Fusion par induction solaire hors réseau : Exploitation d'une fonderie sans alimentation électrique du réseau
La fusion par induction hors réseau semble impossible jusqu'à ce qu'on la voie en fonctionnement. Une fonderie d'Australie-Occidentale exploite un four à induction de 2 MW alimenté à l'énergie solaire avec stockage par batteries depuis 2022, sans aucun raccordement au réseau électrique. Une fonderie de cuivre du désert d'Atacama, au Chili, exploite un four à induction de 5 MW grâce à un système hybride solaire-diesel depuis 2021. Une entreprise de recyclage de ferraille au Mali exploite un four à induction de 1 MW alimenté par une combinaison d'énergie solaire et de batteries depuis 2023. La technologie est bien réelle, les opérations sont en cours et sa rentabilité est de plus en plus intéressante pour les sites isolés.
Quand vivre hors réseau est judicieux
La fusion par induction hors réseau présente un intérêt certain dans trois situations : les sites isolés sans accès au réseau électrique, les sites où l’alimentation électrique est instable et les sites où le coût d’extension du réseau est prohibitif. Le premier cas est le plus fréquent : les exploitations minières, les camps pétroliers et gaziers, les bases militaires et les communautés isolées ont toutes besoin de fusionner des métaux pour la maintenance et la fabrication, et le coût du déploiement d’une ligne électrique de 50 à 100 km jusqu’à un site isolé peut dépasser celui de l’ensemble du système solaire combiné à la fusion par induction.
Le second cas est fréquent dans les pays en développement où l'alimentation électrique est instable. De nombreuses fonderies africaines, sud-asiatiques et sud-est asiatiques perdent entre 5 et 20 % de leur temps de production en raison des coupures de courant. Le coût de cette perte de production dépasse souvent celui d'un système d'alimentation de secours solaire avec batteries, et ce dernier peut également fournir la majeure partie de l'énergie nécessaire en fonctionnement normal.
Le troisième cas est fréquent sur les marchés développés où le coût d'extension du réseau électrique est élevé. Dans l'ouest des États-Unis, le coût d'extension d'une ligne triphasée de 10 km jusqu'à un nouveau site industriel peut dépasser 1 million de dollars. Un système solaire couplé à des batteries sur ce même site peut coûter entre 1,5 et 2 millions de dollars, mais ce système est indépendant du réseau et son coût est plus prévisible.
Dimensionnement du système pour un fonctionnement hors réseau
La fusion par induction solaire hors réseau exige un dimensionnement précis du système. Le champ photovoltaïque doit produire suffisamment d'énergie au cours de l'année pour couvrir la consommation du four, et le stockage par batterie doit être suffisamment important pour supporter les périodes nuageuses de plusieurs jours et le fonctionnement nocturne.
Pour un four à induction de 2 MW fonctionnant 5 000 heures par an (environ 14 heures par jour, 365 jours par an), la consommation énergétique annuelle est de 10 GWh. Un système photovoltaïque installé sur un site à fort ensoleillement (5 à 6 kWh par mètre carré et par jour) peut produire de 1 500 à 1 800 kWh par kW et par an ; la puissance photovoltaïque requise est donc de 5,5 à 6,7 MW. Le système de stockage par batterie doit assurer une autonomie de 12 à 16 heures à la consommation moyenne (60 à 75 % de la puissance nominale), soit 15 à 25 MWh.
Le coût total d'une installation de fusion par induction solaire hors réseau de 2 MW sur un site à fort ensoleillement se situe entre 12 et 18 millions de dollars américains, selon la préparation du site, la capacité du système de stockage d'énergie par batterie (BESS) et la complexité du système de contrôle. L'amortissement s'effectue sur 20 à 25 ans, et les coûts d'exploitation sont principalement liés au remplacement du BESS entre la 12e et la 15e année.
Systèmes hybrides solaires-diesel
Pour les sites nécessitant un fonctionnement continu (24h/24 et 7j/7) et ne pouvant tolérer le risque d'épuisement du système de stockage d'énergie par batterie (BESS), un système hybride solaire-diesel est la solution idéale. Le générateur diesel assure l'alimentation de secours, tandis que le système solaire couplé au BESS couvre 60 à 80 % des besoins énergétiques annuels. Le générateur diesel fonctionne à 80-100 % de sa charge maximale, son point de fonctionnement le plus efficace, et son rendement énergétique est nettement supérieur à celui d'une charge variable en continu.
Un système hybride solaire-diesel de 5 MW, installé dans une fonderie de cuivre au Chili, comprend 12 MW photovoltaïques, 15 MWh de stockage d'énergie par batterie (BESS) et 5 MW de production d'électricité au diesel. Ce système fonctionne depuis trois ans avec une contribution solaire de 75 % et une consommation de diesel réduite de 70 % par rapport à l'ancien système entièrement diesel. Le retour sur investissement de cette solution solaire combinée au stockage d'énergie par batterie est estimé entre six et huit ans aux prix locaux de l'électricité et du diesel.
Systèmes de contrôle de micro-réseaux
Le système de contrôle du micro-réseau est essentiel à l'installation hors réseau. Il coordonne la production photovoltaïque, l'état de charge du système de stockage d'énergie par batterie (BESS), le générateur diesel (le cas échéant) et la charge du four. Les objectifs de ce contrôle sont les suivants : maximiser la contribution solaire, maintenir l'état de charge du BESS dans des limites de sécurité et garantir que le four dispose en permanence de la puissance nécessaire.
L'architecture de contrôle standard comprend un contrôleur principal qui assure l'interface entre l'onduleur photovoltaïque, le système de gestion du système de stockage d'énergie par batterie (BESS), le contrôleur du groupe électrogène diesel et le système de contrôle de la chaudière. Ce contrôleur principal exécute un algorithme de contrôle prédictif par modèle (MPC) qui prévoit la production photovoltaïque (à l'aide des prévisions météorologiques et des données historiques) et optimise la consommation électrique de la chaudière afin de maximiser l'apport solaire.
MONTE INTELLIGENCE fournit des systèmes de contrôle de micro-réseaux pour les installations de fusion par induction solaire autonomes et hybrides. Ce système de contrôle est intégré à celui du four et offre une interface homme-machine unique à l'opérateur.
Défis opérationnels
La fusion par induction solaire hors réseau présente des défis opérationnels qui n'existent pas pour les installations raccordées au réseau. Le premier défi concerne la gestion de l'état de charge du système de stockage d'énergie par batterie (BESS). Un BESS profondément déchargé peut endommager les cellules, et le four doit être régulé pour éviter une décharge en dessous du seuil de sécurité. Le système de contrôle doit communiquer la puissance disponible à l'opérateur du four, et ce dernier doit être formé à la gestion de la charge.
Le second défi concerne la poussière et les températures extrêmes. Les panneaux photovoltaïques installés sur des sites isolés accumulent de la poussière, ce qui peut réduire leur rendement de 10 à 30 %. Un nettoyage régulier des panneaux est donc nécessaire, et le système de stockage d'énergie par batterie (BESS) requiert une gestion thermique afin de prévenir tout dommage thermique sous les climats chauds.
Le troisième défi concerne la maintenance. Les sites isolés disposent rarement de techniciens qualifiés en photovoltaïque ou en systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS), et la maintenance doit être assurée par des spécialistes sur site. MONTE INTELLIGENCE propose un service de surveillance à distance qui suit les performances du système et dépêche des techniciens en cas de besoin.
Le quatrième défi concerne l'approvisionnement en carburant (pour les systèmes hybrides). Le gazole doit être transporté jusqu'au site isolé, et la chaîne d'approvisionnement peut être perturbée. Un système de stockage d'énergie par batterie (BESS) d'une capacité de 8 à 12 heures peut pallier un retard d'approvisionnement en carburant, et un système solaire photovoltaïque de secours peut maintenir la charge du BESS même en cas d'indisponibilité du gazole.
Étude de cas : Fonderie hors réseau au Mali
Depuis 2023, une usine de recyclage de ferraille à Bamako, au Mali, exploite un four à induction de 1 MW alimenté par un système solaire couplé à un système de stockage d'énergie par batterie (BESS). Ce système comprend 2,5 MW de panneaux photovoltaïques, 4 MWh de batteries LFP et un onduleur de 1 MW raccordé au réseau (ce dernier servant de système de secours). L'énergie solaire couvre 75 % des besoins annuels, le réseau fournissant les 25 % restants. Le coût annuel de l'énergie est de 0,06 USD par kWh, contre 0,15 USD par kWh pour l'énergie du réseau seul. Financé par une banque internationale de développement, le système est amorti en 7 ans.
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Pour les acheteurs envisageant une installation de fusion par induction solaire hors réseau ou hybride, le bureau d'études MONTE INTELLIGENCE peut modéliser la taille du système, les coûts d'exploitation et les économies de carbone pour un site spécifique. Le modèle comprend l'évaluation du potentiel solaire, le dimensionnement du système de stockage d'énergie par batterie (BESS), la conception du système de contrôle et les exigences en matière de raccordement au réseau. Visitez notre site web.www.cnlymonte.com/products-solar-induction-furnace.html Pour obtenir les spécifications des produits et des études de cas, veuillez contacter helenxu@cnlymonte.com. Pour discuter de votre projet, veuillez envoyer un courriel à helenxu@cnlymonte.com en indiquant comme objet « Induction solaire hors réseau » et en précisant les détails de votre site, la taille de votre four et ses heures d'utilisation.
