Le saut dans la réalité Il suffit de le faire. À Blomberg, une usine dans laquelle la production est plus efficace sur le plan énergétique et plus durable grâce à un réseau électrique à courant continu sophistiqué a été construite. Un coup d'œil dans les coulisses révèle comment le courant continu fonctionne dans la pratique.
2 760 panneaux solaires sur 11 000 m² de toiture
La All Electric Society Factory
Un après-midi ensoleillé à Blomberg. Sur les 11 000 m² de toiture, de longues rangées de panneaux solaires ondulent comme une mer de verre. Dès que la lumière du soleil frappe le matériau semi-conducteur, le courant circule. Mis à part la taille de l'installation, c'est une vue tout à fait normale sur de nombreux toits allemands.
Mais ce bâtiment est différent : là où ailleurs des onduleurs transforment le courant continu produit par l'installation solaire en courant alternatif, ici, il alimente directement un réseau électrique local à courant continu. « Un réseau électrique à courant continu optimise l'ensemble de la chaîne énergétique, de la production à la distribution, en passant par le stockage et la consommation », explique Tobias Lüke, expert en réseaux électriques à courant continu chez Phoenix Contact.
L'expert aime commencer sa visite du bâtiment par le toit. Ici, dans le champ photovoltaïque, on comprend clairement pourquoi le courant continu est en plein essor : « Non seulement les producteurs fonctionnent à courant continu, mais aussi les dispositifs de stockage d'énergie ou les récepteurs. La plupart des appareils électriques et des unités de production fonctionnent avec du courant continu. »
Stations de recharge DC devant la All Electric Society Factory
Absorber les pointes de charge
Dix bornes de recharge sont également disponibles devant la All Electric Society Factory. Elles jouent un rôle important dans l'univers du courant continu. Tobias Lüke nous conduit alors vers le parking où sont alignés les distributeurs d'énergie. « Grâce à des stations de recharge bidirectionnelles DC (DC = courant continu), les véhicules de société pourraient à l'avenir non seulement recharger leurs batteries de traction, mais aussi réinjecter directement l'énergie dans le système sans nouvelle conversion », explique M. Lüke.
En jetant un œil à l'une des stations de recharge, on constate que Phoenix Contact est bien positionné dans le domaine du courant continu. « Protection contre les surtensions et protection d'appareil, disjoncteurs DC et connecteurs de charge DC : nos modules de puissance régulent de manière optimale les flux d'énergie. »
Mais les batteries des véhicules ne sont pas tout : Tobias Lüke montre un conteneur blanc discret : « Une alimentation électrique stable basée sur les énergies renouvelables nécessite des systèmes de stockage suffisamment grands et fiables pour compenser les fluctuations », explique l'expert en courant continu.
« Et grâce à ces systèmes de stockage, nous pouvons compenser les pointes de charge par rapport au réseau d'alimentation. » Les pointes de charge surviennent par exemple lorsque de gros moteurs électriques démarrent dans des machines de production. Ils consomment alors temporairement plus d'électricité que ce qui a été convenu avec le fournisseur. Et cela coûte cher. « En amortissant les pointes de charge grâce à nos batteries, nous avons pu réduire les coûts d'électricité jusqu'à 80 %. »
Armoires électriques pour le réseau électrique à courant continu
Penser, diriger et commander
Tobias Lüke nous emmène dans les catacombes techniques du bâtiment, dans la cave où se trouve le système nerveux central de l'alimentation en courant continu. Les armoires électriques sont alignées les unes à côté des autres. Elles relient non seulement l'installation photovoltaïque, les systèmes de stockage sur batterie et les stations de recharge au système. Mais elles alimentent également le réseau public en électricité ou lui restituent les excédents.
« Nos modules de puissance peuvent fonctionner de manière bidirectionnelle, c'est-à-dire dans les deux sens », explique M. Lüke en ouvrant une armoire électrique dans laquelle les modules sont alignés comme des tiroirs. « Grâce à leur conception modulaire, les armoires électriques peuvent être équipées de manière flexible et la puissance peut être facilement adaptée en fonction des besoins. »
Armoire électrique DC dans la All Electric Society Factory
Économie de cuivre et d'électricité
Un tour, et l'armoire électrique s'ouvre. Beaucoup de rouge et de blanc dans une harmonieuse cohabitation : le plus et le moins du réseau électrique à courant continu. Ce qui frappe également immédiatement, c'est que les câbles et autres composants sont nettement plus petits que dans les distributions conventionnelles – un autre avantage de cette technologie : « Les réseaux électriques à courant continu nécessitent moins de cuivre pour le transport de l'électricité. Jusqu'à 55 % de cette matière première coûteuse peuvent ainsi être économisés », explique M. Lüke. C'est ici, dans la salle de contrôle, qu'aboutissent les chaînes blanches et rouges provenant de l'installation photovoltaïque. Elles alimentent le bus DC via des convertisseurs DC/DC d'une puissance totale de 120 kW.
Le courant continu est distribué à la zone de production à partir du tableau principal basse tension. Ici, l'éclairage fonctionne directement avec l'énergie provenant du réseau DC. Deux dérivations mènent au raccordement des machines de production. « Dans le réseau électrique à courant continu, nous pouvons utiliser l'énergie de freinage des robots et des entraînements et la réinjecter directement dans le système », explique M. Lüke, soulignant ainsi le prochain avantage important du courant continu. « Cette récupération permet à elle seule d'augmenter l'efficacité de 20 % selon l'application. »
Si, malgré tous les récepteurs et les dispositifs de stockage, il reste encore de l'énergie excédentaire dans le réseau électrique à courant continu, les convertisseurs AC/DC bidirectionnels la réinjectent dans le réseau de courant alternatif public conformément aux normes.
Disjoncteur CONTRACTON ELR HDC
Des résultats concrets
Le disjoncteur ELR HDC est utilisé partout où les charges DC doivent être commutées en toute sécurité dans la All Electric Society Factory. Il combine les fonctions de protection, de commutation, de surveillance, de précharge et de connectivité réseau. Des compteurs d'énergie DC spéciaux enregistrent les flux d'énergie. Et pour connecter les raccords DC, le connecteur DC ArcZero est utilisé. Il permet un enfichage et un retrait sans arc électrique sous charge.
La gestion de la charge et la gestion réseau DC de niveau supérieur sont assurées par la plateforme logicielle PLCnext Engineer. Elle réunit les différents domaines en un système global. L'automate intègre également dans la gestion énergétique du bâtiment des données telles que les coûts de l'électricité sur les bourses d'électricité, les prévisions météorologiques et les données quotidiennes de la station de mesure installée sur le toit.
Tobias Lüke, expert en réseaux électriques à courant continu
Ne pas se contenter de parler
La All Electric Society Factory de Blomberg jouit déjà d'une réputation qui dépasse largement les frontières nationales dans son secteur. Ne pas se contenter de parler, mais agir : le courant continu fonctionne déjà ici et maintenant, comme le prouve chaque jour le bilan énergétique de la production conçue pour le courant continu.
Mais « cette installation est expressément conçue à des fins d'essais et de tests opérationnels », ajoute Tobias Lüke. Au total, les initiateurs de ce projet pilote espèrent réaliser encore plus d'économies et gagner en efficacité. Il est notamment prévu de construire une petite éolienne, un électrolyseur pour la production d'hydrogène et des piles à combustible qui produiront à leur tour de l'électricité à partir de l'hydrogène stocké.
Phoenix Contact s'engage depuis longtemps dans la recherche et la mise en place de la technologie du courant continu et est membre fondateur de l'Open Direct Current Alliance (ODCA). Lorsque la planification du bâtiment a commencé, il n'existait pratiquement aucun composant ni aucune norme sur le marché pour l'utilisation de la technologie DC. Aujourd'hui, la situation a changé, souligne Tobias Lüke : « Grâce aux composants disponibles, aux progrès réglementaires, à l'expertise croissante et à la coopération avec des partenaires compétents, il est également intéressant pour d'autres entreprises de franchir le pas. »
La nuit est tombée à Blomberg. La visite guidée touche à sa fin et Tobias Lüke ferme la porte de l'un des bâtiments industriels les plus innovants d'Europe.
Conclusion
Le courant continu nous entoure depuis longtemps dans tous les domaines de notre vie quotidienne. Mais une vision globale de cette énergie révèle un véritable trésor en matière de potentiel d'économies. La All Electric Society Factory s'est donné pour mission d'exploiter ce trésor. Et ce, non pas de manière ponctuelle, mais comme modèle pour de nombreux autres bâtiments industriels et de production.
L'introduction de systèmes à courant continu dans la logistique de production et l'industrie recèle un grand potentiel d'économies d'énergie, en particulier pour les charges dynamiques telles que les robots utilisés dans la production : les pointes de charge peuvent être réduites jusqu'à 85 % et l'efficacité énergétique augmentée jusqu'à 20 %.
Mis en œuvre de manière cohérente, le spectre de l'électricité industrielle coûteuse perd rapidement son caractère effrayant. Le bâtiment comme source et stockage d'énergie – et cela dès aujourd'hui, avec la technologie existante et dans un environnement de production difficile.
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