Anomalies dans HVAC : Mieux vaut prévenir que guérir
La détection et le diagnostic des pannes (FDD) dans les systèmes HVAC sont devenus un domaine de recherche et de développement de plus en plus important ces dernières années, grâce à des logiciels de surveillance puissants couplés à l'intelligence artificielle. Cette détection s'appuie généralement sur les mesures des variables disponibles dans un système de contrôle, notamment les températures (systèmes de chauffage et de refroidissement), la consommation d'énergie (électricité, gaz ou autres sources) et les pressions (alimentation en eau).
La détection et le diagnostic des pannes (FDD) dans les systèmes HVAC , grâce à des logiciels de surveillance pilotés par l'intelligence artificielle, sont devenus un domaine de recherche et de développement de plus en plus important ces dernières années. Cette solution de détection repose généralement sur les mesures des variables disponibles dans un système de contrôle, notamment les températures (systèmes de chauffage et de refroidissement), la consommation d'énergie (électricité, gaz ou autres sources) et la pression (alimentation en eau).
Plus la détection d'un problème émergent est précoce, plus il sera facile d'éviter des périodes d'indisponibilité prolongées de la batterie, voire de prévenir des dommages plus graves et plus coûteux.
Vue d'ensemble du système HVAC : Chauffage, ventilation et climatisation - conditions préalables pour des systèmes de stockage d'énergie à haute performance
Le système HVAC est un système de régulation thermique utilisé pour les conteneurs de batteries de stockage d'électricité. Son rôle est de contrôler la température intérieure d'un espace donné, y compris le chauffage, le refroidissement et la ventilation, afin d'assurer une qualité de température optimale. HVAC signifie "chauffage, ventilation et climatisation".
Ce système HVAC s'appuie sur des capteurs pour mesurer la température et ajuster automatiquement le chauffage et la climatisation en fonction des préférences de l'utilisateur. Pour les batteries, le système HVAC assure une maintenance à long terme en identifiant et en réglant les plages de température optimales. Ces températures permettent de prolonger la durée de vie des batteries et de garantir la sécurité des opérations. Cette plage se situe généralement autour de +25°C/ ± 5°C (+77°F /± 5°F). Elle sert également à "refroidir" le système de refroidissement afin d'éviter toute surchauffe potentiellement dommageable.
Chiffre: Exemple de système HVAC
Pourquoi le HVAC sont-ils essentiels à la réussite opérationnelle des plates-formes de stockage en batterie et de l'infrastructure de batterie associée ?
Le chauffage, la climatisation et le refroidissement peuvent représenter une part importante de la consommation d'un conteneur de batteries. Il s'agit souvent de la principale source de consommation d'énergie, en particulier si le système fonctionne dans des zones géographiques aux climats extrêmes ou dans des centres de données qui dépendent de batteries conçues pour fonctionner dans une plage de température spécifique afin de fonctionner correctement.
Lorsque des problèmes surviennent dans ces systèmes complexes, il arrive souvent qu'ils ne soient pas diagnostiqués immédiatement. Pendant cette période, si aucune mesure corrective n'est prise, des pertes d'énergie coûteuses peuvent se produire, ainsi que des dommages potentiels aux batteries, ce qui a un impact significatif sur leur durée de vie.
Points faibles du HVAC : Quelles sont les anomalies observées ?
Les anomalies du système HVAC sont récurrentes. Elles provoquent une augmentation de la température de la batterie liée à l'usage, appelée "effet Joule", c'est-à-dire un échauffement lié au passage du courant de charge/décharge. Sans régulation et avec une utilisation intensive telle que celle rencontrée dans les applications stationnaires, la température dérive vers le haut sans que le système de contrôle BMS (Battery Management System) ne détecte d'anomalie car la température reste en dessous des seuils de température critiques du point de vue de la sécurité.
Le système fonctionne alors à des températures plus élevées qu'il ne le devrait. Cela a un impact notable sur la durée de vie de la batterie. Les opérateurs ne le remarquent généralement que lorsque le BMS détecte le seuil de température de sécurité et joue son rôle de coupure.
Dans le cas d'une anomalie combinée HVAC et BMS , cela peut avoir des conséquences encore plus graves, comme le déclenchement d'un incendie. En effet, sans arrêt de l'utilisation à la température critique (environ 50°C), le système continue à dériver jusqu'à atteindre la température d'emballement thermique (généralement supérieure à 90°C et dépendant de la chimie de la batterie).
Détection précoce : Les premières mesures essentielles pour prévenir l'emballement thermique
Il est donc essentiel de détecter les problèmes le plus tôt possible (dans la journée), sans attendre que le système dérive pendant une ou plusieurs semaines avant d'atteindre le seuil de sécurité et l'arrêt du système pour maintenance. Cette détection précoce, dès le premier jour d'une anomalie, est fondamentale pour une résolution rapide et sûre.
Tuer dans l'œuf : Comment le mariage de la modélisation électrothermique et de l'apprentissage automatique de PowerUp identifie les anomalies HVAC , rapidement et avec précision.
Grâce à la disponibilité croissante de solutions d'analyse des batteries comme celles de PowerUp, qui combinent l'apprentissage automatique et la modélisation électrothermique des batteries, le système devient capable de diagnostiquer rapidement et automatiquement tout problème qui survient. Cela aide ensuite les opérateurs de maintenance à prendre des mesures correctives pour garantir la sécurité et les performances adéquates du système HVAC et, par conséquent, des batteries.
Apprendre. Détecter. Informer : Comment la solution d'analyse de batterie de Powerup protège votre système de stockage d'énergie
Pendant la phase d'apprentissage, la solution algorithmique identifie tous les paramètres du modèle. Une fois la phase d'apprentissage terminée (généralement moins d'un mois de données collectées en temps réel), le modèle vérifie le comportement thermique et alerte les utilisateurs en cas d'anomalie détectée, ce qui permet d'identifier tout problème de HVAC dès le premier jour.
Ces résultats ont été validés sur un large éventail de données, y compris différentes compositions chimiques de batteries, différents fournisseurs de cellules, différents intégrateurs et différents systèmes de gestion thermique. En outre, le modèle d'apprentissage continue d'apprendre tout au long de l'utilisation de la batterie, en s'adaptant automatiquement à tout changement d'utilisation, tel qu'un changement du point de consigne de la température du système de HVAC , par exemple.
L'anticipation offerte par les solutions d'analyse de batterie de PowerUp se traduit par des gains considérables et permet de minimiser l'impact sur la durée de vie de la batterie (en raison des températures élevées) et de minimiser (voire d'éviter) le risque d'interruption de service (qui est actuellement lié à l'atteinte du seuil de sécurité critique). Autre avantage clé : les solutions de PowerUp ne dépendent d'aucune solution de gestion thermique spécifique. Qu'il s'agisse d'un refroidissement par air ou par liquide, le modèle de détection fonctionne de la même manière.
Comment cela fonctionne-t-il ? Étude de cas opérationnelle
Figure: Profil de température d'un rack dans un conteneur sans problème de gestion (Container 03 Rack 01), superposé à celui d'un rack dans un conteneur ayant subi une panne de climatisation (Container 04 Rack 01).
Cette figure illustre le cas d'un problème de climatisation rencontré dans un conteneur, qui a entraîné une dérive de la température dans tous les racks de ce conteneur (illustré ici par le rack 01 du conteneur 04), alors que le reste des actifs avec les mêmes profils d'utilisation n'a pas connu de problèmes de gestion thermique (illustré ici par le rack 01 du conteneur 03).
- Dans cet exemple, la dérive de température s'est étendue sur 10 jours, avec des températures de fonctionnement comprises entre 30°C et 50°C (néfastes pour la durée de vie des équipements), avant d'atteindre le seuil d'arrêt des baies non régulées thermiquement (ici à 55°C).
- L'interruption de service du conteneur 04 a en outre provoqué l'arrêt d'autres conteneurs du site reliés au même point de livraison (illustré par l'arrêt du conteneur 03 le 19 février, qui n'était pas affecté par le problème de régulation de la température).
- Enfin, cet exemple montre que le retour à la normale est intervenu après deux jours d'interruption générale, ce qui aurait pu être évité en détectant l'anomalie dès le premier jour. Ceci est rendu possible par le module d'analyse automatique développé par PowerUp.
Détection des défaillances des HVAC - Mieux vaut prévenir que guérir
En conclusion, l'intégration de protocoles avancés de détection et de diagnostic des pannes de HVAC (FDD), alimentés par des analyses pilotées par l'IA comme celles de PowerUp, est cruciale pour garantir la sécurité et les performances optimales des systèmes de stockage par batterie. La détection précoce des anomalies HVAC , en l'espace d'une journée, permet d'éviter des pertes d'énergie coûteuses, de prolonger la durée de vie des batteries et d'atténuer le risque de défaillances catastrophiques telles que l'emballement thermique.
En s'appuyant sur la modélisation électrothermique et l'apprentissage automatique, ces solutions offrent la prévoyance nécessaire pour résoudre les problèmes de manière proactive, ce qui permet en fin de compte de préserver les investissements dans le stockage de l'énergie et de minimiser les perturbations opérationnelles.
Si vous souhaitez en savoir plus sur la manière dont PowerUp peut vous aider à améliorer la sécurité, la performance et la durabilité de votre plateforme, contactez-nous.
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