Les vagues de chaleur estivales à travers le pays ont testé si le réseau électrique vieillissant de l'Amérique pouvait répondre à la demande - un problème qui, selon les scientifiques, sera exacerbé par le changement climatique, car de violents ouragans, incendies de forêt et autres phénomènes météorologiques se produisent plus fréquemment, perturbant la production et la transmission d'électricité.

Répondre aux besoins croissants en électricité des consommateurs américains nécessite une plus grande capacité de production et de transmission, une résilience accrue et une gestion plus intelligente.

La salle de presse DU a demandé à Amin Khodaei, directeur du KLab et professeur de génie électrique et informatique à la Ritchie School of Engineering and Computer Science de l'Université de Denver, comment les nouvelles technologies, les réseaux intelligents et les consommateurs actifs peuvent préparer le réseau au changement climatique.

Quels défis le changement climatique pose-t-il à notre réseau électrique actuel ?

La sécurité, les loisirs, le travail et maintenant plus que jamais l'éducation dépendent fortement d'un réseau électrique capable de fournir et de fournir de l'électricité sans interruption. Cependant, les phénomènes météorologiques extrêmes et les catastrophes naturelles induits par le changement climatique perturbent le réseau et posent de multiples défis à son fonctionnement.

Le réseau électrique a traditionnellement été conçu avec deux objectifs en tête :la fiabilité et l'économie. La fiabilité représente la capacité du réseau à continuer l'approvisionnement et la livraison d'électricité en cas de pannes d'équipement limitées, par exemple, si une ou deux lignes de transmission sont hors service. L'objectif économique du réseau consiste à sélectionner le mix de production le moins coûteux pour produire de l'électricité compte tenu des limites physiques et techniques du réseau et des différentes unités de production. Les services publics d'électricité ont pour la plupart réussi à atteindre ces deux objectifs au cours du siècle dernier. Cependant, la fréquence et l'intensité croissantes des catastrophes induites par le climat nécessitent de considérer un autre objectif tout aussi important :la résilience. La résilience est définie comme la capacité d'un réseau électrique et de ses composants à résister et à s'adapter aux événements perturbateurs et à s'en remettre rapidement. Atteindre la résilience coûte cher, et le nombre croissant de catastrophes ne fait qu'empirer les choses.

Comment le réseau actuel peut-il être adapté ou mis à niveau pour garantir une électricité résiliente et fiable ?

Trois facteurs déterminent les futurs besoins et défis du réseau. Les deux premiers sont le changement climatique et l'évolution du paysage de l'approvisionnement énergétique dont j'ai parlé. Le troisième concerne les consommateurs. La façon dont les consommateurs utilisent l'électricité évolue. Il existe un besoin croissant d'alimentation de meilleure qualité pour les appareils numériques des consommateurs. Les consommateurs installent également de plus en plus de production locale, y compris des panneaux solaires sur les toits et des systèmes de stockage d'énergie résidentiels, provoquant pour la première fois un flux d'électricité bidirectionnel, des clients vers le réseau en amont. L'utilisation croissante des véhicules électriques est un autre changement majeur, qui pourrait potentiellement doubler la demande de pointe d'un consommateur résidentiel, nécessitant des mises à niveau du réseau.

Le réseau doit améliorer ses capacités aux trois niveaux physique, cybernétique et décisionnel pour relever ces défis. La couche physique a besoin de nouvelles technologies telles que les dispositifs de surveillance en temps réel et les micro-réseaux pour fournir une intelligence locale afin de mieux gérer les ressources distribuées. La couche cybernétique a besoin de communications actualisées et de mesures de cybersécurité pour faire face au réseau numérisé. Et la couche de prise de décision doit être remaniée en profondeur pour tirer parti des technologies de pointe, telles que l'intelligence artificielle et l'informatique avancée.

Comment le réseau doit-il être modifié pour mettre en ligne de nouvelles ressources énergétiques renouvelables et fiables ?

La production d'électricité est responsable de 25 % des émissions de gaz à effet de serre, juste après le secteur des transports à 27 %. Outre les impacts sociétaux négatifs importants, ces émissions exacerbent le changement climatique qui perturberait davantage le fonctionnement du réseau. Il est vital de réduire ces émissions, ce qui devrait être fait en exploitant des sources d'énergie propres et renouvelables telles que l'éolien et le solaire.

Bien que ces ressources soient propres, renouvelables et deviennent de plus en plus rentables, elles posent quelques défis techniques au réseau. Le premier défi est l'intermittence et la volatilité de la production, ce qui signifie qu'ils ne peuvent pas produire d'électricité à tout moment, et la production d'électricité peut fluctuer considérablement en quelques secondes. Le réseau doit être modernisé pour faire face à ces fluctuations en installant des unités de réponse rapide, principalement au gaz, ou de stockage d'énergie, ce qui est coûteux. Le deuxième défi est le manque d'inertie. Les unités de génération thermique traditionnelles reposent sur la conversion d'énergie électromécanique par des éléments rotatifs, offrant une inertie mécanique qui peut être offerte pour supporter de petites variations de charge. Ceci est nécessaire pour maintenir la stabilité du réseau. Les ressources énergétiques éoliennes et solaires n'offrent pas d'inertie et ne peuvent donc pas soutenir la stabilité du réseau. Les progrès récents de l'électronique de puissance, c'est-à-dire l'électronique haute puissance utilisée pour connecter la production éolienne et solaire au réseau, fournissent des solutions viables à ce défi.

Le comportement des consommateurs devra-t-il changer avec le réseau ?

Le comportement des consommateurs est en fait en train de changer, transformant les consommateurs d'acteurs traditionnellement passifs du réseau en acteurs plus actifs qui pourraient réagir aux conditions du réseau. Si une panne du réseau perturbe la livraison d'électricité, le futur consommateur passera automatiquement à sa propre production pour remédier localement à cette panne. S'il n'y a pas de panne, le futur consommateur revendra de l'électricité au réseau et sera payé pour sa contribution à l'approvisionnement du réseau.

Cependant, un consommateur actif peut jouer un rôle beaucoup plus vital dans le fonctionnement du réseau. De nombreux défis techniques du réseau, par exemple la fluctuation de la production d'énergie renouvelable, le besoin d'une résilience améliorée, et même la récupération du système après des catastrophes, peuvent être résolus par des consommateurs actifs. Pour simplifier considérablement, pensez à ce qu'Uber a fait pour le transport. De la même manière qu'Uber a fourni une option viable et supplémentaire pour le transport, les consommateurs actifs peuvent fournir de multiples services durables pour un réseau électrique plus fiable, résilient, efficace et propre. + Explorer plus loin

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