Les systèmes énergétiques autonomes bouleversent la gestion du réseau

L’énergie renouvelable, le solaire sur les toits, la recharge véhicule-réseau et d’autres sources d’énergie distribuées (DER) transforment le réseau électrique. Alors que l’électricité circulait autrefois de manière stable dans un seul sens—de la centrale aux utilisateurs—elle provient désormais de sources décentralisées qui peuvent être inconsistantes et imprévisibles.

Découvrez-en plus sur les systèmes d’énergie autonomes et les DER. Vidéo utilisée avec la permission de NREL

Les technologies de réseaux intelligents peuvent atténuer les fluctuations et simplifier la gestion du réseau, mais il s’agit d’une tâche permanente d’accommoder plusieurs DER. Le Laboratoire National des Énergies Renouvelables (NREL) suggère d’adopter la décentralisation et que l’utilisation de systèmes d’énergie autonomes (AES) pourrait être la solution. Les systèmes d’énergie autonomes utilisent des algorithmes pour ajuster le réseau aux fluctuations, optimiser le flux d’énergie et augmenter la fiabilité.

NREL a fourni des algorithmes et une analyse pour concevoir un réseau électrique autonome dans le Colorado. Image utilisée avec la permission de NREL

Pourquoi utiliser des systèmes d’énergie autonomes ?

Traditionnellement, la gestion du réseau a envisagé l’approvisionnement et la demande d’énergie de haut en bas, de la production à la transmission puis aux utilisateurs. Ce système a bien fonctionné pendant des décennies, mais la complexité moderne du réseau a créé des défis. Le NREL a identifié les principaux problèmes :

• Sources d’énergie renouvelable : Le vent et le solaire subissent des fluctuations quotidiennes, saisonnières et liées aux conditions météorologiques.
• Demande d’énergie intermittente : La recharge des véhicules électriques peut créer une demande inattendue, notamment si de nombreux véhicules, tels que les flottes électrifiées, rechargent simultanément. De plus, les bâtiments, micro-réseaux et réseaux communautaires utilisent de l’énergie renouvelable mais dépendent de l’énergie du réseau la nuit ou par mauvais temps.

Gestion traditionnelle contre gestion future du réseau. Image utilisée avec la permission de NREL

• Ressources basées sur des onduleurs : La production d’énergie renouvelable à grande échelle (parcs solaires et éoliens) et les sources basées sur l’utilisateur qui alimentent le réseau (solaire sur les toits, recharge véhicule-réseau) utilisent des onduleurs pour l’intégration au réseau. Cependant, ces onduleurs varient en interfaces et communication, posant des problèmes d’interopérabilité.
• Technologies de réseaux intelligents : Les réseaux intelligents peuvent résoudre des problèmes de réseau, mais ils peuvent également en créer. De nombreuses entreprises fabriquent des contrôles, des capteurs, des systèmes d’analyse de données et d’autres outils, soulevant des problèmes d’interopérabilité.
• Sécurité informatique : À mesure que les DER augmentent, les risques en matière de cybersécurité également. Chaque ressource devient un point d’entrée potentiel pour des cyberattaques ou des logiciels malveillants pouvant perturber les opérations du réseau ou provoquer des pannes.

La démarche des solutions d’énergie autonomes (AES) renverse la gestion du réseau en considérant le réseau comme un ensemble de cellules qui génèrent et/ou utilisent de l’énergie. Les cellules sont alors agrégées en cellules plus grandes, formant une vue d’ensemble du réseau.

Gestion traditionnelle du réseau contre AES. Image utilisée avec la permission de NREL

L’intelligence artificielle et l’apprentissage automatique traitent et analysent les données en quelques secondes, fournissant des informations quasi instantanées et s’ajustant automatiquement aux changements. Les AES peuvent rationaliser l’interopérabilité et détecter et prévenir les erreurs et défaillances.

Application des AES

Le NREL a appliqué les AES dans plusieurs projets concrets. Dans chaque cas, des outils et des méthodes ont été adaptés aux besoins et caractéristiques spécifiques de la cellule.

Gestion des cellules du réseau par les AES. Image utilisée avec la permission de NREL

À Basalt, dans le Colorado, le NREL a collaboré avec la compagnie d’électricité locale, Holy Cross Energy, pour gérer de manière autonome une communauté de logements durables et abordables. Située dans une région montagneuse près d’Aspen, mais éloignée des lignes de transmission, elle subit des risques liés à des conditions météorologiques extrêmes et aux incendies de forêt. La communauté souhaitait utiliser de l’énergie renouvelable mais avait besoin d’une connexion réseau résiliente. Les nouvelles maisons ont utilisé des combinaisons de panneaux solaires sur le toit, de véhicules électriques et de systèmes de stockage d’énergie par batterie.

Le NREL a utilisé ses Systèmes d’Énergie Distribués Optimisés par Réseau (NODES), qu’il avait testés dans ses installations d’intégration des systèmes énergétiques. NODES est comparable à une centrale virtuelle, en ce sens qu’il utilise des algorithmes pour équilibrer la charge et la demande. À Basalt, le NREL et Holy Cross ont installé des contrôleurs à l’intérieur des maisons et dans des boîtiers étanches à l’extérieur. Les contrôleurs exécutent des algorithmes NODES pour gérer automatiquement les DER des maisons. Le système apporte de la résilience aux maisons et au réseau de l’utilitaire.

Échelle de mise à jour

Le projet de Basalt a débuté avec seulement quelques maisons, mais prévoit un développement complet de 27 maisons. Le NREL déclare que le système NODES pourra facilement être étendu et est prêt pour des systèmes plus importants.

NODES est juste une approche pour utiliser l’IA et les outils AES afin d’optimiser le flux d’énergie et de rationaliser les opérations. À mesure que l’énergie devient plus décentralisée, des solutions comme les AES deviendront de plus en plus essentielles.