Cet article est le deuxième d'unesérie de sept articles publiés sur le site et consacrés aux systèmes de stockage de l'énergie. Nous y examinons les questions que nous devons poser, les hypothèses que nous devons valider et les éléments que nous devons surveiller pour garantir le succès du déploiement de cette nouvelle classe d'actifs importante.

Sur , l'article de la semaine dernière sur le stockage de l'énergie, nous avons discuté des types d'informations dont les responsables des opérations et de la gestion des actifs ont besoin pour gérer avec succès la performance opérationnelle de cette nouvelle catégorie d'actifs. L'article de cette semaine se concentre sur les lacunes en matière d'information auxquelles les opérateurs sont confrontés lorsqu'ils exploitent et entretiennent des systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) et sur ce qui peut être fait pour combler ces lacunes.

Je tiens à remercier Michael Eyman, Josh Corbitt de Origis Services et Ken Kim de Origis Energy pour leur expertise et leur contribution à la rédaction de cet article. Origis est un leader dans l'exploitation et la maintenance de systèmes solaires et de stockage d'énergie dans toute l'Amérique du Nord.

QUELLES SONT LES EXIGENCES EN MATIÈRE D'ENTRETIEN DU BESS ?

Il n'est pas surprenant qu'il y ait peu d'informations publiées sur les exigences de maintenance de la classe d'actifs BESS et que les normes industrielles commencent à peine à émerger. Les systèmes de stockage d'énergie sont une catégorie d'actifs relativement nouvelle, et l'industrie est très dépendante des fabricants d'équipements d'origine (OEM) pour les informations relatives aux tâches et aux fréquences d'entretien requises.

Étant donné que cette catégorie d'actifs a très peu d'antécédents d'exploitation, les équipementiers doivent faire appel à leur jugement technique, à des essais de durée de vie accélérés et à des outils de fiabilité tels que l'analyse de Weibull pour prédire la durée de vie et les taux de défaillance des équipements. L'inconvénient de toutes ces méthodes est qu'elles sont basées sur des modèles physiques et statistiques, et non sur des résultats d'exploitation réels. En outre, les équipementiers sont exposés au risque de garantie des équipements, qui peut inclure des dommages-intérêts, et ils ont donc tendance à utiliser des hypothèses prudentes sur la portée et la fréquence des travaux de maintenance.

Avec autant d'inconnues opérationnelles, les fabricants et les intégrateurs de systèmes proposent aux opérateurs des exigences de maintenance très différentes pour une technologie essentiellement identique.

VARIATIONS DU CHAMP D'APPLICATION DE LA MAINTENANCE

Les opérateurs de BESS signalent que l'étendue des services de maintenance et les exigences du manuel de maintenance des OEM varient considérablement pour la catégorie d'actifs des BESS lithium-ion. Et ce, même si les systèmes de stockage d'énergie par batterie sont essentiellement constitués des six éléments de base suivants :

1. Le boîtier et le système de gestion thermique
2. Les modules de batterie
3. Le système de gestion de la batterie (BMS)
4. Le système de gestion de l'énergie (SGE)
5. Le système de conditionnement d'énergie (PCS)
6. Le système de détection et d'extinction des incendies

Il convient de noter que certains systèmes de stockage sont fournis avec des systèmes de détection de gaz ; toutefois, si du gaz est détecté dans le système, l'emballement thermique peut déjà s'être produit, de sorte que l'on peut s'interroger sur la valeur réelle de ces systèmes.

Étant donné la similitude des équipements pour tous les BESS, on pourrait penser que les exigences en matière de maintenance des équipementiers et des intégrateurs de systèmes sont similaires. Ce n'est pas le cas. Certains équipementiers/intégrateurs exigent des inspections et des tâches de maintenance semestrielles, d'autres des inspections et des tâches de maintenance annuelles. Certains autorisent les opérateurs à effectuer des réparations dans le cadre de la garantie ; d'autres se réservent ce travail. Certains affirment que peu d'entretien est nécessaire, d'autres que de nombreuses tâches doivent être effectuées.

Les activités typiques de maintenance des BESS sont les suivantes

• Inspection des composants et des systèmes
• Entretien du système de gestion thermique, y compris le remplacement/nettoyage des filtres s'il ne s'agit pas d'un système refroidi par liquide
• Tests annuels de capacité et d'efficacité
• Balayages thermiques
• Inspection et entretien du convertisseur
• Remplacement des pièces
• Mises à jour du micrologiciel

Les opérateurs du secteur de l'énergie solaire sont particulièrement bien adaptés à la maintenance des BESS car de nombreuses tâches sont similaires à celles de la maintenance des équipements d'énergie solaire. Lors des discussions avec les opérateurs, les questions les plus importantes qu'ils se posent sur le champ d'application sont les suivantes :

1. Quelles sont les tâches et les intervalles d'entretien réels nécessaires ?
2. Peuvent-ils être synchronisés avec les fréquences de maintenance de l'énergie solaire ou éolienne pour les systèmes hybrides ?
3. Peut-on passer d'un programme de maintenance basé sur le calendrier à un programme de maintenance basé sur l'état ?

La réponse à toutes ces questions provient de l'expérience et des données d'exploitation réelles. Pour passer d'une maintenance arbitraire et inefficace basée sur un calendrier à une maintenance basée sur l'état réel de l'équipement, les analyses des systèmes de surveillance devront être compilées pour obtenir des calendriers et des programmes de maintenance plus économiques.

LES VARIATIONS DES COÛTS D'ENTRETIEN

Outre les divergences au niveau du champ d'application, les opérateurs ont également signalé que les propositions soumises par les fournisseurs de BESS contenaient de grandes différences de prix pour des besoins de maintenance essentiellement identiques. Les variations de prix étaient très variables, allant parfois jusqu'à 100 % pour un service apparemment identique.

Bien que les prix du marché pour la maintenance des BESS représentent environ 3 à 5 % par an du coût total du projet, il est difficile d'avoir une idée précise des coûts réels d'exploitation et de maintenance. Certains intégrateurs affectent les coûts d'augmentation périodique de la puissance à une catégorie distincte, d'autres les incluent en partie ou en totalité dans les coûts d'exploitation du projet (OPEX).

La raison de la grande variation des prix O&M semble être due non seulement à l'incertitude concernant ce que coûtent réellement l'exploitation et la maintenance d'un système de stockage d'énergie, mais aussi à la "stratégie de tarification" des vendeurs. En déplaçant les coûts des CAPEX vers les OPEX et les coûts d'augmentation de l'énergie à long terme, les vendeurs peuvent faire en sorte que leurs coûts d'installation paraissent plus compétitifs. À l'instar de l'industrie solaire et éolienne, une mesure du coût de l'énergie nivelé (LCOE) du stockage de l'énergie est nécessaire pour fournir une véritable comparaison des coûts du cycle de vie des projets.

Quels sont donc les coûts réels d'exploitation d'un BESS ? Comme pour ses prédécesseurs éoliens et solaires, le coût réel de l'exploitation et de la maintenance du stockage de l'énergie ne sera connu que lorsque la classe d'actifs aura atteint sa maturité, que les problèmes de mortalité infantile auront été résolus par les fabricants, que les régulateurs auront envoyé des signaux clairs sur ce qui constitue un fonctionnement sûr et fiable et que les données d'exploitation historiques auront révélé toute l'histoire.

Si les projets éoliens et solaires sont de bons indicateurs, les prévisions initiales des développeurs sont optimistes. Il y aura une ou deux hausses pour atteindre les objectifs de sécurité et de fiabilité, puis les coûts se stabiliseront et refléteront les coûts de fabrication des systèmes de stockage. Ce que les propriétaires et les exploitants peuvent faire maintenant, c'est suivre attentivement les coûts réels de la main-d'œuvre, des matériaux et du réapprovisionnement des batteries à l'aide d'un bon système de bons de travail, puis réintégrer ces données historiques dans les modèles de performance au fur et à mesure que de meilleures données informent l'industrie.

QUELS SONT LES BESOINS OPÉRATIONNELS DU BESS ?

Si les pratiques de maintenance des BESS sont simples, les exigences opérationnelles de cette catégorie d'actifs sont tout sauf simples. En fait, par rapport à un système d'énergie solaire typique, les systèmes de stockage d'énergie sont complexes sur le plan opérationnel et les risques sont nombreux si les fonctions d'exploitation d'un système de stockage ne sont pas gérées correctement.

Les exigences opérationnelles des BESS se répartissent en cinq catégories :

1. Suivi de la garantie et des garanties de performance
2. Suivi des performances et des opérations quotidiennes
3. Tests périodiques de capacité et d'efficacité
4. Répondre aux urgences du système, et
5. Envoi de l'unité sur le marché

Chacune de ces activités implique la collecte, le traitement et l'analyse d'importants volumes de données d'exploitation. Bien que l'on puisse en dire autant de n'importe quelle catégorie d'actifs de production d'énergie, l'actif BESS présente de nouveaux défis pour les opérateurs, qu'il convient de comprendre et de gérer. La gestion de la garantie des actifs BESS fait peser la charge de la preuve d'un fonctionnement conforme aux spécifications de la garantie sur le propriétaire et, par conséquent, indirectement sur l'agent d'exploitation et de maintenance du propriétaire, l'opérateur.

Passons en revue les exigences en matière de gestion de la garantie d'un système de stockage par batterie typique.

COMMENT GÉRER LES GARANTIES ?

Les garanties standard de l'industrie pour les batteries lithium-ion comprennent une couverture de deux ans pour les défauts de performance et de produit. La durée des garanties dépend du profil de risque du propriétaire de l'actif et de ses partenaires financiers.

Dans certains cas, les garanties prolongées sont associées à des garanties de performance ou à une nécessité de garanties de performance. Les garanties prolongées et les garanties de performance de 10 ans sont souvent suffisantes pour les institutions financières pour les fournisseurs de batteries de niveau 1 qui ont fait leurs preuves. Pour les autres, une couverture à terme - si la société mère a un bilan important - ou une assurance sera nécessaire pour le financement.

La meilleure façon d'utiliser les garanties et les garanties de performance qui les accompagnent doit être soigneusement étudiée, compte tenu de la rapidité des améliorations technologiques et des réductions de prix des batteries. La plupart des fournisseurs de batteries étendent désormais leurs garanties au-delà de 10 ans. Mais ces garanties sont spécifiques au cas d'utilisation.

Par exemple, les vendeurs de batteries garantissent généralement leurs batteries jusqu'à 60 % de leur capacité d'origine. Le temps nécessaire pour que la batterie se dégrade jusqu'à 60 % de sa capacité d'origine dépend de la manière dont elle est utilisée. Tant que la capacité de la batterie reste supérieure à 60 %, la plupart des fabricants de batteries la garantissent jusqu'à 20 ans.

Les promoteurs, les propriétaires et les financiers auront probablement une vision différente de la meilleure façon d'utiliser les garanties de performance en fonction de leur tolérance au risque. Est-il préférable de payer les garanties (assurance) à l'avance, d'utiliser une partie de cet argent dans un fonds de réserve de garantie, ou de se passer de l'assurance supplémentaire pendant la durée de vie du projet ? Seul l'avenir nous le dira, mais je soupçonne que certains grands propriétaires prendront le risque supplémentaire sur leur bilan et renonceront à payer les extensions de garantie.

Les garanties de performance des BESS (ou garanties) créent un tout nouvel ensemble d'exigences en matière de surveillance et de collecte de données pour l'opérateur, qui dépasse les exigences de la classe d'actifs de l'énergie solaire et éolienne. Les garanties de performance des BESS incluent généralement la garantie de la capacité et de la disponibilité à long terme du système et peuvent également inclure la production d'énergie du système, le taux de dégradation et l'efficacité de l'aller-retour.

Toutefois, contrairement à un système d'énergie solaire classique, dont le régime d'exploitation a peu d'impact sur le maintien de la garantie, la garantie du système de stockage par batterie s'accompagne d'un ensemble de paramètres d'exploitation stricts que l'exploitant doit respecter.

L'"enveloppe de fonctionnement" de la garantie fixe généralement des limites à la température de fonctionnement du système, à l'état de charge, au taux de charge/décharge (taux C) et aux cycles (charges/décharges par mois et/ou par an). Il incombe à l'exploitant de démontrer, données à l'appui, que ces paramètres de fonctionnement ne sont jamais dépassés. Les fabricants exigent des opérateurs qu'ils collectent et conservent les données de fonctionnement comme preuve, avec une fréquence d'échantillonnage d'au moins toutes les 15 minutes, pendant toute la durée du contrat. S'ils n'y parviennent pas, les conditions de garantie peuvent être violées et la garantie annulée, ce qui expose le propriétaire à des risques.

Le problème de l'administration de la garantie est encore compliqué par le fait que l'opérateur n'est généralement pas responsable de la répartition de l'unité. Le dispatching du BESS (programmation de la charge, de la décharge, du taux de rampe et du cycle de la batterie) relève de la responsabilité du coordinateur de programmation (SC), qui est souvent le gestionnaire d'actifs, le producteur ou une entité de programmation qualifiée (QSE)^tierce partie.

La collecte, le traitement, l'analyse, le stockage et la coordination des données avec le CS sont essentiels pour éviter d'annuler la garantie et de compromettre sérieusement la durée de vie économique de l'actif. La gestion de la garantie et la préparation des demandes de garantie par l'opérateur pour la catégorie d'actifs des BESS est sans doute plus compliquée que pour tous les autres actifs de la catégorie d'actifs des énergies renouvelables.

RÉSUMÉ

La classe d'actifs des BESS introduit un tout nouvel ensemble d'exigences en matière de collecte de données, de surveillance, d'exploitation et d'administration de la garantie que les opérateurs doivent gérer. Nous pensons que les opérateurs de systèmes de stockage d'énergie doivent être dotés d'un nouvel ensemble de compétences, de données et d'outils d'information pour gérer efficacement et réduire les risques de cette catégorie d'actifs. Sans la fourniture et l'utilisation en temps utile de ces informations essentielles, le risque de sous-performance du projet est élevé.

Dans le prochain article sur l'O&M des BESS, nous discuterons avec les opérateurs des types d'outils et d'informations qu'ils demandent pour les aider à gérer les performances à long terme de cette nouvelle génération de systèmes de stockage d'énergie. Les articles 4 et 5 se concentreront sur des besoins similaires pour le gestionnaire d'actifs des BESS.

Comme toujours, vos commentaires sont appréciés.

• Steve Hanawalt est vice-président exécutif et fondateur de Power Factors, LLC, shanawalt@pfdrive.com.
• Michael Eyman est directeur général d'Origis Services, Michael.Eyman@origisservices.com
• Josh Corbitt est directeur du développement commercial, Origis Services, Josh.Corbitt@origisservices.com
• Ken Kim est responsable de la technologie et de l'achat d'équipement, Origis Energy, Kenneth.Kim@origisenergy.com

Steve Hanawalt est vice-président exécutif et fondateur de Power Factors. Pour plus d'articles comme celui-ci, suivez-le sur LinkedIn ou consultez le reste de notre blog.