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Étude de cas du projet | 10 kV | 5 MW / 10,3 MWh | Stockage d’énergie minier
Une électricité fiable est essentielle pour assurer la sécurité des exploitations minières de charbon. La ventilation, le drainage, le levage et les systèmes de surveillance de sécurité dépendent tous d’une alimentation électrique stable. Même les mines équipées de connexions réseau à double circuit peuvent faire face à des risques opérationnels importants si une panne du réseau en amont interrompt simultanément les deux sources d’alimentation.
Pour renforcer son approvisionnement en énergie d’urgence, FGI (WindSun Science & Technology Co., Ltd.) a déployé un système de stockage d’énergie en cascade haute tension de 10 kV, 5 MW / 10,3 MWh à la mine de charbon Zhifengshan à Huairen, Shanxi, Chine.
Le projet établit une couche supplémentaire de protection de l’alimentation électrique pour les charges minières critiques tout en permettant au même système de stockage d’énergie de supporter une installation solaire photovoltaïque distribuée de 10 MWp. Sa stratégie de fonctionnement est simple : l’alimentation d’urgence passe en premier, tandis que les économies énergétiques apportent une valeur supplémentaire lorsque les conditions de fonctionnement le permettent.
En combinant conversion d’énergie haute tension, stockage par batterie et surveillance intelligente, le projet démontre comment un système de stockage d’énergie minière peut renforcer la résilience de l’alimentation électrique tout en favorisant une gestion énergétique plus efficace.
Application :Alimentation d’urgence pour une mine de charbon
Emplacement :Mine de charbon Zhifengshan, Huairen, Shanxi, Chine
Tension système :10 kV
Puissance nominale :5 MW
Capacité énergétique de la batterie :10,3 MWh
Technologie des batteries :Phosphate de lithium-fer (LFP)
Intégration des énergies renouvelables :Photovoltaïque solaire distribué de 10 MWp
Technologie de base :Conversion de puissance en cascade haute tension
Fonctions supplémentaires :Réduction des pics et optimisation des coûts énergétiques, sous réserve des exigences de réserve d’urgence
Une coupure de courant dans une mine souterraine peut affecter simultanément plusieurs systèmes de sécurité critiques. Les ventilateurs principaux, les pompes de drainage, les équipements de levage et les systèmes de surveillance de sécurité doivent rester disponibles ou être restaurés dans les délais d’intervention d’urgence requis.
L’alimentation à double circuit offre un niveau de protection important. Cependant, une perte simultanée des deux sources externes causée par une défaillance du réseau en amont peut tout de même créer une urgence sérieuse.
Pour la mine de charbon de Zhifengshan, l’objectif était d’établir une source d’énergie supplémentaire capable de supporter des charges de sécurité critiques lors d’une coupure totale de courant externe.
Le FGI a conçu le système en fonction des besoins réels de charge de la mine, des caractéristiques de démarrage des équipements et des conditions d’exploitation d’urgence. Plutôt que de traiter le stockage d’énergie comme une installation conventionnelle de réduction des pics, le projet place la disponibilité d’énergie d’urgence au centre de la conception du système.
FGI a développé le système en fonction du profil de charge critique de la mine et des exigences pour la continuité de l’alimentation d’urgence.
D’après l’évaluation de la charge du projet, les charges de sécurité critiques désignées de la mine totalisent environ2 686 kW, couvrant la surveillance de la sécurité et l’éclairage d’urgence, la ventilation principale et les systèmes de drainage. Le système a été conçu pour supporter ces charges pendant au moins deux heures après une coupure de courant.
Le système combine un système de conversion en cascade de puissance haute tension (PCS) de 5 MW avec un système de batterie lithium-fer phosphate de 10,3 MWh.
La puissance nominale offre la capacité de répondre aux besoins de départ des équipements critiques, tandis que la capacité énergétique de la batterie est conçue pour soutenir la période d’urgence requise après avoir pris en compte les pertes de conversion et la profondeur de décharge prévue.
Le système est directement connecté au bus 10 kV de la mine via des équipements à haute tension, éliminant ainsi le besoin d’un transformateur supplémentaire entre le PCS et le bus de la mine. Cela réduit les étapes de conversion et les besoins en équipements associés.
La configuration résultante intègre la conversion d’énergie haute tension, le stockage par batterie, la protection et la surveillance dans une solution d’alimentation d’urgence coordonnée.
Le système utilise une topologie de conversion de puissance en cascade en H-bridge pour connecter directement le système de stockage d’énergie au réseau 10 kV.
En évitant un transformateur élévateur séparé puissance-fréquence, la configuration réduit les étapes intermédiaires de conversion et permet une architecture système plus compacte. Cela est particulièrement précieux dans les installations industrielles où l’espace d’installation, l’intégration électrique et l’accès à la maintenance doivent être pris en compte ensemble.
Le système de stockage d’énergie est conçu pour fournir une réponse rapide aux coupures de courant et soutenir un démarrage en blocage dans des conditions système appropriées.
Contrairement aux générateurs de secours conventionnels qui nécessitent un démarrage mécanique et une stabilisation, le stockage d’énergie par batterie peut répondre rapidement grâce à la conversion électronique de puissance. Avec des commandes appropriées, des dispositifs de commutation et un séquençage de charge appropriés, le système peut établir une alimentation électrique indépendante pour les charges critiques désignées.
Pour une mine de charbon, cette capacité aide à la restauration des équipements essentiels et à la maintenance des fonctions de sécurité critiques lors d’une panne de courant externe.
Le système supporte le fonctionnement hors réseau et peut assurer la régulation de la tension et de la fréquence pour les charges connectées, sous réserve de la stratégie de contrôle configurée et des conditions de fonctionnement du système.
Cette capacité est importante lorsque le réseau externe n’est pas disponible et que la mine doit dépendre d’une source d’alimentation indépendante pour fournir des équipements désignés.
La conception modulaire permet de configurer les unités de conversion d’énergie et les clusters de batteries selon les besoins du projet.
À mesure que la capacité de production ou la charge électrique d’une mine change, l’architecture du système peut soutenir la planification et l’expansion futures de la capacité, sous réserve des homologations des équipements et de la conception électrique globale.
Les fonctions intégrées de surveillance et de protection soutiennent la collecte des données opérationnelles, la surveillance de l’état des équipements, le diagnostic des pannes et les alertes de condition.
Les opérateurs peuvent surveiller la performance du système depuis un point de contrôle central et réagir plus efficacement à des conditions anormales. La surveillance à distance soutient également la gestion quotidienne du système de stockage et contribue à réduire le besoin d’inspections régulières sur site.
Le projet combine la protection d’urgence de l’alimentation avec une fonction supplémentaire de gestion de l’énergie.
Parallèlement à son rôle principal d’alimentation d’urgence, le système de batterie de 10,3 MWh fonctionne avec unInstallation solaire photovoltaïque distribuée de 10 MWppour améliorer l’utilisation de l’électricité produite localement.
Dans le cadre de l’accord d’autoconsommation approuvé, l’énergie solaire est priorisée pour la consommation sur site pendant les heures de jour. L’électricité excédentaire peut être stockée dans le système de batteries via la connexion de stockage 10 kV, l’énergie stockée étant déchargée à des moments appropriés pour réduire la consommation du réseau pendant les périodes de pointe.
Cette stratégie opérationnelle coordonnée peut aider la mine à :
Augmentation de la consommation d’électricité solaire sur site
Réduire les achats d’électricité pendant certaines périodes de pointe
Améliorer l’utilisation de sa production photovoltaïque distribuée
Réduire les coûts globaux de l’électricité, sous réserve de la structure tarifaire et des conditions d’exploitation applicables
Mieux exploiter l’atout de stockage d’énergie installé au-delà des périodes d’attente d’urgence
Le fonctionnement économique d’un système de stockage d’énergie d’urgence ne doit pas compromettre sa fonction de sécurité principale.
Pour ce projet, les exigences de réserve d’urgence passent avant l’optimisation énergétique de routine. La charge, la décharge et la planification de l’alimentation doivent être coordonnées avec l’état de charge requis, la capacité disponible des batteries, les dispositifs d’intervention d’urgence et les limites de fonctionnement.
Cette approche permet au système d’offrir des économies potentielles en énergie tout en préservant son rôle de couche supplémentaire de protection énergétique d’urgence.
Le système ajoute une source d’énergie d’urgence basée sur le stockage d’énergie à l’alimentation à double circuit existant de la mine. Il est conçu pour supporter des charges critiques lors de coupures externes sévères, contribuant ainsi à améliorer la résilience opérationnelle et la capacité de réponse aux urgences.
En coordonnant le stockage par batteries avec la production solaire PV distribuée et les tarifs d’électricité selon les temps d’utilisation, la mine peut utiliser l’énergie stockée de manière plus stratégique. Cela crée une opportunité de réduire les coûts d’électricité tout en améliorant l’utilisation des énergies renouvelables.
Les économies réelles dépendent des conditions tarifaires, de la disponibilité du système, des plannings d’exploitation et de la capacité qui doit rester réservée en cas d’urgence.
Le projet démontre comment le stockage d’énergie par batterie en cascade haute tension peut servir à la fois comme une application critique pour la sécurité et une stratégie plus large de gestion énergétique.
Pour les mines envisageant des mises à niveau d’urgence de l’énergie, la combinaison de secours à charge critique et d’intégration des énergies renouvelables constitue une référence pratique pour évaluer les systèmes de stockage qui répondent à la fois à la résilience opérationnelle et à l’efficacité énergétique.
FGI possède plus de trente ans d’expérience en électronique de puissance et en conversion d’énergie industrielle. Ses technologies de stockage d’énergie en cascade haute tension couvrent des applications en 6 kV, 10 kV et 35 kV.
Les solutions d’énergie d’urgence de FGI pour le stockage d’énergie ont également été déployées dans d’autres mines de charbon en Chine, notamment à Xinglongzhuang, Nantun, Tingnan et Wanfu. Ces applications apportent une expérience dans l’adaptation de la technologie de stockage d’énergie haute tension aux exigences exigeantes des systèmes miniers.
Le projet Zhifengshan étend cette expérience d’application via une configuration 10 kV, 5 MW / 10,3 MWh combinant alimentation d’urgence avec gestion solaire photovoltaïque.
Le projet de la mine de charbon de Zhifengshan illustre une approche pratique pour améliorer l’alimentation électrique d’urgence grâce au stockage d’énergie par batterie en cascade à haute tension.
Avec un système de conversion de puissance de 5 MW, une capacité de batterie LFP de 10,3 MWh, une connexion directe au bus de la mine de 10 kV et un fonctionnement coordonné avec 10 MWp de photovoltaïque solaire distribuée, l’installation répond à deux objectifs importants :protégeant les charges critiques des mines lors de pannes de courant externes et créant des opportunités pour une utilisation plus efficace de l’énergie pendant le fonctionnement normal.
Pour les mines de charbon souhaitant renforcer la protection énergétique d’urgence tout en améliorant l’efficacité énergétique et l’utilisation des énergies renouvelables, FGI propose des solutions d’électronique de puissance orientées applications et de stockage d’énergie adaptées aux besoins d’exploitation industrielle.
Vous cherchez un système de stockage d’énergie haute tension pour une alimentation d’urgence dans l’extraction ? Contactez FGI pour discuter des charges critiques de votre mine, de l’état du réseau et des exigences du projet.
