Les technologies d’amélioration du réseau peuvent augmenter la capacité du réseau pour les sources d’énergie renouvelable et réduire la limitation de production.
Les technologies d’énergie renouvelable sont intégrées au réseau à des taux plus élevés que jamais pour décarboniser le réseau. En 2023, 507 GW de capacité de production d’électricité renouvelable ont été ajoutés au réseau mondial, soit une augmentation de 50 % par rapport à 2022, et cette croissance devrait se poursuivre. La capacité mondiale d’énergie renouvelable pourrait atteindre entre 7 300 et 8 130 GW d’ici 2028, et les technologies intermittentes (solaire et éolien) devraient représenter 96 % de cette capacité supplémentaire.
Quels sont les avantages des évaluations dynamiques des lignes ? Vidéo utilisée avec l’aimable autorisation de PPL Electric
Tandis que les énergies renouvelables contribuent à décarboniser le réseau, leur nature intermittente engendre également des problèmes de congestion, notamment parce que de nombreuses centrales d’énergie renouvelable sont situées loin des consommateurs, ce qui entraîne un besoin accru d’installations de transport et de capacité de transmission dans le réseau. Les technologies d’amélioration du réseau (GET) sont une solution pour libérer davantage de capacité de transmission à partir des actifs de réseau existants. Les GET évitent la nécessité de construire de nouvelles infrastructures, ce qui est crucial lorsque les renouvelables sont déployées rapidement. Des exemples concrets de GET fonctionnent déjà efficacement dans le réseau électrique américain.
Station de transmission. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Pixabay
Congestion du réseau
Le nombre croissant de sources d’énergie renouvelable intermittentes rend l’approvisionnement en énergie plus variable et difficile à contrôler. Cette variabilité peut provoquer des pics de puissance et des charges élevées, notamment dans les zones à forte concentration de renouvelables. Un excès de puissance peut entraîner une surchauffe des lignes de transmission, créant des limites physiques dans les matériaux des lignes de transmission et entraînant une congestion. Comme de nombreuses lignes de transmission sont anciennes, elles ne sont pas conçues pour résister à ces niveaux d’énergie, ce qui rend la congestion de plus en plus fréquente.
La congestion du réseau est un problème mondial. En 2018, environ 6 500 GWh d’énergie solaire ont été limitées aux États-Unis, en Allemagne, au Chili et en Chine. Les coûts de congestion aux États-Unis ont également doublé entre 2020 et 2021 et ont encore augmenté de 56 % entre 2021 et 2022, entraînant une hausse des prix de l’électricité. On estimait que les coûts de congestion en 2022 s’élevaient à 20,8 milliards de dollars aux États-Unis, tandis que la congestion a coûté 4,2 milliards d’euros aux réseaux électriques européens en 2023.
Qu’est-ce que les technologies d’amélioration du réseau ?
Les GET sont utilisées pour éliminer la congestion de transmission et maximiser la capacité de transmission dans le réseau. Ce sont des mises à niveau matérielles et logicielles déployées dans le réseau qui permettent aux actifs de transmission d’être plus flexibles et de réagir aux conditions changeantes du réseau. Cela est vital pour les réseaux dotés de sources d’énergie intermittentes, car les charges de transmission peuvent changer rapidement et souvent. Les GET améliorent également la capacité et la fiabilité de la transmission dans le réseau et peuvent être déployées rapidement pour améliorer la transmission du réseau. En comparaison, les mises à niveau vers de nouvelles infrastructures de réseau sont coûteuses et chronophages.
Les solutions GET coûtent moins cher et sont plus efficaces pour réduire la limitation de production. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Idaho National Laboratory
Parmi les GET courantes, on trouve :
- Évaluations dynamiques des lignes (DLR)
- Évaluations dynamiques des transformateurs
- Contrôles de flux d’énergie
- Optimisation topologique
- Technologies de conducteurs avancés
- Systèmes de stockage d’énergie
- Technologies de réponse à la demande
Les GET peuvent être intégrées comme une solution unique ou ensemble. Comparé à une approche unique, l’utilisation de plusieurs GET peut améliorer la stabilité et la capacité du réseau, car elles peuvent éliminer simultanément plusieurs goulots d’étranglement. L’efficacité des GET a déjà été démontrée dans des projets à travers le monde. Des projets pilotes réussis en Amérique du Nord, en Asie et en Europe ont atténué la congestion du réseau, amélioré l’interconnexion des renouvelables, augmenté la flexibilité du réseau et réduit la limitation de production.
Utilisation des DLR aux États-Unis : Une étude de cas
Un exemple de déploiement des GET aux États-Unis est un projet conjoint qui a débuté en octobre 2022 entre PPL Electric et Ampacimon pour intégrer les DLR dans le réseau. Les DLR surveillent les lignes de transmission en fixant des capteurs (alimentés par l’électricité circulant à travers la ligne) pour fournir des données en temps réel sur la capacité électrique de la ligne.
Un drone fixe un capteur DLR à une ligne de transmission. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Ampacimon
Les capteurs DLR détectent également des anomalies pouvant indiquer des défauts et des pannes imminentes, permettant une approche prédictive et préventive de la maintenance. Les DLR ont permis à PPL Electric de prendre des décisions basées sur des données pour surveiller la santé de différents actifs de transmission, effectuer des ajustements en temps réel à la quantité d’électricité circulant à travers les lignes de transmission et réduire la congestion.
Le projet initial a été réalisé sur trois lignes de transmission 230 kV historiquement congestionnées et s’est depuis élargi, avec plusieurs autres lignes ajoutées chaque année. Parmi les principaux avantages réalisés à ce jour grâce à l’intégration des GET, on constate :
- La capacité de prévoir les besoins en énergie pour créer des métriques d’utilisation énergétique de référence pour analyser et prédire l’utilisation future
- Une réduction des coûts de congestion de transmission sur une seule ligne de 65 millions de dollars par rapport à l’hiver précédent
- 16 % de capacité en plus par rapport aux évaluations de ligne statiques précédemment utilisées
- Un report de la nécessité de construire de nouvelles infrastructures, économisant environ 50 millions de dollars
Projet Georgia Tech et Smart Wires DOE
Georgia Tech a reçu environ 2,1 millions de dollars de financement du Département de l’énergie en 2023 pour optimiser les réseaux électriques de la Géorgie et de l’Alabama avec la technologie de contrôle avancé des flux d’énergie (APFC) de Smart Wires. La compagnie d’électricité, Southern Company, mettra en œuvre le projet. L’APFC utilise un logiciel DLR pour identifier les zones avec une capacité d’énergie supplémentaire et transférer l’énergie des lignes congestionnées vers des lignes sous-utilisées. La technologie APFC a déjà été utilisée avec succès, mais le dernier projet avec Georgia Tech (se terminant en 2025) est le premier déploiement technologique à grande échelle sur des réseaux électriques à l’échelle de l’État.