Les questions-réponses ci-dessous réunissent Kelly Pickerel, rédacteur en chef de Solar Power World, et Robert Johnson, vice-président mondial des solutions commerciales chez Power Factors, , sur le thème de l'exploitation et de la maintenance des projets de stockage d'énergie à l'échelle de l'entreprise. Une version abrégée de cet article a été publiée dans Solar Power World le 15 avril 2024.
Les opérations et la maintenance (O&M) d'un projet solaire à l'échelle de l'entreprise sont en grande partie évidentes : nettoyer les panneaux solaires, surveiller l'état des onduleurs, entretenir le terrain et vérifier l'usure des mécanismes de suivi. La maintenance des grandes installations de systèmes de stockage d'énergie par batteries au lithium (BESS) requiert un ensemble de compétences différent, bien qu'elles soient largement indépendantes et ne nécessitent pas d'entretien lié aux conditions météorologiques. Mais cela ne signifie pas qu'il n'y a rien à surveiller, car les projets de BESS génèrent en fait une énorme quantité de données. Les gestionnaires d'actifs peuvent aider les propriétaires de portefeuilles à passer au crible ces montagnes de données pour s'assurer que les batteries fonctionnent au maximum de leurs capacités.
L'éditeur de logiciels Power Factors optimise les portefeuilles de projets de ses clients grâce à des produits axés sur les données. Le produit Unity Asset Performance Management de la société aide les propriétaires et les opérateurs de projets BESS à effectuer les tâches d'exploitation et de maintenance, améliorant ainsi le temps de fonctionnement et le rendement. Solar Power World s'est entretenu avec Robert Johnson, vice-président mondial des solutions commerciales chez Power Factors, au sujet du travail du gestionnaire d'actifs dans le domaine des BESS.
Les activités de maintenance se répartissent en deux grandes catégories : la maintenance corrective, qui consiste à réparer quelque chose qui est déjà cassé, et la maintenance préventive, qui consiste à prendre soin de quelque chose de manière proactive afin de réduire la probabilité qu'il se casse à un moment donné dans le futur.
La maintenance corrective comprend des activités telles que le remplacement des modules BESS défectueux (les composants qui englobent un ensemble de cellules), des racks BESS (les composants qui englobent un ensemble de modules), des onduleurs ou des composants d'onduleurs, des composants de l'équilibre du système (BOS) tels que les systèmes CVC et les disjoncteurs des panneaux de distribution, ou des composants liés à la sécurité et à la protection contre les incendies.
La maintenance préventive comprend des activités telles que le remplacement des filtres, le remplissage des systèmes de refroidissement liquide, l'étalonnage des capteurs, le remplacement des modules qui indiquent une dégradation excessive, la vérification des systèmes d'extinction d'incendie, le recalibrage des estimations SOC, et bien plus encore.
Mais la capacité à réaliser ces activités de manière efficace repose sur une solide stratégie d'exploitation et de maintenance (O&M), ainsi que sur les données et les outils sous-jacents permettant de mettre en œuvre cette stratégie.
L'acquisition des données est essentielle, et ce n'est pas toujours facile. Les systèmes BESS impliquent une grande quantité de données et, dans certains cas, peuvent représenter un changement radical par rapport au volume de données provenant de classes d'actifs plus familières telles que le solaire et l'éolien. Et souvent, les intégrateurs et les équipementiers sont réticents à les partager, ou ils peuvent limiter ce qui est partagé. Il est essentiel que les propriétaires, les exploitants et les fournisseurs de services d'exploitation et de maintenance comprennent l'importance de ces données et élaborent une stratégie pour en garantir l'accès dès le départ. Cela signifie qu'il faut connaître la capacité de son réseau à transmettre ces données en continu, disposer des bonnes passerelles de communication pour les collecter et des bons systèmes en amont pour les traiter, les stocker et les récupérer. Power Factors vous aide dans tous ces domaines.
Outre une stratégie de gestion des données BESS, il est tout aussi important de comprendre la répartition des responsabilités, des incitations et des obligations contractuelles entre une longue liste de parties prenantes : Propriétaires, opérateurs, fournisseurs O&M (y compris sur le terrain), intégrateurs BESS, OEM, entités de programmation qualifiées (QSE), opérateurs de systèmes indépendants (ISO), optimiseurs d'offres, opérateurs de transmission (TO), fournisseurs d'analyses, et autres. Il peut être très difficile de distinguer les interactions complexes et les responsabilités qui se chevauchent entre ces parties prenantes, et ces relations et responsabilités peuvent changer selon les différents modèles et contextes d'exploitation.
Une fois que vous avez maîtrisé vos données et établi une répartition claire des responsabilités, la meilleure stratégie consiste à développer une capacité à prévoir les défaillances du système afin d'y remédier de manière proactive avant qu'elles ne se produisent. Cela permet d'éviter les coûteux roulements de camions et les incidents liés aux temps d'arrêt, qui réduisent les revenus et peuvent donner lieu à des dommages-intérêts forfaitaires en fonction des accords contractuels sous-jacents.
L'alerte prédictive est essentielle pour prévoir les défaillances du système. Dans cette optique, Power Factors fournit une bibliothèque croissante d'alertes et d'événements de détection précoce des défaillances (EFD). Par exemple, nous détectons les défaillances imminentes du système de refroidissement, ce qui permet aux opérateurs d'intervenir bien avant qu'une dégradation ou un dommage important ne se produise.
Récemment, l'un de nos clients a envoyé un technicien sur le terrain après avoir reçu un événement EFD de panne de refroidissement. Lorsqu'il est arrivé sur place, il a découvert que le système de refroidissement liquide n'avait pas été remis en service après une récente opération de maintenance. Heureusement, il a pu remettre le système en service avant qu'il ne soit endommagé et a évité le coûteux casse-tête d'un litige sur la responsabilité de la mésaventure.
Pour commencer, il peut être utile de donner quelques informations sur Power Factors et ses clients. Nos clients sont généralement des propriétaires, des opérateurs et des fournisseurs de services de portefeuilles d'actifs d'énergie renouvelable. Ces portefeuilles connaissent souvent une croissance rapide et comprennent généralement un mélange d'énergie solaire, de stockage, d'énergie éolienne, d'hydroélectricité et bientôt d'hydrogène à l'échelle de l'entreprise.
Power Factors aide ses clients à améliorer l'exploitation de ces actifs grâce à une famille de produits spécifiques à un domaine, construits sur notre plateforme technologique Unity . Ces produits couvrent les domaines de la gestion des actifs, de l'ingénierie des performances et de la fiabilité, des opérations à distance et en temps réel, de la gestion et de la surveillance des finances et de la conformité, de la gestion et de la surveillance des services sur le terrain, et des opérations de marché. Nous fournissons une base de données commune pour ces fonctions interdépendantes. Cette colonne vertébrale comprend un modèle d'actif commun, des métadonnées, le nommage des signaux et des API pour l'interopérabilité entre les applications.
Il existe un grand nombre d'équipementiers et d'intégrateurs BESS, chacun ayant sa propre façon de présenter et de modéliser les données. Avec notre produit Unity Asset Performance Management (APM), nous adoptons une approche indépendante des équipementiers et nous normalisons et contextualisons ces données hétérogènes afin que nos utilisateurs puissent faire des comparaisons d'une pomme à l'autre dans leur portefeuille d'actifs. La simplification qui en résulte les aide à optimiser leurs stratégies d'exploitation et de maintenance, ce qui améliore le temps de fonctionnement et le rendement, réduit les dépenses d'exploitation et, en fin de compte, augmente les revenus et les bénéfices.
Les clients de Power Factors ont environ 5 GWh d'actifs BESS fonctionnant globalement sur nos plateformes aujourd'hui, avec 7 GWh supplémentaires en construction ou en phase avancée de développement.
Notre processus commence par l'acquisition des données. Nous obtenons des données du système de gestion des batteries (BMS) fourni par les intégrateurs de BESS, ainsi que des contrôleurs de centrales électriques (PPC) et des systèmes de contrôle de surveillance et d'acquisition de données (SCADA). Nous acquérons des données à partir de systèmes utilisant des passerelles de communication, qui sont généralement déployées sur site. Cependant, nous pouvons également acquérir des données à partir de sites à distance via un réseau sécurisé. Nous pouvons également acquérir et échanger des données avec d'autres agrégateurs centraux de données via des API.
Dans de nombreux cas, Power Factors est le fournisseur du PPC et du SCADA, ce qui simplifie grandement le processus d'intégration des données. Nous disposons d'une famille de solutions comprenant nos produits Unity PPC, Unity SCADA et Unity EMS pour les actifs solaires, éoliens et de stockage. Nous proposons également des services clés en main complets, qui comprennent l'ingénierie, la fabrication des panneaux, la construction EPC et l'assistance à la mise en service.
À partir du BMS, nous obtenons les mesures des capteurs de température, de tension et de courant au niveau de la branche, ainsi que tous les codes d'erreur et de défaut numériques. Nous pouvons également lire ces données directement à partir d'équipements tels que les onduleurs, les compteurs et les relais. Nous utilisons ensuite toutes ces données pour déterminer si les systèmes fonctionnent selon leurs paramètres nominaux. Si ce n'est pas le cas, notre système de gestion des événements génère des informations importantes qui permettent de répondre à des questions telles que :
Bon, peut-être pas le dernier... mais au moins vous continuez à lire.
Il est facile de comprendre l'importance de ce type d'information. Si vous n'exploitez qu'un seul grand BESS ou si vous n'avez que quelques sites avec le même OEM, vous pouvez probablement vous contenter d'utiliser le BMS ou le système de gestion de l'énergie (EMS) pour vos besoins de surveillance. Mais dès que vous avez quelques systèmes ou plus, et surtout s'ils impliquent différents équipementiers et intégrateurs, la gestion du torrent d'informations est décourageante, sans parler de la tentative de construire et de maintenir une stratégie cohérente d'exploitation et de maintenance.
Comme nous parlerons un peu plus tard des systèmes de refroidissement, commençons par là. Il est essentiel de connaître l'état et la santé du système de refroidissement, car la température est un facteur très important pour la santé d'une batterie. Plus il y a de relevés analogiques et de codes numériques liés à la température, mieux c'est.
Tout comme la santé du système de refroidissement, le déséquilibre des cellules est également particulièrement important en raison de son impact négatif sur les performances du système. Ces déséquilibres sont généralement le résultat de variations de la qualité de fabrication ou d'impacts de température dus à des défauts de conception du système de gestion thermique, qui entraînent une distribution déséquilibrée de l'énergie sur le bus CC partagé et peuvent rapidement faire chuter les performances des branches adjacentes. Pour ces diagnostics, il est nécessaire d'effectuer des mesures basées sur des capteurs au niveau des branches à partir du système de gestion des bâtiments.
L'état de charge (SOC) mérite également une mention spéciale. L'état de charge indique la capacité d'une batterie à se décharger, et pour les batteries lithium-fer-phosphate (LFP), qui sont prédominantes aujourd'hui, il peut être notoirement difficile de l'estimer. Power Factors fournit des diagnostics avancés qui aident les opérateurs à comprendre la précision des estimations SOC du BMS natif et nous espérons pouvoir bientôt fournir des estimations SOC plus précises que celles fournies par le BMS lui-même.
Parmi les autres indicateurs importants du système figurent l'état de santé (SOH), l'état de charge (SOC), l'efficacité de l'aller-retour (RTE), le nombre de cycles (combien de fois la batterie s'est chargée et déchargée) et la profondeur de décharge (DOD - profondeur de la décharge de la batterie).
Tout d'abord, il est utile d'avoir une vision intégrée des performances des actifs solaires et de stockage, ce qui n'est pas toujours le cas. Rappelons le rôle du BMS. Le BMS n'est "conscient" que de son champ d'application, à savoir les composants du BESS. Il faut toujours un système d'agrégation au-dessus du BMS et des systèmes SCADA solaires. Unity APM fournit cette couche d'agrégation au-dessus des deux et inclut des outils pour les données de tendance, les KPI, la gestion des événements, les tableaux de bord, les rapports, et plus encore.
La façon dont un opérateur ou un gestionnaire d'actifs réagit à une panne sur un site hybride, qu'il s'agisse d'un onduleur solaire, d'un onduleur de batterie ou d'un convertisseur DC-DC dans le cas de systèmes couplés DC, dépend de son modèle d'exploitation et de ses objectifs de revenus pour le site. Les permutations sont trop nombreuses pour être abordées ici, mais vous trouverez une excellente distillation du sujet dans un livre blanc rédigé par l'un des cofondateurs de Power Factors et vétéran de l'industrie, Steve Hanawalt : ASingle Pane of Glass : Une plateforme APM évolutive et prête pour l'avenir pour BESS.
Quel que soit le cas, l'opérateur utilisera généralement les systèmes SCADA et/ou PPC pour compenser en utilisant les autres onduleurs/convertisseurs non défaillants jusqu'à ce qu'il puisse effectuer les réparations. Les Unity PPC de Power Factors sont conçus pour effectuer automatiquement cette compensation pour les équipements défaillants tout en alertant les opérateurs du problème. Dans certains cas, l'opérateur peut avoir à utiliser le système SCADA local pour intervenir en entrant manuellement les points de consigne de l'onduleur, ce qui, vous pouvez l'imaginer, est une activité difficile à maintenir dans le temps.
Dans les deux cas, il s'agit d'atteindre les objectifs de production fixés pour le site, qu'il s'agisse de services auxiliaires, d'offres à l'avance ou intrajournalières, ou d'une combinaison des deux.
La différence la plus importante entre l'exploitation d'un BESS en Arizona et à New York est probablement la différence de profil météorologique. L'Arizona est généralement plus chaude que New York pendant la majeure partie de l'année, tandis que New York connaît beaucoup plus de neige et de froid que l'Arizona.
Pour les sites situés en Arizona, les opérateurs peuvent se concentrer davantage sur les signatures de défaillance liées à des conditions de température élevée, puis ajuster leurs seuils d'alarme en conséquence. Il se peut que les systèmes refroidis par liquide soient plus nombreux que ceux refroidis par air parce qu'ils sont plus efficaces ; ils disposeront donc d'une télémétrie spécifique à ces systèmes. Ils peuvent aussi être plus préoccupés par la poussière, et donc avoir un régime de remplacement des filtres plus fréquent.
À New York, ils se préparent probablement à des conditions de froid intense, voire à des ouragans ou à des inondations. Ils peuvent être particulièrement intéressés par la télémétrie et les prévisions des fournisseurs de données météorologiques spécialisés, qu'ils peuvent voir dans notre interface utilisateur grâce à nos intégrations avec ces services de données tiers.
Il est important de noter ici que de nombreux BESS ont des obligations de service, telles que des accords de capacité de réserve, qui les obligent à soutenir le réseau précisément lorsque ces événements météorologiques extrêmes se produisent, de sorte que les propriétaires et les opérateurs doivent être particulièrement préparés. C'est aussi une autre raison pour laquelle il est si important d'avoir confiance dans vos niveaux de SOC en fonction des défis d'estimation de SOC que j'ai mentionnés plus tôt.
En outre, la plupart des revenus des actifs BESS proviennent d'une fraction seulement des jours de l'année. Il est essentiel pour un propriétaire/exploitant de savoir quels jours sont susceptibles d'être concernés et de planifier la maintenance en conséquence. Cette planification sera différente entre l'Arizona et New York en raison des différences de marché et de dynamique météorologique.
La dernière chose que je dirai à ce sujet - du point de vue de la maintenance, le vrai travail commence des semaines et des mois à l'avance en veillant à ce que tous les composants sous-jacents du système soient maintenus en bon état de fonctionnement et à ce que vos équipes soient formées à chaque éventualité qui pourrait se produire. Comme l'a dit Benjamin Franklin, "Ne pas se préparer, c'est se préparer à échouer".
Je ne vois pas de changements radicaux dans le suivi de l'exploitation et de la maintenance avec la prévalence accrue des technologies de refroidissement par liquide, du moins du point de vue des données. Cependant, certaines stratégies de maintenance pourraient changer, comme la fréquence d'entretien de composants spécifiques et les procédures et équipements nécessaires pour effectuer le travail.
En ce qui concerne les autres développements de la technologie des batteries susceptibles de modifier la surveillance O&M, je pense que nous allons assister à une maturation rapide des capacités prédictives tirant parti des big data, de l'apprentissage automatique (ML) et des techniques d'IA pour améliorer notre compréhension des opérations BESS. Par exemple, nous comprendrons mieux l'interaction complexe entre les profils d'exploitation (par exemple, la fréquence et la profondeur des cycles des systèmes) et la dégradation des systèmes. Les systèmes experts d'IA fourniront rapidement des recommandations sur les mesures à prendre, quand et à qui les notifier.
Les informations fournies par ces systèmes permettront non seulement d'établir des profils d'exploitation plus rentables, mais aussi d'améliorer les stratégies d'augmentation (le processus de remplacement des modules BESS et/ou des racks lorsqu'ils atteignent un certain niveau de dégradation). La plupart de ces données aideront également les développeurs à améliorer la conception de leurs BESS et à déterminer des emplacements plus optimaux pour leurs systèmes.
Nous fournissons des capacités basées sur l'IA, telles que nos événements de détection précoce des défauts et nos estimations améliorées du SOC, par le biais de notre produit appelé Unity AI Insights, qui est un complément à Unity APM. Nous voyons également un énorme potentiel pour l'IA dans la fermeture de la boucle entre ces connaissances et les contrôles BESS.
Les actions de contrôle automatisées peuvent prendre la forme de choses telles que l'optimisation du recalibrage du SOC, que nous fournissons déjà aux clients aujourd'hui, la réinitialisation automatique des onduleurs dans des conditions de défaut spécifiques, ou l'exécution de profils de charge/décharge qui ont été optimisés grâce à une compréhension sophistiquée des interactions entre les signaux du marché (tels que les prix nodaux LMP), les modèles météorologiques, les données historiques de performance des actifs, et plus encore.
Nous pensons que les propriétaires qui exploiteront ces capacités bénéficieront d'un avantage concurrentiel certain, mais il est encore tôt. Franchement, cela ressemble un peu à l'industrie solaire d'il y a une dizaine d'années, lorsque tout le monde essayait de trouver les meilleurs moyens de modéliser les performances photovoltaïques, mais avec une touche d'IA moderne (et peut-être un parfum un peu plus dystopique dans l'air).
Quoi qu'il en soit, le marché est encombré d'un grand nombre de personnes très intelligentes qui font des choses très intelligentes et nous sommes ravis d'être dans le lot. C'est l'une des raisons pour lesquelles Power Factors a fait des investissements importants en R&D et des acquisitions technologiques stratégiques. Nous voulons nous situer à l'intersection du big data, de l'IA et des contrôles en fournissant la meilleure plateforme de données et de contrôles d'entreprise au monde pour les énergies renouvelables.
Nous contribuons à accélérer la grande transition énergétique et nous considérons l'émergence de technologies BESS à coût compétitif comme l'un des catalyseurs les plus importants rendant cette accélération possible.
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