Les chercheurs du National Renewable Energy Laboratory (NREL) ont beaucoup appris sur la manière d'intégrer de manière fiable de grandes quantités d'énergie éolienne et solaire sur le réseau, mais il reste quelques défis à relever.

L'un de ces défis consiste à s'assurer que le réseau est protégé en cas de défaut, tel qu'un court-circuit. Dans un nouveau guide et une vidéo explicative, NREL explique comment résoudre ce défi et maintenir la protection des systèmes électriques avec des niveaux plus élevés d'énergies renouvelables dans le futur réseau.

Le prochain défi à relever après l'inertie

Dans le secteur de l'énergie électrique, des efforts considérables ont été déployés pour comprendre comment la planification et le fonctionnement du réseau pourraient changer avec le déploiement à grande échelle de ressources telles que l'éolien et le solaire photovoltaïque (PV), qui utilisent des onduleurs au lieu des générateurs synchrones dans les centrales électriques conventionnelles.

On pensait que la baisse associée de l'inertie du système électrique posait un défi majeur au maintien d'un futur système électrique fiable. En 2020, NREL a contré cela en publiant une vidéo et un guide expliquant le rôle de l'inertie du système électrique dans le maintien des lumières allumées.

Ces articles décrivaient comment, bien que la croissance des ressources basées sur les onduleurs réduise la quantité d'inertie sur le réseau, il existe de multiples solutions existantes ou possibles pour maintenir ou même améliorer la fiabilité du système. Ainsi, les planificateurs et les opérateurs du réseau n'ont pas besoin de paniquer.

Cependant, l'inertie n'est qu'un des nombreux défis qui doivent être relevés à mesure que le réseau évolue.

"Bien qu'elle n'ait pas été discutée aussi largement que l'inertie, la protection contre les pannes est un autre problème à résoudre alors que la production basée sur les onduleurs continue de croître", a déclaré Paul Denholm, analyste principal de l'énergie au NREL et auteur principal des deux guides. "Et nous avons des idées sur la façon dont cela peut être résolu."

Qu'est-ce que la protection contre les pannes et pourquoi est-ce important ?

Le type de défaut le plus courant est un court-circuit. Sur le réseau électrique, des courts-circuits peuvent se produire, par exemple, lorsque deux fils se touchent ou lorsqu'un arbre touche un fil. Cela amène les générateurs à produire une forte augmentation du courant électrique. C'est ce qu'on appelle le courant de défaut, et il peut provoquer des incendies et endommager l'équipement s'il n'est pas corrigé.

Dans le système électrique actuel, le courant de défaut est principalement produit par des générateurs synchrones dans des centrales fossiles, nucléaires et hydroélectriques, qui peuvent intrinsèquement produire de grandes quantités de courant. Cependant, la technologie des onduleurs n'est généralement pas conçue pour produire de grandes quantités de courant de défaut. Ainsi, dans un futur réseau avec des niveaux élevés d'énergie solaire photovoltaïque et éolienne, le système électrique devra peut-être trouver de nouvelles façons de fournir une protection contre les pannes.

Le rapport donne toute l'histoire

Pour éduquer les décideurs politiques et les autres parties prenantes intéressées, les chercheurs du NREL ont publié Comprendre la protection des systèmes électriques dans l'avenir de l'énergie propre, qui fournit un bref aperçu de la protection du système et du courant de défaut dans le maintien d'un système électrique sûr. Il décrit pourquoi des approches alternatives peuvent être nécessaires avec le déploiement croissant de la production éolienne et solaire, et il aborde diverses approches pour maintenir la protection du système dans le réseau en évolution.

"Il existe une gamme d'options qui peuvent maintenir la protection du système, y compris certaines qui sont très bien comprises et ont un degré élevé de certitude, comme les condensateurs synchrones", a déclaré Ben Kroposki, directeur du Power Systems Engineering Center de NREL et co-auteur du guide. "D'autres options pourraient inclure des schémas de protection entièrement nouveaux qui ne reposent pas sur un courant de défaut important. Ceux-ci sont à des stades de développement antérieurs, ils sont donc moins certains, mais ils pourraient finalement fournir des niveaux de protection identiques ou même supérieurs à un coût inférieur. "

Ainsi, s'il ne fait guère de doute que les futurs systèmes électriques pourront maintenir une protection adéquate contre les pannes avec un déploiement accru des énergies renouvelables, une incertitude importante demeure quant à la meilleure approche.

"Le plus grand défi pour déterminer la combinaison de ressources optimale en termes de coût pourrait être de comprendre à la fois le besoin et le coût des différentes options, qui varieront probablement considérablement en fonction de l'emplacement et de la combinaison de ressources existantes et futures", a déclaré Denholm.

Au NREL, notre travail se poursuit, alors que les chercheurs cherchent des réponses à un défi à la fois sur la voie d'un réseau plus propre, plus abordable et plus résilient.