidité du sud" en Guangdong, une grande quantité de condensation est apparue à l'intérieur de certains armoires de stockage d'énergie, provoquant l'oxydation des connecteurs et des arrêts fréquents du système. De plus, la fuite d'électrolyte et l'évolution de gaz à l'intérieur de la batterie sont également des pannes courantes, qui peuvent entraîner une dégradation des performances de la batterie et des risques de sécurité.
2. Pannes courantes et analyse des causes du Système de Gestion de Batteries (BMS)
Le BMS est le "cerveau" du système de stockage d'énergie, responsable de la surveillance, de la protection et de la gestion de l'état des batteries.
2.1 Pannes de communication
Les pannes de communication sont le problème le plus courant du BMS, représentant 34 % des pannes liées au BMS. Dans mon travail quotidien de débogage, les pannes de communication se manifestent principalement par l'incapacité du BMS à interagir normalement avec le système supérieur, ne pouvant pas transmettre les données d'état de la batterie ou recevoir des commandes de contrôle. Cela est généralement causé par des facteurs tels que les interférences du bus CAN, un mauvais contact des connecteurs et l'incompatibilité des protocoles. Par exemple, dans un projet de stockage d'énergie commercial et industriel, le protocole de communication entre le BMS et le PLC était incompatible, entraînant l'incapacité à exécuter correctement les commandes de charge et de décharge, et l'efficacité du système a diminué de plus de 20 %.
2.2 Écart d'estimation SOC/SOH
L'écart d'estimation SOC/SOH est une autre panne courante du BMS. Dans les projets auxquels j'ai participé, si l'erreur d'estimation SOC dépasse 8 %, cela causera une fin de charge trop tôt ou trop tard, affectant la durée de vie de la batterie et l'efficacité du système. L'écart d'estimation SOC est principalement causé par des facteurs tels que l'influence de la température, l'incohérence des batteries, la précision insuffisante des capteurs de courant et les défauts algorithmiques. Par exemple, dans un projet de stockage d'énergie dans un environnement à haute température, l'erreur d'estimation SOC du BMS était de 12 %, entraînant une utilisation incomplète de la batterie et affectant sérieusement le revenu.
2.3 Conflits de version de firmware et défauts logiciels
Les conflits de version de firmware et les défauts logiciels sont également des problèmes courants du BMS. Avec l'amélioration du niveau d'intelligence des systèmes de stockage d'énergie, la complexité logicielle augmente, et les vulnérabilités logicielles et les problèmes de compatibilité deviennent de plus en plus importants. Par exemple, la Tesla Model 3 a eu une situation où la version de firmware V12.7.1 du BMS était incompatible avec le système de contrôle, entraînant un chargement anormal pour 12 % des propriétaires de voitures. De plus, la dégradation de la précision des capteurs BMS et la collecte de données anormale sont également des pannes courantes, qui peuvent être causées par des facteurs tels que le vieillissement des capteurs, les interférences électromagnétiques et les problèmes de transmission de signaux.
3. Pannes courantes et analyse des causes du Système de Conversion de Puissance (PCS)
Le PCS est l'équipement central de conversion d'énergie électrique dans le système de stockage d'énergie, responsable de la conversion du courant continu en courant alternatif et vice versa.
3.1 Déclin d'efficacité
Le déclin d'efficacité est le problème le plus courant du PCS, se manifestant principalement par une diminution de l'efficacité de conversion en charge et en décharge. Dans les travaux de mesure réels que j'ai effectués, selon les données de test, l'efficacité moyenne de conversion en charge des PCS traditionnels à deux niveaux est de 95 % (au-dessus de 30 % de charge), et l'efficacité de conversion en décharge est de 96 % (au-dessus de 30 % de charge) ; tandis que le PCS utilisant des onduleurs triphasés de type T a une efficacité moyenne de conversion en charge de 95,5 % (au-dessus de 30 % de charge) et une efficacité de conversion en décharge de 96,5 % (au-dessus de 30 % de charge). Le déclin d'efficacité est généralement causé par des facteurs tels que le vieillissement des modules IGBT/MOSFET, une dissipation thermique insuffisante et des stratégies de contrôle inappropriées. Par exemple, dans un projet de stockage d'énergie commercial et industriel, le PCS a été opéré à haute température pendant une longue période, entraînant un vieillissement des modules IGBT, l'efficacité a baissé en dessous de 93 %, et le revenu du système a diminué de 15 %.
3.2 Échec de la protection contre la surcharge
L'échec de la protection contre la surcharge est une autre panne courante du PCS, qui peut entraîner des dommages aux équipements ou même un incendie. Dans les cas de traitement de pannes que j'ai expérimentés, l'échec de la protection contre la surcharge est généralement causé par des facteurs tels qu'une conception inappropriée du circuit de protection, une dégradation de la précision des capteurs et des erreurs de logique de contrôle. Par exemple, dans un projet de stockage d'énergie, le PCS n'a pas déclenché la protection contre la surcharge à temps lorsque la charge a augmenté brusquement, entraînant la combustion des condensateurs, le système a été hors service pendant 2 jours, et la perte a dépassé 100 000 yuans. De plus, les pannes d'onduleur, les harmoniques excessives et la tension/courant de sortie instables sont également des problèmes courants du PCS, qui peuvent être causés par des facteurs tels que le vieillissement des composants, une dissipation thermique insuffisante et des défauts d'algorithme de contrôle.
3.3 Insuffisance de la classe de protection contre la corrosion
L'insuffisance de la classe de protection contre la corrosion est une panne spéciale du PCS dans les systèmes de stockage d'énergie commerciaux et industriels, en particulier dans les zones côtières ou à forte humidité. Dans les projets auxquels j'ai participé en Guangdong, l'insuffisance de la classe de protection contre la corrosion entraîne la corrosion des cartes PCB, l'oxydation des bornes de câblage et la dégradation des performances des composants. Par exemple, dans un projet de stockage d'énergie commercial et industriel en Guangdong, en raison de l'insuffisance de la classe de protection contre la corrosion du PCS, pendant le "retour de l'humidité du sud", la carte PCB a été corrodée, entraînant des signaux anormaux sur plusieurs canaux et le système ne pouvait pas fonctionner normalement.
4. Pannes courantes et analyse des causes des systèmes de contrôle de température
Le système de contrôle de température est la clé pour assurer le fonctionnement sûr du système de stockage d'énergie, principalement divisé en schémas de refroidissement par air et par liquide.
4.1 Mauvaise dissipation thermique
La mauvaise dissipation thermique est le problème le plus courant du système de contrôle de température, qui peut entraîner une augmentation de la température de la batterie, une diminution de l'efficacité et une réduction de la durée de vie. Dans les projets de gestion thermique auxquels j'ai participé, selon les recherches, pour chaque augmentation de 10°C de la température de la batterie, sa durée de vie en cycles sera raccourcie d'environ 50 %. La mauvaise dissipation thermique est généralement causée par des facteurs tels que la salissure des radiateurs, les pannes de ventilateurs, la conception inappropriée des conduits d'air et la température ambiante élevée. Par exemple, dans un projet de stockage d'énergie commercial et industriel, en raison de la salissure des radiateurs, la température de la batterie a dépassé 45°C, déclenchant la protection BMS, l'efficacité du système a diminué de 18 %, et le revenu a diminué d'environ 80 000 yuans par an.
4.2 Fuite du système de refroidissement par liquide
La fuite du système de refroidissement par liquide est l'une des pannes les plus dangereuses du système de contrôle de température. La fuite ne provoque pas seulement une insuffisance de fluide de refroidissement et affecte l'effet de refroidissement, mais peut également entraîner un court-circuit de la batterie et des pannes électriques. Dans les travaux de maintenance des systèmes de refroidissement par liquide que j'ai effectués, la fuite du système de refroidissement par liquide est généralement causée par des facteurs tels que le vieillissement des joints, la rupture des tuyaux par vibration et le desserrage des connecteurs. Par exemple, dans un armoire de stockage d'énergie d'une station de réception de GNL, en raison du vieillissement des joints des tuyaux de refroidissement par liquide, une fuite de fluide de refroidissement s'est produite, une grande quantité de condensation est apparue à l'intérieur de l'armoire, et le système s'est arrêté fréquemment. Selon les données de test, la dureté des joints en PTFE augmente de 65 Shore D à température ambiante à 85 Shore D à -70°C, et le taux de rebond de compression diminue de 40 %, ce qui est la cause principale de la fuite.
4.3 Contrôle de température inégal
Le contrôle de température inégal est un problème courant dans les systèmes de refroidissement par liquide, qui peut entraîner une aggravation de l'incohérence interne de la batterie. Dans les projets de conception de systèmes de refroidissement par liquide auxquels j'ai participé, le contrôle de température inégal est généralement causé par des facteurs tels qu'une conception inappropriée des tuyaux de refroidissement par liquide, une distribution inégale du flux et des défauts d'algorithme de contrôle. Par exemple, dans un projet de stockage d'énergie commercial et industriel, la conception inappropriée des tuyaux de refroidissement par liquide a conduit à une différence de température de plus de 10°C dans la batterie, accélérant le vieillissement de la batterie et réduisant la durée de vie du système de 30 %.
5. Pannes courantes et analyse des causes du Système de Gestion d'Énergie (EMS)
L'EMS est le "commandant" du système de stockage d'énergie, responsable de l'optimisation de la stratégie d'exploitation du système et de la gestion de l'énergie.
5.1 Défauts d'algorithmes
Les défauts d'algorithmes sont le problème le plus courant de l'EMS, qui peuvent entraîner des stratégies de charge et de décharge non optimales et une réduction des revenus. Dans les projets d'optimisation de la gestion de l'énergie auxquels j'ai participé, par exemple, dans un projet de stockage d'énergie commercial et industriel, les défauts d'algorithmes de l'EMS ont empêché de prédire précisément le moment optimal de charge et de décharge lorsque les prix de l'électricité fluctuaient fréquemment, et le revenu annuel a diminué d'environ 15 %. Les défauts d'algorithmes sont généralement causés par des facteurs tels que des modèles imprécis, des données historiques insuffisantes et des paramètres de configuration inappropriés.
5.2 Interruption de communication
L'interruption de communication est une autre panne courante de l'EMS, qui peut empêcher le système de recevoir des commandes supérieures ou de télécharger des données d'exploitation. Dans les travaux de débogage de communication que j'ai effectués, l'interruption de communication est généralement causée par des facteurs tels qu'une incompatibilité de protocole, des interférences réseau et des pannes matérielles. Par exemple, dans un projet de stockage d'énergie commercial et industriel, le protocole de communication entre l'EMS et le système de dispatching de réseau électrique était incompatible. Lorsque les prix de l'électricité changeaient en temps réel, les stratégies de charge et de décharge ne pouvaient pas être ajustées à temps, entraînant une réduction de plus de 20 % des revenus d'arbitrage. De plus, les vulnérabilités de sécurité des données sont également des problèmes courants de l'EMS, qui peuvent entraîner des attaques sur le système ou des fuites de données. Selon les données de 2023, trois incidents de fuite de données liés aux attaques MOVEit figuraient parmi les dix premiers incidents de fuite de données, affectant plus d'un million de personnes.
Dans l'exploitation et la maintenance réelles des systèmes de stockage d'énergie commerciaux et industriels, nous, les praticiens sur le terrain, devons identifier avec précision ces types de pannes, comprendre profondément leurs causes, puis prendre des solutions ciblées. Seulement de cette façon, nous pouvons assurer le fonctionnement stable du système, améliorer l'efficacité de l'utilisation de l'énergie et aider les entreprises à réaliser de meilleurs bénéfices économiques tout en contribuant à la construction d'un nouveau système énergétique.
