La plateforme ARIES modélise le flux d’énergie en réponse aux énergies renouvelables et à d’autres situations de réseau.
Le Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL) reproduit les défis énergétiques émergents grâce à sa plateforme de recherche avancée sur les systèmes énergétiques intégrés (ARIES), qui simule des réseaux électriques à grande échelle et des dispositifs en bord de réseau dans des environnements physiques et virtuels.
Comment les ingénieurs utilisent-ils la plateforme ARIES ? Vidéo utilisée avec la permission de NREL
Les ingénieurs utilisent la plateforme pour explorer l’intégration du stockage d’énergie, les menaces de cybersécurité, l’instabilité du contrôle, et d’autres scénarios pertinents pour le réseau actuel. Ces considérations surviennent alors que les services publics luttent pour équilibrer l’offre et la demande provenant de ressources renouvelables variables comme l’éolien et le solaire, qui représentent une part croissante de la génération d’énergie nationale—21 % en 2023. Parallèlement, les bâtiments intelligents et les véhicules électriques rendent plus difficile le contrôle de millions de dispositifs interconnectés et décentralisés variant en taille et en capacité.
L’interface de réseau contrôlable (CGI) d’ARIES modélise le flux d’énergie dans diverses situations, telles que des pannes entraînant l’arrêt d’un micro-réseau alimenté par éoliennes ou une défaillance d’un générateur diesel sur une île dominée par les énergies renouvelables.
La CGI a quadruplé de puissance cette année après presque cinq ans d’opération, permettant aux ingénieurs d’étudier les incertitudes énergétiques à grande échelle.
La plateforme ARIES peut simuler des solutions d’énergie renouvelable à grande échelle. Image utilisée avec la permission de NREL/John Bauer et Taylor Mankle
Fonctionnalités et capacités d’ARIES
Après la dernière mise à jour, la CGI peut accueillir deux scénarios personnalisés à 7 MVA et 20 MVA. Alors que les projets étaient auparavant ralentis par une disponibilité limitée, l’expansion libère des ressources, permettant aux chercheurs de passer d’une machine à l’autre selon les besoins.
Ces deux systèmes peuvent valider les fonctions de contrôle de puissance active et réactive des technologies de génération et de stockage dans des conditions de tension moyenne de 13,2 kV. La plateforme recrée des modèles 3D de réseaux électriques avec des milliers à des millions de systèmes énergétiques, allant de grandes centrales nucléaires à des chargeurs de véhicules électriques individuels et des dispositifs intelligents.
ARIES est très polyvalent et peut répondre aux défis évolutifs des réseaux électriques. De manière cruciale, les ingénieurs peuvent reproduire des ressources éoliennes, solaires et de batteries pour se conformer aux normes d’interconnexion, y compris les performances de qualité de l’électricité, le maintien en fonctionnement lors de pannes, et les services de fiabilité pour garantir que les réseaux fonctionnent de manière sécurisée et fluide.
Une installation de test ARIES sur le campus Flatirons du NREL dans le Colorado. Image utilisée avec la permission de NREL/Josh Bauer et Taylor Mankle
Les ingénieurs peuvent tester différentes combinaisons de ressources énergétiques pour voir comment elles interagissent dans le monde réel. Par exemple, le projet FlexPower du NREL a utilisé ARIES pour étudier des configurations hybrides combinant éolien, stockage, eau et énergie solaire. Pendant ce temps, le projet SuperFACTS a simulé une batterie sur une interface CGI et un parc photovoltaïque sur une autre. En modélisant leur fonctionnement à 1 000 miles de distance, les ingénieurs ont pu mieux comprendre comment chacun réagissait aux variations de fréquence sur le même réseau.
À Cordova, en Alaska, le NREL a développé un simulateur d’hydroélectricité pour modéliser des solutions de stabilité de réseau pour le micro-réseau du village, qui dépendait de deux centrales hydroélectriques et de générateurs diesel. L’émulateur de 2,5 MW était informé par des données réelles provenant des centrales hydroélectriques locales, permettant aux chercheurs de tester diverses combinaisons de batteries ou de panneaux solaires.
Deux cas d’utilisation : sécurité du réseau et intégration de l’hydrogène
Les services publics recherchent des solutions pour maintenir le contrôle sur les dispositifs interactifs du réseau, un défi encore compliqué par une standardisation incohérente entre les systèmes hérités et modernes. Ils doivent également anticiper les menaces cyber-physiques émergentes qui pourraient provoquer des pannes généralisées.
Le Cyber Range ARIES digitalise, simule et visualise des expériences de systèmes énergétiques pour tenir compte de tels scénarios. La plateforme est liée à plus de 20 MW de matériel de système énergétique.
Le projet CloudZero du NREL a déployé plusieurs modèles de puissance synthétiques pour simuler des scénarios de distribution et de transmission à Austin, au Texas. Les ingénieurs ont connecté le Cyber Range ARIES à Amazon Web Services pour étudier la faisabilité, les risques, les limitations, et les coûts de l’utilisation des services cloud pour compléter les solutions sur site des services publics. Leurs co-simulations ont identifié des opportunités critiques et des considérations pour que les services publics puissent utiliser en toute sécurité les services cloud pour les opérations du réseau, y compris la prévision de la charge, la fiabilité du système électrique de gros, et la disponibilité.
Les processus ARIES sur le campus du NREL. Image utilisée avec la permission de NREL
ARIES soutient la recherche sur l’intégration de l’énergie hydrogène à travers diverses applications, y compris les piles à hydrogène, les réservoirs de stockage, les déioniseurs d’eau et les électrolyseurs. La plateforme à l’échelle mégawatt permet aux ingénieurs de tester des systèmes hydrogène avant de les mettre à l’échelle sur le réseau. Le NREL travaille actuellement à valider un pipeline pour le stockage souterrain d’hydrogène dans des cavernes en utilisant la technologie du hydrure métallique.