Un approvisionnement énergétique durable nécessite l'expansion des réseaux électriques. Cependant, les nouvelles lignes de transmission peuvent également rendre les réseaux plus instables plutôt que plus stables, comme on pourrait s'y attendre. Ce phénomène est appelé le paradoxe de Braess.

Pour la première fois, une équipe internationale, comprenant des chercheurs de l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT), a maintenant simulé ce phénomène en détail pour les réseaux électriques, l'a démontré à plus grande échelle et a développé un outil de prédiction, qui doit soutenir le réseau opérateurs dans la prise de décision. Les chercheurs rapportent dans la revue Nature Communications .

La transformation durable du système énergétique nécessite une extension des réseaux pour intégrer des sources renouvelables et transporter l'électricité sur de longues distances. Une telle expansion nécessite des investissements importants et vise à rendre les réseaux plus stables. Cependant, en améliorant les lignes existantes ou en en ajoutant de nouvelles, le réseau peut devenir plus instable plutôt que plus stable, ce qui entraîne des pannes de courant.

"Nous parlons alors du paradoxe de Braess. Ce phénomène indique qu'une option supplémentaire conduit à une aggravation de la situation globale au lieu d'une amélioration", explique le Dr Benjamin Schäfer, responsable de l'analyse des systèmes complexes basée sur les données (DRACOS). groupe de recherche du KIT Institute for Automation and Applied Informatics.

Le phénomène porte le nom du mathématicien allemand Dietrich Braess, qui en a parlé le premier pour les réseaux routiers :Dans certaines conditions, la construction d'une nouvelle route peut augmenter le temps de trajet pour tous les usagers de la route. Cet effet a été observé dans les systèmes de circulation et a été discuté pour les systèmes biologiques. Pour les réseaux électriques, elle n'a jusqu'à présent été prédite que théoriquement et illustrée à très petite échelle.

Les chercheurs simulent le réseau électrique allemand, y compris les extensions prévues

Les chercheurs dirigés par le Dr Schäfer ont maintenant simulé le phénomène en détail pour les réseaux électriques pour la première fois et l'ont démontré à plus grande échelle. Ils ont simulé le réseau électrique allemand, y compris les renforcements et extensions prévus. Dans une configuration expérimentale en laboratoire montrant le paradoxe de Braess dans une grille AC, les chercheurs ont observé le phénomène en simulation et en expérience, en mettant l'accent sur les écoulements circulaires.

Ces derniers sont cruciaux pour comprendre le paradoxe de Braess :une ligne électrique est améliorée, par exemple, en réduisant sa résistance, et peut alors transporter plus de courant. "En raison des lois de conservation, cela donne lieu à un nouveau flux circulaire, et plus de courant circule alors dans certaines lignes et moins dans d'autres", explique Schäfer. "Cela devient un problème lorsque la ligne la plus chargée doit transporter encore plus de courant, devient surchargée et doit finalement être arrêtée. Cela rend le réseau plus instable et, dans le pire des cas, il s'effondre."

La compréhension intuitive permet des décisions rapides

La plupart des réseaux électriques ont une capacité de réserve suffisante pour résister au paradoxe de Braess. Lors de la construction de nouvelles lignes et pendant l'exploitation, les gestionnaires de réseau examinent tous les scénarios possibles. Cependant, lorsque des décisions doivent être prises à court terme, par exemple pour fermer des lignes ou déplacer la production d'une centrale électrique, il n'y a pas toujours assez de temps pour parcourir tous les scénarios. "Ensuite, vous avez besoin d'une compréhension intuitive des flux circulaires pour pouvoir évaluer quand le paradoxe de Braess se produit et ainsi prendre rapidement les bonnes décisions", explique Schäfer.

Avec une équipe internationale et interdisciplinaire, le scientifique a donc développé un outil de prédiction pour aider les gestionnaires de réseaux à prendre en compte le paradoxe de Braess dans leurs décisions. "Les résultats de la recherche ont permis une compréhension théorique du paradoxe de Braess et fourni des directives pratiques pour planifier judicieusement les extensions de réseau et soutenir la stabilité du réseau", a déclaré Schäfer. + Explorer plus loin

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