Explication des principaux composants d'un système d'alimentation de secours

Dans les cas où des équipements sensibles sont soumis à des coupures de courant, un système d'alimentation de secours est indispensable pour garantir la continuité, la sécurité et l'efficacité des opérations. Ces systèmes sont spécialement conçus pour fournir l'énergie nécessaire lors des pannes de courant aux services de santé essentiels, aux processus de production et, entre autres, au traitement des données. Ainsi, la performance des systèmes d'alimentation de secours ne peut être pleinement comprise sans l'analyse approfondie des spécificités liées à certains autres composants. Chacun de ces éléments importants… système d'alimentation de secours Ce document expliquera la finalité, les concepts de base et les applications de ces systèmes, ainsi que leur utilisation en milieu urbain et industriel. Quel que soit le profil professionnel du lecteur, qu'il s'agisse d'un responsable de la gestion ou de l'exploitation d'installations, d'un étudiant en génie électrique ou de toute personne intéressée par le sujet, ce rapport devrait lui apporter des explications détaillées sur cette technologie de pointe dans l'environnement moderne.

Systèmes d'alimentation de secours sont divisées en plusieurs parties essentielles pour assurer une mise hors tension correcte de la batterie en cas de panne de courant ou d'interruption. Ces parties comprennent notamment :

Comme on le sait, le groupe électrogène fait partie du système d'alimentation de secours, plus précisément de la section de disjoncteur central. Cette section est composée d'un générateur ou d'un alternateur entraîné par un moteur électrique, conçu pour fonctionner en cas de panne de courant sans intervention manuelle.

Qu’est-ce qu’un système d’alimentation de secours ?

Un système d'alimentation de secours est un élément essentiel de tout bâtiment assurant l'alimentation électrique de secours des équipements. En cas de défaillance de la source d'alimentation principale, ce système prend le relais. Il garantit la continuité des activités essentielles et leur durée de fonctionnement selon un calendrier précis. Ces systèmes se sont avérés très efficaces et largement utilisés depuis leur introduction, notamment dans les infrastructures critiques telles que les hôpitaux, les centres de données, les usines et même les bâtiments métalliques abritant des bureaux ou des espaces de travail. Un système d'alimentation de secours typique comprend un générateur, un inverseur de source automatique, un onduleur (UPS) et un système de contrôle avancé. L'ensemble de ces composants assure une transition fluide entre les différentes sources d'alimentation.

Les solutions d'alimentation de secours les plus récentes sont conçues pour assurer la continuité de service des systèmes critiques grâce à une surveillance dynamique, des mécanismes de délestage et un dépannage système. Aujourd'hui, grâce aux progrès technologiques, la plupart des centrales électriques diversifient leurs conceptions en intégrant des énergies renouvelables, telles que des panneaux solaires ou des systèmes de stockage d'énergie, afin d'améliorer leur capacité de secours. Les systèmes d'alimentation de secours sont des systèmes spécifiques à leur contexte, en raison des exigences de qualité et de sécurité. Ils sont indispensables dans les situations où toute interruption est inacceptable ; c'est pourquoi ils sont considérés comme obligatoires. Des contrôles et une maintenance réguliers sont nécessaires pour garantir leur performance et leur disponibilité optimales en cas de panne de courant.

Importance de l'alimentation électrique de secours

Les systèmes d'alimentation de secours sont indispensables à l'ère moderne, car ils garantissent la continuité des activités en cas de pannes de courant ou autres incidents. Présents dans divers secteurs – médecine, informatique, industrie, forces de l'ordre –, toute interruption de service peut entraîner des pertes financières, une sécurité compromise, voire mettre en danger la vie des personnes concernées. Les systèmes d'alimentation de secours ont considérablement évolué grâce aux récentes avancées qui démontrent le recours accru aux énergies renouvelables, telles que l'énergie solaire et éolienne, et l'amélioration des technologies par l'intégration de systèmes de stockage d'énergie plus performants (batteries lithium-ion), rendant ainsi les solutions de secours durables et résilientes.

Par exemple, il a été rapporté que le marché mondial des systèmes d'alimentation sans coupure (ASI) devrait connaître une expansion accrue dans les années à venir, en raison de l'évolution des habitudes de consommation des industries nécessitant une alimentation électrique continue. De ce fait, on observe une tendance marquée au sein de l'industrie vers l'installation de systèmes de surveillance capables d'informer les opérateurs de l'état de leur alimentation électrique et d'évaluer la nécessité d'une alimentation de secours. Par ailleurs, la conformité aux exigences des normes récentes telles que NFPA 110 et ISO 8528 n'est possible qu'à travers un large éventail de mesures et de dispositions garantissant la redondance des systèmes d'alimentation et un dépannage efficace en cas de panne. Tous ces exemples soulignent l'importance cruciale des solutions d'alimentation de secours pour le maintien des services et des opérations des infrastructures dans un monde de plus en plus dépendant de l'énergie électrique.

Groupes électrogènes : types et fonctions

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   Groupes électrogènes diesel — Les groupes électrogènes diesel sont fréquemment utilisés car ils fonctionnent au diesel, un carburant reconnu pour sa praticité et son faible coût. Les groupes électrogènes de secours et de production continue sont conçus pour fournir de l'électricité en continu pendant de longues périodes. Couramment utilisés dans les zones à forte consommation énergétique telles que l'industrie lourde, le bâtiment et les immeubles de bureaux, ils peuvent supporter des charges élevées sans difficulté. De plus, les progrès réalisés en matière de consommation de carburant des moteurs diesel ont permis de transformer les groupes électrogènes diesel actuels en des appareils parmi les plus respectueux de l'environnement.
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   Groupes électrogènes à essence — Les groupes électrogènes à gaz naturel utilisent le gaz naturel, généralement du propane ou du GPL, comme combustible principal. Ces systèmes sont considérés comme plus écologiques car ils émettent moins de polluants et de gaz que les groupes électrogènes diesel, réduisant ainsi les nuisances liées à la réglementation antipollution. Ils peuvent être installés dans les zones urbaines et périurbaines bénéficiant d'un réseau de distribution de gaz décentralisé, ou utilisés dans le secteur agricole, en tenant compte des distances spécifiques à chaque situation.
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   Groupes électrogènes hybrides — De nombreuses voitures modernes sont hybrides, c'est-à-dire qu'elles possèdent à la fois un moteur à essence classique et une source d'énergie renouvelable, notamment des panneaux solaires ou des éoliennes, afin d'améliorer l'efficacité énergétique et de réduire la consommation de carburant. Elles sont couramment utilisées dans les régions ou les situations où cette technologie est nécessaire pour produire de l'énergie tout en limitant la consommation excessive de carburant.
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   Groupes électrogènes portables — Les groupes électrogènes portables sont peu encombrants, facilement déplaçables et utilisés pour les besoins ponctuels en énergie. Ils sont mis à disposition lors d'événements en plein air, sur les chantiers ou en cas d'urgence, offrant flexibilité et praticité. Malgré leur petite taille, ils peuvent alimenter de nombreux appareils et équipements de manière plus que suffisante.
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   Groupes électrogènes industriels — Les générateurs industriels désignent ces appareils puissants et de grande taille utilisés dans des applications commerciales, notamment pour les grandes mines, les usines et autres sites industriels à forte consommation d'énergie. Ils sont conçus pour produire une puissance très élevée et peuvent intégrer des fonctions avancées de surveillance et de contrôle leur permettant de s'autogérer dans des conditions exigeantes.

Commutateurs de transfert : automatiques ou manuels

Réservoirs de carburant et considérations relatives au carburant diesel

Des aspects tels que les réservoirs de stockage de carburant et leur capacité en gazole dans une installation de stockage de carburant soulèvent certaines difficultés en termes d'efficacité, de sécurité et de conformité réglementaire. Les réservoirs de stockage peuvent être fabriqués à partir de matériaux comme l'aluminium ou le fer et sont conçus pour offrir une grande résistance aux intempéries et à l'usure. Ces installations doivent être entretenues avec soin, notamment par des contrôles réguliers visant à détecter toute fuite ou usure et à prévenir toute contamination susceptible d'entraîner des accidents d'exploitation.

Le gazole, principale source d'énergie pour la plupart des industries, nécessite des procédures de manipulation et de stockage appropriées afin de préserver sa qualité et son efficacité. Une manipulation, un stockage et des déversements inappropriés, surtout sur une période prolongée, peuvent entraîner la dégradation du gazole, notamment en raison de l'humidité, des températures extrêmes et de la contamination. Ces facteurs peuvent provoquer des phénomènes tels que la prolifération d'algues (ou contamination microbienne) et une baisse du rendement du moteur. L'ajout d'additifs et le nettoyage régulier du réservoir permettent de résoudre ces problèmes et d'assurer un fonctionnement optimal du carburant et des équipements.

De plus, les additifs chimiques contribuent à ralentir la détérioration naturelle et à minimiser les coûts d'exploitation. Surtout, la conception des réservoirs de carburant a été considérablement modifiée : ils intègrent désormais des systèmes de ventilation améliorés afin de réduire les émissions de vapeurs, entre autres caractéristiques, et de se conformer aux normes de confinement. Le respect de la réglementation garantit la fiabilité et l'efficacité des systèmes et composants de carburant, tout en réduisant l'impact environnemental et en répondant aux exigences établies pour ces industries.

Les groupes électrogènes auxiliaires sont essentiels pour garantir une alimentation électrique continue en cas de coupure de courant. Utilisés dans l'industrie, les établissements médicaux et les foyers soucieux du maintien d'une activité normale, ils sont conçus pour assurer la continuité des opérations en toute sécurité, même en situation de crise. De plus, la production d'électricité associée joue un rôle crucial, car elle permet de prendre les mesures nécessaires pour sauver des vies. Aujourd'hui encore, de nombreuses installations utilisent des groupes électrogènes, notamment dans les industries qui exploitent des systèmes électroniques ou techniques sensibles nécessitant une alimentation de secours stable et continue.

Qu'est-ce qu'un générateur de secours ?

Les groupes électrogènes de secours utilisent principalement des combustibles tels que le gaz naturel, le propane ou le diesel, convertis en énergie mécanique puis en énergie électrique grâce à un alternateur. En cas de coupure de courant, le commutateur de transfert automatique du système se met en marche : le bâtiment est alors déconnecté du réseau et alimenté par le groupe électrogène. La transition se fait en douceur afin de minimiser les perturbations.

Actuellement, il existe des systèmes d'alimentation de secours de pointe, tels que des générateurs, qui surveillent et diagnostiquent l'alimentation et d'autres fonctions. Capables de supporter diverses charges électriques, ils sont reconnus comme des sources d'alimentation de secours performantes, adaptées aux secteurs domestique, commercial et industriel. Lorsqu'ils sont en service, il est essentiel d'entretenir les générateurs conformément aux exigences. Cet entretien comprend diverses procédures, notamment le fonctionnement du générateur après des durées spécifiques, la vérification du système d'alimentation et le contrôle des performances, afin de garantir leur bon fonctionnement.

Installation et maintenance des groupes électrogènes de secours

Pour garantir une installation, un fonctionnement et un entretien corrects du groupe électrogène de secours, il est impératif de suivre les instructions du fabricant et de respecter la réglementation locale, pour des raisons de sécurité et d'efficacité. L'installation commence par le choix de l'emplacement, qui doit être correctement ventilé, respecter les distances de sécurité requises et garantir l'absence de gaz d'échappement dans l'espace occupé. De plus, il est nécessaire d'utiliser un inverseur de source adapté au groupe électrogène de secours afin d'assurer une commutation fluide entre l'alimentation secteur et le groupe électrogène en cas de panne de courant. Il est recommandé de faire appel à un professionnel pour l'installation, notamment pour le forage des composants électriques et d'alimentation en carburant et la vérification de la conformité.

La maintenance est une activité courante qui consiste en des contrôles et des tests réguliers visant à prévenir les pannes imprévues. Ces contrôles portent principalement sur la qualité des carburants et leur niveau, l'huile et le liquide de refroidissement sont inspectés, l'état de la batterie est surveillé et les filtres à air sont nettoyés. De plus, des tests de fonctionnement en charge doivent être effectués régulièrement afin de vérifier la capacité du générateur à répondre à la demande prévue. La nouvelle technologie de surveillance à distance permet de diagnostiquer les problèmes potentiels, évitant ainsi aux utilisateurs d'attendre que la situation s'aggrave pour les résoudre. Des mesures de maintenance appropriées doivent être mises en place et la gestion du système de production d'énergie sera optimisée à l'avenir grâce aux applications dédiées.

Applications courantes des groupes électrogènes de secours

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   Générateurs — Les générateurs sont entraînés par des turbines à vapeur – la source de chaleur – utilisant l'énergie du mouvement mécanique, qui est convertie en énergie du mouvement électrique par induction électromagnétique pour produire de l'électricité.
2. 02
   Transformateurs — Afin d'accroître l'efficacité des lignes électriques sur de longues distances, des transformateurs sont installés pour réguler la tension à des niveaux raisonnables.
3. 03
   Lignes de transport d'énergie — Par exemple, les centrales électriques situées dans des zones reculées utilisent la haute tension et ont donc besoin de lignes de transport aériennes pour se connecter aux sous-stations éloignées.
4. 04
   Sous-stations — Les sous-stations réduisent les différents niveaux de puissance pour une distribution sécurisée aux personnes vivant dans les zones résidentielles, commerciales ou industrielles.
5. 05
   Lignes de distribution — Ces câbles acheminent l'énergie de la sous-station jusqu'aux consommateurs ordinaires, bouclant ainsi le cycle de distribution.
6. 06
   Systèmes de contrôle — Des systèmes de contrôle sont mis en place pour observer et gérer le réseau électrique afin d'éviter les pannes, de distribuer correctement l'énergie et de remédier rapidement à toute défaillance du réseau, le cas échéant.

Intégration de l'énergie solaire dans les systèmes d'urgence

L'intégration de l'énergie solaire aux systèmes d'urgence présente de nombreux avantages pratiques et logistiques, renforçant ainsi la durabilité de ces systèmes. L'incorporation de production décentralisée et d'énergies renouvelables, comme le photovoltaïque, rend cette accélération possible, car les systèmes d'urgence sont sécurisés et protégés des vulnérabilités liées aux sources d'énergie centralisées. Ceci s'avérera précieux en cas de catastrophe ou d'effondrement du réseau électrique, où la production d'énergie sur site est privilégiée et la dépendance aux sources d'énergie externes réduite au minimum.

Pour favoriser ces progrès, l'alimentation en énergie solaire sera assurée le jour, et la nuit, les systèmes basculeront sur l'alimentation par batteries si les générateurs solaires ne sont pas opérationnels. Les batteries actuelles et les plus récentes (par exemple, au lithium et à électrolyte solide) ont considérablement progressé en termes de capacité et de performance. Ces installations de stockage d'énergie, optimisées par l'énergie solaire, fournissent de l'énergie à des secteurs tels que les stations d'épuration, les établissements de santé et les réseaux de communication, sans nécessiter d'énergie sur site, ce qui les rend plus respectueuses de l'environnement.

De plus, l'énergie solaire peut être exploitée de manière flexible et adaptée aux besoins spécifiques de chaque application grâce à sa capacité d'adaptation. Les technologies de contrôle par onduleur intégrées à chaque champ solaire optimisent son fonctionnement. Ce système de contrôle dynamique répond aux variations de la demande énergétique, garantissant ainsi une exploitation efficace des systèmes et réduisant le gaspillage d'énergie, notamment en cas d'urgence. Cette capacité contribue ainsi à une planification efficace des interventions d'urgence et à la réalisation d'autres objectifs de développement durable dans les villes.

Solutions d'alimentation de secours pour les installations critiques

Les systèmes d'alimentation de secours constituent un élément essentiel pour la quasi-totalité des exploitants d'installations fixes, quel que soit le secteur d'activité où les risques de coupure de courant sont critiques. La plupart de ces systèmes sont équipés de technologies de pointe, telles que les alimentations sans interruption (ASI), les groupes électrogènes de secours classiques au diesel ou au gaz naturel, ainsi que les batteries rechargeables, comme les batteries lithium-ion. Ces systèmes fournissent une alimentation de secours en cas de panne, permettant ainsi de limiter les pertes de temps et de protéger les équipements sensibles.

Dans le domaine de l'alimentation électrique fiable, les systèmes hybrides associent notamment les générateurs traditionnels aux sources renouvelables, incluant, dans certains cas, des batteries de pointe. Ils contribuent à une disponibilité énergétique permanente tout en réduisant plus efficacement la consommation de combustibles fossiles. Prenons l'exemple de l'application des technologies d'énergie solaire : les panneaux solaires fonctionnent en journée et l'énergie est stockée ou prise en charge par des générateurs en cas de besoin. Grâce à la communication intelligente des dispositifs du réseau, la consommation d'énergie est gérée efficacement dans tous les domaines, de manière proactive dans la conception et la gestion des pannes.

Les infrastructures telles que les hôpitaux, les centres de données et les services de secours sont souvent équipées d'un système d'alimentation de secours. En effet, ces infrastructures doivent pouvoir remplir leur mission – protéger et sauver des vies humaines – quelles que soient les conditions. Dans un environnement aussi critique, les interruptions de service présentent des risques de perte de données essentielles, de dégradation des soins aux patients ou d'absence de plan d'intervention en cas d'urgence. Les systèmes d'alimentation actuellement utilisés privilégient des éléments porteurs supplémentaires et une redondance accrue afin qu'une défaillance ponctuelle n'entraîne pas l'effondrement de l'ensemble de la structure. Grâce à ces systèmes, la stabilité opérationnelle et les taux de maintenance des infrastructures sont désormais optimisés.

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   Alimentation sans interruption (ASI) : — L'onduleur est un élément essentiel d'un système d'éclairage de secours, car il assure l'alimentation de secours pendant les quelques secondes nécessaires au basculement de la charge. Il garantit ainsi la continuité de fonctionnement des systèmes critiques avec un minimum de perturbations lors de la transition vers une source d'alimentation secondaire.
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   Générateurs de secours : — Certains systèmes sont spécifiquement conçus pour optimiser l'approvisionnement en énergie, notamment en cas de coupure de courant prolongée. Fonctionnant généralement au diesel, au gaz naturel ou au propane, ces générateurs de secours prennent automatiquement le relais en cas de panne de courant.
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   Systèmes de stockage d'énergie par batterie : — Les technologies de batteries de nouvelle génération, capables de stocker l'énergie, servent de systèmes d'alimentation de secours en cas de coupure de courant. Elles sont également souvent utilisées conjointement avec des sources d'énergie renouvelables, comme les panneaux solaires photovoltaïques, afin d'augmenter la puissance et d'améliorer la fiabilité du réseau.
4. 04
   Commutateurs de transfert automatique (ATS) : — Le commutateur de transfert automatique permet une commutation rapide et transparente entre deux sources d'alimentation, le réseau électrique normal et le générateur de secours, minimisant ainsi les temps d'arrêt des équipements.
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   Solutions d'énergie renouvelable : — Les solutions d'énergie renouvelable (panneaux solaires, éoliennes, systèmes hybrides) offrent des sources d'énergie de secours plus propres et plus durables, notamment dans les zones où les systèmes d'énergie électrique peuvent être raccordés au réseau ou lorsque l'utilisation d'un générateur de secours de grande taille n'est pas pertinente.

Générateurs diesel ou à gaz

Solutions d'urgence à énergie solaire

Un générateur de secours solaire est sans conteste la solution la plus durable et efficace pour pallier les coupures d'énergie. Fonctionnant grâce à des panneaux solaires ventilés qui convertissent la chaleur du soleil en électricité, il est particulièrement utile dans les zones reculées dépourvues de réseau électrique. La technologie solaire utilisée est très performante : elle transforme l'énergie thermique en énergie mécanique, contrairement aux systèmes à combustibles fossiles, coûteux et difficiles à entretenir.

Des avancées telles que les panneaux solaires portables et les projecteurs solaires intégrés à des sources d'alimentation permettront de rendre ces services abordables et accessibles dans de nombreux environnements sinistrés. Par exemple, si les dispositifs d'aide aux victimes de catastrophes doivent être équipés de panneaux solaires, il sera plus facile de se les procurer à un prix plus accessible et sans obstacles. L'intégration d'une batterie lithium-ion grâce aux technologies les plus récentes, notamment le stockage et la recharge par énergie solaire, offre une puissance accrue par unité de volume et une autonomie prolongée, même pour des applications critiques.

Les progrès de la technologie photovoltaïque ont permis l'invention de panneaux solaires portables et autonomes de divers types. Cette tendance est clairement mise en évidence par les données statistiques, qui révèlent une forte augmentation du nombre d'équipements d'urgence équipés de panneaux solaires, appréciés pour leur mobilité et leur respect de l'environnement. Ces avancées démontrent que l'énergie solaire conserve toute son importance dans la construction d'infrastructures d'urgence durables.

Comparaison des systèmes d'alimentation de secours de niveau 1 et de niveau 2

Sources de référence

• [01]
  Mesurer et renforcer la résilience des systèmes énergétiques interdépendants, des services d'urgence et des communautés sociales
  vtechworks.lib.vt.edu →
• [02]
  Solutions de formation dynamiques et réactives sur les ressources énergétiques distribuées à destination des responsables des services du bâtiment, de la sécurité incendie et de la sécurité générale
  osti.gov →