Réseaux faibles et pannes fréquentes : définir la profondeur de décharge des stations de base africaines

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22 août 2017

Lorsque la disponibilité du réseau passe de 99 % à 60 %, une batterie cesse d'être en veille flottante et commence à fonctionner quotidiennement. Les batteries spécifiées dans les hypothèses UPS tombent en panne dans les dix-huit mois au Nigeria, en Afrique du Sud, au Ghana et en Tanzanie – le problème réside dans l'hypothèse de service, pas dans le produit. Cet article quantifie la profondeur de décharge par rapport à la durée de vie et donne un tableau des facteurs de capacité en fonction de la disponibilité du réseau.

Une batterie, deux tâches complètement différentes

Les districts commerciaux de Lagos, les provinces d'Afrique du Sud pendant les délestages, le Ghana pendant sa période de gestion de charge « dumsor », les banlieues urbaines de Tanzanie et d'Ouganda, et les villes de l'ouest du Kenya sont tous confrontés à la même réalité du réseau : l'électricité ne tombe pas en panne de temps en temps, elle tombe en panne plusieurs fois par jour pendant plusieurs heures d'affilée. Cela ressemble à une question de fréquence, mais cela remplace tout le mode de fonctionnement de la batterie. Là où la disponibilité est de 99 %, une batterie se décharge moins de dix fois par an et reste flottante ; la durée de vie est régie par la corrosion de la grille et une durée de vie nominale de douze ans est en réalité de douze ans. Lorsque la disponibilité est de 60 %, la batterie effectue un ou deux cycles complets chaque jour – plus de 500 par an – et sa durée de vie est régie par le nombre de cycles. La durée de vie d'un même produit peut différer de plus de cinq fois entre les deux fonctions. Pourtant, les spécifications d'approvisionnement ne mentionnent généralement que « quatre heures de sauvegarde », sans aucune mention des cycles, et cette omission est exactement la raison pour laquelle les batteries meurent au bout de dix-huit mois.

La relation quantitative entre le DOD et la vie

L’effet de la profondeur de décharge sur la durée de vie est fortement non linéaire et ne consiste pas simplement à utiliser moins pour durer plus longtemps. Pour l'AGM conventionnel, 30 % de DOD peuvent donner environ 1 200 cycles, 50 % environ 600, 80 % seulement environ 300 et 100 % moins de 200. En d'autres termes, augmenter le DOD de 50 % à 80 % augmente l'énergie par décharge de 60 % mais réduit de moitié le nombre de cycles, de sorte que le débit total sur la durée de vie - cycles multipliés par l'énergie par cycle - diminue en fait. Cette courbe explique pourquoi « l’utiliser plus profondément » est une illusion : elle permet simplement d’acheter des remplacements plus tôt. La bonne approche consiste à trouver le DOD qui maximise le débit sur toute la durée de vie, généralement entre 50 % et 70 %, sous réserve d'une contrainte importante : le temps de recharge après une décharge profonde. Là où le réseau n’est présent que quelques heures par jour, une décharge à 80 % nécessite plus de dix heures pour se recharger complètement, le lendemain peut ne pas la compléter, et la batterie reste chroniquement sous-chargée avec une sulfatation accélérée – ce qui est le véritable tueur.

Pourquoi les « quatre heures de sauvegarde » échouent en Afrique

Quatre heures de sauvegarde représentent un chiffre de capacité, pas un chiffre de durée de vie, et elles échouent en cas de service sur réseau faible sur trois chemins. Premièrement, le nombre de cycles est entièrement ignoré : quatre heures de sauvegarde impliquent environ 50 à 60 % de DOD, donc à raison d'un cycle par jour et de 365 par an, un AGM conventionnel évalué à 600 cycles est épuisé en une vingtaine de mois, soit presque exactement les dix-huit mois observés sur le terrain. Deuxièmement, la fenêtre de chargement est insuffisante : une chaîne dimensionnée pour quatre heures de charge se charge généralement à seulement 0,1 °C, donc passer de 50 % à 100 % prend plus de dix heures, alors que le réseau n'est présent que quatre à six heures par jour ; la batterie n’atteint jamais sa pleine charge et vit en permanence dans le PSoC. Troisièmement, la chaleur aggrave la situation : de nombreux sites africains fonctionnent entre 35°C et 45°C, et la durée de vie est encore une fois réduite à ces températures. Empilez les trois et vous obtenez dix-huit mois. Une spécification doit donc indiquer trois éléments ensemble : le nombre de cycles cible, la fenêtre de chargement disponible et la température ambiante du site.

Facteurs de capacité par disponibilité du réseau

Voici un tableau que vous pouvez utiliser directement. Le principe est que la capacité est dimensionnée en fonction du déficit énergétique journalier et non en fonction des heures de secours. Au-dessus d'une disponibilité de 95 %, le service est en veille flottante : dimensionnez la charge en fonction des temps de panne uniques les plus longs, maintenez le DOD à moins de 50 % et la série de terminaux avant standard est suffisante. Entre 80 % et 95 %, avec environ une panne de deux à quatre heures par jour, appliquez un facteur de cyclage de 1,2 en plus des heures de secours et préférez une série de cycles profonds (FTC, 100-170 Ah, évalué à 1 500 cycles ou plus). Entre 50 % et 80 %, la batterie est le moteur principal du cycle quotidien : appliquez un facteur de 1,5 à 1,8 et passez au plomb-carbone (LLC, 300-1 000 Ah, durée de vie quatre à cinq fois en PSoC) ou LiFePO4 (SDA10, décharge continue 1C). En dessous de 50 %, le site est effectivement hors réseau : taille pour un cycle complet par jour plus trois jours d’autonomie par temps couvert, ce qui signifie passer directement à une conception hybride solaire – l’ajout d’une batterie seul n’est pas économique.

Un arbre de décision de sélection

Condensez l’analyse en quatre étapes qu’un ingénieur de site peut suivre. Première étape, disponibilité du réseau : au-dessus de 95 %, optez pour la série standard de bornes avant 12 V (6-FMX, 50 - 200 Ah, durée de vie de douze ans) au coût le plus bas ; 80 % à 95 %, prenez un cycle profond (FTC) ou un gel (6-XFMJ, durée de vie nominale de quinze ans, tolérant la chaleur avec une faible perte d'eau) ; 50 % à 80 %, prenez le plomb-carbone (LLC, durée de vie nominale de vingt ans, acceptation de charge 30 % meilleure, de sorte que la fenêtre de charge limitée est réellement utilisée) ; en dessous de 50 %, passez à l’hybride solaire et dimensionnez la batterie pour le cyclisme quotidien. Deuxième étape, fenêtre de recharge : là où la présence du réseau est inférieure à six heures par jour, l'acceptation de la charge domine et le plomb-carbone ou le lithium battent les AGM conventionnels. Troisième étape, température ambiante : au dessus de 45°C de manière persistante, privilégier le plomb-carbone ou une série haute température ; là où la température est contrôlée, l’avantage volumétrique du lithium peut être utilisé. Quatrième étape, durée de vie restante : un site avec moins de cinq ans de bail n'a pas besoin d'une technologie de vingt ans : choisissez l'option conforme la moins chère pour la durée restante. Après quatre étapes, il y a peu de place à la discussion.

Cinq éléments obligatoires dans le cahier des charges

En cas de service sur réseau faible, la spécification doit indiquer le service, pas seulement la capacité. Cinq éléments sont obligatoires, et en omettre un vous ramène au cycle d’échec de dix-huit mois. Premièrement, la disponibilité du réseau en pourcentage, avec la période de reporting indiquée – mensuelle ou annuelle, puisque les deux produisent des chiffres très différents – et cet élément décide à lui seul si la batterie flotte ou fait des cycles. Deuxièmement, la durée de panne unique la plus longue et les pannes moyennes par jour, indiquées séparément : la première détermine la capacité, la seconde détermine la durée de vie, et la plupart des spécifications ne capturent que la première. Troisièmement, une fenêtre de facturation disponible par jour, qui définit les exigences d'acceptation de la facturation ; en dessous de six heures, la technologie de charge rapide est obligatoire, sinon la batterie n'atteint jamais sa pleine charge. Quatrièmement, la plage de température du site, indiquée à l'intérieur des armoires plutôt qu'à l'extérieur, avec le pic estival, car les intérieurs des armoires fonctionnent généralement à plus de 10 °C au-dessus de la température ambiante. Cinquièmement, ciblez la durée de vie et le bail restant du site, de sorte qu'un site avec trois ans de bail restant ne soit pas équipé d'une batterie de vingt ans - ce n'est pas de la prudence, c'est du gaspillage. Ces cinq éléments étant indiqués, les soumissionnaires ne peuvent plus se cacher derrière une seule phrase d'environ quatre heures de sauvegarde, et l'évaluation repose sur une base comparable. De nombreux projets échouent non pas parce que le mauvais produit a été choisi, mais parce que les droits n'ont jamais été spécifiés, de sorte que les fournisseurs ont proposé des offres selon l'hypothèse la plus favorable tandis que les exploitants ont géré le site selon la réalité la moins favorable. View Telecom Backup Power Selection