TechniqueRésumé
Un BESS (Battery Energy Storage System) n’est pas une charge passive : son onduleur bidirectionnel (PCS) injecte un courant de défaut limité mais réel, avec une dynamique différente d’une source tournante. Ajouté sur une installation existante, notamment avec du photovoltaïque, il impose de recalculer les courants de court-circuit en tout point du réseau, pas seulement au raccordement, sous peine de sous-dimensionner les protections et les câbles en aval.
Un marché en forte croissance, porté par les besoins de flexibilité du réseau
Le stockage par batterie change d’échelle en France. Selon la fiche technique publiée par RTE dans son Schéma Décennal de Développement du Réseau, environ 1 GW de batteries stationnaires est aujourd’hui raccordé au réseau électrique français, avec une puissance moyenne de 20 MW par site. RTE anticipe une modélisation de 6 GW de batteries supplémentaires pour répondre aux besoins de flexibilité du système électrique. À plus long terme, l’étude prospective Futurs énergétiques 2050 de RTE retient, selon les scénarios envisagés, entre 21 et 26 GW de capacités de stockage par batterie nécessaires pour accompagner la montée en puissance des énergies renouvelables intermittentes.
Cette croissance a une conséquence directe pour les installateurs et intégrateurs : de plus en plus de BESS viennent s’ajouter à des installations électriques déjà en service, en particulier des centrales photovoltaïques tertiaires ou industrielles. Cette logique d’ajout a posteriori est précisément celle qui remet en question le plan de la protection électrique. Un schéma de protection dimensionné à l’origine pour une seule source, le réseau, devient obsolète dès qu’une seconde source active vient modifier la valeur des courants de défaut.
Chez Trace Software, nous accompagnons depuis plusieurs années les bureaux d’études et installateurs sur le dimensionnement des installations basse et haute tension avec la gamme elec calc, ainsi que sur le dimensionnement photovoltaïque avec la gamme archelios. Cette double expertise, électrique et solaire, place l’entreprise en position idéale pour comprendre un sujet à la croisée des deux mondes : la contribution des convertisseurs d’énergie des systèmes de stockage aux courants de court-circuit de l’installation.
Vous intégrez des BESS sur des installations existantes et souhaitez vérifier la tenue de vos protections ? Une démonstration d’elec calc permet de voir concrètement comment l’outil calcule cette contribution, quelle que soit la version utilisée.
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Le BESS, rappel utile avant d'aborder la question des protections
Que signifie BESS ?
BESS signifie Battery Energy Storage System, traduit en français par système de stockage d’énergie par batterie (parfois appelé SSEB). Il désigne un ensemble complet associant un pack de batteries, un système de gestion de batterie, un système de conversion de puissance et un système de gestion de l’énergie, destiné à stocker de l’électricité pour la restituer au moment le plus opportun.
Quelles sont les activités d'un BESS
Un BESS remplit plusieurs fonctions sur une installation électrique. Il stocke le surplus de production solaire pour améliorer le taux d’autoconsommation. Il écrête les pointes de puissance appelée pour réduire la composante puissance de la facture réseau. Il participe aux services système auprès du gestionnaire de réseau, comme la réserve primaire de fréquence ou l’effacement lors des pointes nationales, un rôle documenté par RTE dans le cadre du pilotage de l’équilibre offre-demande. Il peut également sécuriser l’alimentation de charges critiques en cas de coupure. Chacune de ces activités repose sur la même brique technique, le PCS, qui convertit le courant continu des batteries en courant alternatif injectable sur le réseau, et inversement.
Pourquoi un onduleur PCS n'est pas une source passive au regard du court-circuit ?
C’est ici que se situe le point technique le plus souvent négligé. Un bureau d’études qui calcule les courants de court-circuit d’une installation raisonne historiquement en tenant compte des sources classiques : le réseau amont via le transformateur, et éventuellement un groupe électrogène ou un alternateur. Ces sources sont des machines tournantes, dont le comportement en cas de défaut est bien connu et largement documenté dans les logiciels de calcul électrique.
Un PCS (Power Conversion System) bidirectionnel de BESS n’entre dans aucune de ces deux catégories. Il n’est pas non plus une charge purement passive qui disparaîtrait du calcul. A l’apparition d’un défaut sur le réseau, l’électronique de puissance de l’onduleur continue, pendant une durée courte, à injecter un courant de défaut. Cette contribution est limitée en amplitude, généralement de l’ordre d’une à deux fois le courant nominal de l’onduleur selon la technologie de commande utilisée, ce qui reste nettement inférieur à la contribution d’une source tournante. Mais elle est loin d’être nulle, et surtout sa dynamique diffère fondamentalement de celle d’une machine tournante. Pour mieux situer cette contribution parmi les différentes natures de courants de défaut, notre article sur les différents types de courants de court-circuit détaille les valeurs caractéristiques à connaître.
Une source tournante délivre un courant de défaut qui décroît progressivement selon une constante de temps liée à ses caractéristiques électromagnétiques. Un PCS, piloté par une électronique de commande rapide, réagit en quelques millisecondes et peut adopter un comportement en courant limité, quasiment constant sur la durée du défaut, avant que sa protection interne ne le déconnecte. Cette différence de dynamique change la façon dont les protections en aval doivent être coordonnées entre elles, en particulier sur le plan de la sélectivité temporelle et ampèremétrique.
La norme CEI 60909, référence internationale de la Commission électrotechnique internationale pour le calcul des courants de court-circuit dans les réseaux triphasés, encadre la méthode générale de calcul des contributions de chaque source. Les sources statiques comme les convertisseurs de BESS ne s’y comportent pas comme les machines synchrones ou asynchrones classiques déjà couvertes de longue date par cette norme, ce qui impose une attention particulière lors de la modélisation de leur contribution.
Le risque de sous-dimensionnement des protections lors de l'ajout d'un BESS
Le scénario le plus fréquent sur le terrain est celui d’un BESS ajouté sur une installation existante, souvent en complément d’une centrale photovoltaïque déjà raccordée. L’installateur ou le bureau d’études qui pilote ce projet vérifie naturellement le point de raccordement du BESS et s’assure que les protections à cet endroit tiennent le courant de court-circuit maximal attendu. Cette vérification est nécessaire, mais elle n’est pas suffisante.
Le problème est que l’ajout d’une source active supplémentaire modifie la valeur des courants de défaut sur l’ensemble de l’installation électrique, pas seulement au point où le BESS est raccordé. Un défaut survenant à un tableau secondaire, loin du BESS, verra désormais transiter une contribution en courant issue à la fois du réseau et du PCS. Si les protections situées entre ce tableau secondaire et le BESS n’ont pas été recalculées avec cette contribution supplémentaire, deux risques apparaissent. Le premier est un défaut de tenue au courant de court-circuit d’un disjoncteur ou d’un jeu de barres qui n’avait pas été dimensionné pour cette valeur additionnelle. Le second, souvent plus insidieux, est une perte de sélectivité entre protections amont et aval, qui peut conduire au déclenchement d’un disjoncteur non concerné par le défaut plutôt que de la protection la plus proche.
Ce risque est d’autant plus réel que la contribution d’un PCS, bien que limitée en amplitude, peut suffire à faire basculer un calage de protection qui reposait sur des marges de sécurité déjà réduites, notamment sur des installations tertiaires anciennes où les protections ont été dimensionnées au plus juste. Le schéma de liaison à la terre retenu sur l’installation influence également la façon dont ce risque se manifeste. Notre article sur le régime de neutre détaille les spécificités du TN-C, du TN-S, de l’IT et du TT à prendre en compte lors de ce type d’intégration.
Recalculer les Icc en tout point du réseau, pas seulement au raccordement
La méthode rigoureuse consiste à reprendre le schéma unifilaire complet de l’installation après ajout du BESS et à recalculer le courant de court-circuit en chaque nœud du réseau, en tenant compte simultanément de la contribution du réseau amont et de celle du PCS. Cette démarche implique plusieurs vérifications successives.
- Identifier tous les points de défaut potentiels situés entre le point de raccordement du BESS et les points de consommation, y compris ceux qui semblent éloignés du stockage.
- Modéliser la contribution du PCS avec sa courbe de limitation en courant réelle, fournie par le fabricant du convertisseur, plutôt que de l’assimiler à une source tournante classique ou de l’ignorer purement et simplement.
- Recalculer le pouvoir de coupure requis pour chaque disjoncteur situé en aval du point d’injection du BESS.
- Revérifier la sélectivité entre les protections amont et aval sur toute la chaîne, en tenant compte du temps de réponse spécifique du PCS.
- Recontrôler que la tenue thermique des câbles est toujours suffisante au regard de la contrainte thermique calculée.
- Documenter les résultats dans une note de calcul actualisée, opposable en cas de contrôle ou de sinistre.
Cette démarche demande un outil de calcul de court-circuit capable de considérer nativement la contribution d’un PCS de BESS, et non uniquement les sources classiques. C’est précisément là que la plupart des logiciels du marché montrent leurs limites.
Étude de cas : un BESS tertiaire de 800 kWh ajouté sur une installation PV existante
Prenons le cas représentatif d’un bâtiment tertiaire équipé d’une centrale photovoltaïque en toiture, raccordée au tableau général basse tension depuis plusieurs années. Le gestionnaire du site décide d’ajouter un BESS de 800 kWh pour écrêter les pointes de puissance et valoriser une partie de la production solaire non autoconsommée. Le BESS est raccordé sur le même tableau général que la centrale PV. Ce type de projet relève souvent d’un cadre réglementaire spécifique, détaillé dans notre article sur la réglementation ICPE applicable au PV et au stockage en entrepôt.
Au moment de l’installation, le point de raccordement du BESS est correctement vérifié : les protections à cet endroit tiennent la contribution combinée du réseau, de l’onduleur PV et du PCS du BESS. En revanche, les tableaux secondaires situés en aval, qui alimentent les différents étages du bâtiment, n’ont pas été recalculés, car ils avaient déjà été validés lors de l’installation initiale du photovoltaïque, sans stockage.
Un recalcul complet, intégrant la contribution du PCS en tout point du réseau, révèle que l’un des tableaux secondaires, déjà proche de sa limite de tenue avec la seule contribution du réseau et du PV, dépasse légèrement le seuil de tenue de son disjoncteur une fois la contribution du BESS ajoutée. La marge de sécurité qui existait avant l’installation du stockage a disparu. Ce type de situation ne se détecte pas en se limitant au point de raccordement du BESS. Elle n’apparaît qu’en reprenant le calcul de court-circuit sur l’ensemble de l’arborescence électrique du bâtiment.
Ce cas illustre pourquoi la vérification du seul point de raccordement, aussi rigoureuse soit-elle, ne protège pas contre une dérive de la coordination des protections ailleurs sur l’installation.
Un projet d’ajout de BESS en cours et un doute sur la tenue de vos protections existantes ou la tenue thermique des câbles ? Il est possible de tester ce scénario directement avec elec calc lors d’une démonstration personnalisée.
Sécuriser la coordination des protections après intégration d'un BESS : la checklist installateur
Avant de mettre en service un BESS sur une installation existante, quelques vérifications permettent d’éviter la majorité des incidents liés à une mauvaise coordination des protections. Ces points rejoignent d’ailleurs plusieurs erreurs recensées dans notre article sur les erreurs fréquentes dans les études arc flash, un sujet directement lié à la précision du calcul de court-circuit.
- Vérifier que l’outil de calcul utilisé intègre la contribution Icc spécifique du PCS, avec sa courbe de limitation propre, et non une approximation basée sur une source tournante.
- Reprendre le schéma unifilaire complet post-BESS et recalculer l’Icc à chaque tableau, chaque départ, chaque jeu de barres et chaque câble situé entre le point d’injection et les charges.
- Contrôler le pouvoir de coupure de chaque disjoncteur soumis aux Icc de l’installation, y compris sur les tableaux qui n’ont pas été modifiés physiquement par les travaux.
- S’assurer que la tenue thermique des câbles est vérifiée en tenant compte des courants de court-circuit dans le calcul de la contrainte thermique.
- Revalider la sélectivité ampèremétrique et chronométrique entre protections amont et aval en tenant compte du temps de réaction propre au PCS.
- Produire une note de calcul actualisée intégrant la contribution du BESS, datée et conservée avec le dossier technique de l’installation.
Les logiciels de calcul de court-circuit historiques du marché électrique traitent efficacement les sources classiques que sont le réseau, les groupes électrogènes et les alternateurs. La contribution spécifique d’un PCS de BESS, avec sa dynamique propre et sa courbe de limitation en courant, reste en revanche peu ou mal prise en charge par la majorité des outils actuellement utilisés par les bureaux d’études.
Le moteur de calcul du logiciel elec calc a été construit pour intégrer nativement cette contribution dans le calcul global des courants de court-circuit, en tenant compte du comportement réel des convertisseurs bidirectionnels de stockage aux côtés des sources classiques.
Pour un installateur ou un intégrateur BESS, cela signifie disposer d’un calcul de court-circuit fiable sur l’ensemble de l’installation après ajout d’un stockage, sans avoir à approximer la contribution du PCS ou à la négliger. Sur un marché où l’ajout de BESS sur des installations existantes devient une pratique courante, cette capacité de conception constitue un repère technique différenciant, aussi bien pour la conformité du dossier électrique que pour la tranquillité de l’exploitant.
FAQ
Ce qu'il faut retenir
L’ajout d’un BESS sur une installation existante n’est jamais une opération neutre pour le plan de protection électrique. Le PCS bidirectionnel injecte une contribution en courant de défaut limitée mais réelle, avec une dynamique différente de celle d’une source tournante. Se limiter à la vérification du point de raccordement expose à un sous-dimensionnement des protections en aval, comme l’illustre le cas d’un BESS tertiaire de 400 kWh ajouté sur une installation photovoltaïque existante. La seule méthode fiable consiste à recalculer les courants de court-circuit en tout point du réseau et à revalider la sélectivité des protections avec un outil capable de prendre en compte nativement la contribution d’un PCS de BESS.
Pour vérifier la tenue de vos protections et de vos câbles sur vos prochains projets d’intégration BESS, une démonstration d’elec calc permet d’évaluer cette approche sur un cas réel.
Cet article a été rédigé par :
Fabien LEROY
Expert Produit - Trace Software
Au-delà de proposer une solution de calcul électrique toujours plus complète, nous souhaitons également partager notre expertise technique et métier aux acteurs de la filière afin de les accompagner dans le dimensionnement, la validation et la cohérence des notes de calculs générées, pour en garantir la justesse et la pertinence opérationnelle.
