De l'augmentation de la décarbonisation, de l'électrification et de la production distribuée aux événements météorologiques extrêmes plus fréquents dus au changement climatique, le système d'alimentation électrique subit d'immenses changements. Ces facteurs ont une incidence sur la façon dont le réseau est planifié et exploité pour maintenir une alimentation sûre et fiable.

La North American Electric Reliability Corporation, qui se consacre à la surveillance de la santé globale du système d'alimentation en vrac et à la minimisation des risques de fiabilité et de sécurité, a publié l'évaluation de la fiabilité de l'été 2022. Le rapport a identifié plusieurs zones qui sont plus à risque cet été en raison de conditions de sécheresse extrêmes, de lignes de transmission hors service, d'une demande plus élevée, etc. Les risques de fiabilité accrus rendent la planification du système électrique encore plus importante.

Pour cadrer la question de la fiabilité, les chercheurs du Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL) utilisent les « trois R de la fiabilité du système électrique » :adéquation des ressources, fiabilité opérationnelle et résilience. Les trois R sont nécessaires pour un système d'alimentation sûr et fiable. Ce concept a guidé les études récentes du NREL sur le maintien de la fiabilité avec un réseau et un environnement changeants.

Il n'y a pas de définition absolue unique pour chacun des trois R, et certains aspects se chevauchent. De plus, les paramètres utilisés pour mesurer la fiabilité du système électrique sont toujours en cours de développement et font actuellement l'objet d'une conversation importante dans l'espace de planification du réseau. Cependant, les trois R peuvent éclairer la planification et l'exploitation globales du système électrique afin de garantir un réseau sûr et fiable.

"Chaque région est différente et nécessite sa propre analyse unique, mais les trois R peuvent aider à fournir une image plus complète de la fiabilité du système électrique et des risques aux planificateurs de réseau, aux régulateurs et aux décideurs", a déclaré Paul Denholm, analyste principal de l'énergie chez NREL. "Les trois R peuvent également guider l'évolution des mesures de fiabilité du système électrique à l'avenir."

Adéquation des ressources :capacité de réserve suffisante

L'adéquation des ressources est la capacité du système électrique à fournir suffisamment d'électricité - aux bons endroits - pour garder les lumières allumées, même pendant les jours de conditions météorologiques extrêmes ou les périodes de baisse de charge. L'adéquation des ressources est généralement mesurée par la probabilité d'une panne sur une longue période de temps. Lors de l'évaluation de l'adéquation des ressources, le NREL prend largement en compte l'incertitude de l'offre et de la demande.

L'incertitude de la charge comprend l'augmentation de la demande électrique, les périodes de charge stressantes, etc. L'incertitude de l'approvisionnement comprend les pannes courantes occasionnelles mais attendues dans les centrales électriques, les lignes de transmission et de distribution et d'autres équipements de réseau. L'incertitude de l'approvisionnement comprend également la disponibilité de ressources variables telles que l'énergie solaire et éolienne, ainsi que le stockage de l'énergie et la réponse à la demande, en particulier pendant les périodes de stress du système.

Un système adéquat dispose de suffisamment de ressources disponibles (par exemple, une capacité de réserve et/ou une charge flexible) pour remplacer la capacité qui tombe en panne, est hors service pour maintenance ou n'est pas disponible en raison de contraintes de carburant. Le réseau de transport est également important pour garantir l'adéquation des ressources, car il fournit la production de nombreuses ressources aux sites de charge et permet d'accéder à une plus grande diversité de ressources renouvelables variables et de charge dans les régions voisines.

Avec l'ajout d'énergies renouvelables au réseau, l'adéquation des ressources doit de plus en plus tenir compte de la variabilité de l'approvisionnement en énergies renouvelables, du rôle du stockage, des changements dans les modèles de demande et de l'impact des pannes de transmission et de la coordination interrégionale.

Fiabilité opérationnelle :capacité à réagir en temps réel

La fiabilité opérationnelle est la capacité du système électrique à équilibrer l'offre et la demande en temps réel en gérant la variabilité, les contraintes de rampe et les charges flexibles, y compris immédiatement après un «événement» comme une grande centrale électrique ou une panne de ligne de transmission. Un système d'alimentation fiable peut garder les lumières allumées pendant ces événements inattendus avec des centrales électriques qui peuvent varier rapidement la production ou des utilisateurs finaux qui peuvent réduire leur consommation d'électricité.

L'un des aspects de la fiabilité opérationnelle réside dans les réserves d'exploitation, c'est-à-dire la capacité de réserve disponible qui réagit activement lors d'un événement pour aider à équilibrer la puissance et à maintenir une fréquence stable. Par exemple, l'inertie du réseau laisse le temps aux systèmes mécaniques qui contrôlent la plupart des centrales électriques de détecter et de réagir à une panne.

Les services de réseau comme l'inertie ont traditionnellement été fournis par des centrales fossiles, nucléaires ou hydroélectriques conventionnelles qui utilisent des générateurs synchrones tournants. Cependant, le vent, le solaire photovoltaïque et les batteries sont des ressources basées sur des onduleurs, ce qui signifie qu'ils s'appuient sur l'électronique de puissance, ou onduleurs, pour générer de l'électricité compatible avec le réseau.

"Alors que de plus en plus de générateurs conventionnels sont remplacés par des ressources basées sur des onduleurs, il est important de comprendre comment ils peuvent maintenir un réseau sûr et stable", a déclaré Mohit Joshi, analyste du réseau NREL qui soutient les pays en développement d'Asie du Sud et d'Asie du Sud-Est avec leur long terme. planification du système électrique.

Résilience :capacité à rebondir

La résilience n'est pas aussi clairement définie que l'adéquation des ressources ou la fiabilité opérationnelle. La Commission fédérale de réglementation de l'énergie le définit comme "la capacité à résister et à réduire l'ampleur et/ou la durée d'événements perturbateurs, ce qui inclut la capacité d'anticiper, d'absorber, de s'adapter et/ou de se remettre rapidement d'un tel événement".

Certaines parties de la résilience se chevauchent avec l'adéquation des ressources et la fiabilité opérationnelle, mais généralement, elle capture la façon dont un système se rétablit ou la rapidité avec laquelle l'alimentation peut être restaurée après une panne. La résilience comprend également plus d'événements extrêmes que les pannes typiques considérées avec l'adéquation des ressources et la fiabilité opérationnelle.

"Au fil des ans, avec l'augmentation de la production d'énergie renouvelable, des véhicules électriques, de la réponse à la demande et d'autres technologies émergentes, nous avons appris qu'il n'est pas nécessaire de faire un compromis entre la décarbonisation et la fiabilité du système électrique", a déclaré Joshi. "Il y a environ une décennie, les pays d'Asie du Sud et d'Asie du Sud-Est étaient sceptiques quant à la capacité du système électrique à fonctionner avec l'éolien et le solaire, mais dans certains réseaux, nous avons constaté des contributions instantanées de production variable jusqu'à 100 %. À l'avenir, il y aura être de nouvelles technologies et il peut y avoir de nouveaux défis, mais grâce à nos recherches, nous pouvons trouver des solutions pour continuer à assurer un réseau à faible émission de carbone, sûr et fiable. » + Explorer plus loin

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