Lors d'une panne de courant ou après un sinistre, il est difficile de battre la simplicité d'un générateur diesel. Il suffit de fournir du carburant et de le démarrer - si facile que n'importe qui pourrait le faire. Les micro-réseaux renouvelables, en revanche, ne sont pas si simples, avec leur suite de contrôles, de logiciels et de coordination des actifs. Mais la beauté des énergies renouvelables est que le carburant est gratuit et déjà disponible sur place, même dans les zones sinistrées éloignées.

Le Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL) a maintenant publié une description des contrôles improvisés qui ont sauvé le NREL lors de sa propre panne, ce qui pourrait rendre les micro-réseaux faciles et peu coûteux là où ils sont le plus nécessaires.

La publication, intitulée « Unleashing the Frequency :Multi-Megawatt Demonstration of 100% Renewable Power Systems with Decentralized Communication-less Control Scheme », décrit une approche de micro-réseau qui évite le contrôleur central – un composant coûteux et compliqué – et sa dépendance aux communications, à la place, utilisez les contrôles natifs des systèmes de batterie, solaires et éoliens.

"L'approche de NREL permet d'assembler des appareils dans un micro-réseau sans configuration ardue, en s'appuyant uniquement sur l'énergie renouvelable et l'expérience électrique amateur - parfait pour les récupérations en un clin d'œil", a déclaré Przemyslaw Koralewicz, ingénieur NREL et co-développeur de la méthode sans communication. .

Une ressource de récupération à faible coût

Lorsque NREL a connu une panne de courant surprise, le laboratoire n'avait que peu d'options de récupération :pas de contrôleur de micro-réseau et pas de configuration préconfigurée. Juste une grosse batterie, des panneaux solaires et des éoliennes. D'autres campus - ou districts, quartiers et maisons - pourraient se retrouver dans des circonstances similaires, et pendant une panne, ce n'est pas le moment de tâtonner avec des configurations compliquées. Comme NREL, les communautés peuvent désormais mettre en place un micro-réseau résilient au pied levé, en utilisant des contrôles qui existent sur pratiquement toutes les ressources énergétiques.

Alors que les micro-réseaux sont une réponse apparente pour la récupération et la résilience, les coûts d'un contrôleur constituent un obstacle pour les communautés. En 2019, NREL a découvert que les contrôleurs de micro-réseaux avaient un coût moyen de 155 000 USD/mégawatt, ce qui pouvait mettre les micro-réseaux résilients hors de portée des zones vulnérables.

Outre les coûts, les contrôleurs introduisent un enchevêtrement de communications et de paramètres système, souvent opaques, propriétaires et conçus pour s'adapter à des scénarios particuliers. Ces caractéristiques peuvent être utiles pour minimiser la consommation d'énergie et les coûts, mais les récupérations nécessitent souvent une option rapide et prête. La méthode de NREL donne la priorité au démarrage à sécurité intégrée, renonçant aux programmes élaborés et aux communications au profit de contrôles extrêmement basiques, tout en permettant de construire des conceptions plus avancées.

Comment ça marche ?

Le schéma de NREL est décentralisé - les appareils n'échangent pas de données ni n'émettent de commandes (c'est-à-dire qu'ils sont "sans communication"). Au lieu de cela, les appareils s'autorégulent en utilisant la fréquence du système comme langage commun. En bref, une batterie ou une autre source d'alimentation forme le réseau en fournissant de l'énergie à une fréquence définie. D'autres générateurs comme les panneaux solaires et les éoliennes suivent le réseau en surveillant la fréquence et en modifiant leur puissance en conséquence.

La méthode n'a rien de trop nouveau - les commandes dites "de statisme" sont familières dans les générateurs à combustible fossile standard - ce qui fait partie de l'attrait. Les chercheurs du NREL ont montré que la méthode fonctionne avec 100 % d'énergie renouvelable, peut être mise à l'échelle et est réalisable avec la plupart des appareils énergétiques.

Ce qui est innovant, c'est que la méthode de NREL libère la fréquence du réseau d'un étroit 60 hertz (Hz). Non liée à la rotation mécanique, la fréquence du microréseau peut prendre une plage plus large. En fait, cette plage correspond précisément à la façon dont les appareils se coordonnent sans communiquer :lorsque la fréquence dépasse 60 Hz, les générateurs réduisent la puissance. A des fréquences encore plus élevées, les générateurs réduisent encore leur puissance, rééquilibrant la fréquence autour de 60 Hz. Le système se stabilise de lui-même, sans jamais surcharger les batteries ni sous-alimenter les charges.

Si cela semble plus difficile qu'un générateur diesel, cela pourrait l'être. Il nécessite encore une programmation et un paramétrage de l'appareil, qui sont détaillés dans le rapport.

"La méthode de NREL est la toute première étape d'une conception qui pourrait devenir la norme pour les micro-réseaux à sécurité intégrée", a déclaré Koralewicz. "Notre méthode sans communication pourrait être configurée nativement dans les futurs appareils ou éventuellement certifiée pour un accès facile par les opérateurs. Avec une adoption standardisée, les micro-réseaux de tout type (bases militaires, hôpitaux de secours, même les districts en réseau) pourraient compter sur une base infaillible pour leur journée -opérations quotidiennes."

La frontière des systèmes d'énergie renouvelable

À la frontière des systèmes électriques, les ingénieurs abordent les questions techniques d'exploitation du réseau avec principalement des énergies renouvelables. Les questions en suspens concernent les onduleurs, qui sont les dispositifs électroniques de puissance qui relient l'énergie renouvelable au réseau, et en particulier, comment les onduleurs peuvent former le réseau d'une manière que les ressources fossiles ont traditionnellement. Le consortium UNIFI relève le défi de l'onduleur avec les efforts combinés de dizaines d'instituts de recherche, dirigés par NREL.

La méthode sans communication de NREL est un exemple d'une stratégie de formation de réseau, le type qui sera nécessaire à mesure que les systèmes poussent vers des niveaux plus élevés d'énergies renouvelables. En proposant la méthode, NREL innove dans certains des sujets les plus délicats auxquels l'UNIFI et les systèmes électriques sont confrontés partout, tels que la façon de gérer la protection du réseau et les contrôles qui devraient être essentiels sur les dispositifs de formation de réseau. Les auteurs abordent ces questions dans le rapport, proposant une direction que les futurs systèmes énergétiques peuvent prendre sur la voie de la décarbonisation. + Explorer plus loin

Vidéo :Comment avoir une capacité d'énergie renouvelable plus que suffisante peut rendre le réseau plus flexible