Dans un système énergétique transactif, le réseau électrique, les maisons, les bâtiments commerciaux, les appareils électriques et les bornes de recharge sont en contact permanent, ce qui permet aux consommateurs et aux services publics d'économiser jusqu'à 50 milliards de dollars par an. Crédit :Cortland Johnson, Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique
Un nouveau plan qui offre un partenariat pour maintenir la stabilité et la fiabilité du réseau électrique américain pourrait être une solution gagnant-gagnant pour les consommateurs et les opérateurs de services publics.
La plus grande simulation de ce type jamais réalisée, calquée sur le réseau électrique du Texas, a conclu que les consommateurs pourraient économiser environ 15 % sur leur facture d'électricité annuelle en s'associant aux services publics. Dans ce système, les consommateurs se coordonneraient avec leur opérateur de services publics d'électricité pour contrôler de manière dynamique les gros consommateurs d'énergie, comme les pompes à chaleur, les chauffe-eau et les bornes de recharge pour véhicules électriques.
Ce type de contrôle flexible sur les modèles d'approvisionnement et d'utilisation de l'énergie est appelé "transactif" car il repose sur un accord entre les consommateurs et les services publics. Mais un système énergétique transactif n'a jamais été déployé à grande échelle, et il y a beaucoup d'inconnues. C'est pourquoi le Bureau de l'électricité du ministère de l'Énergie a fait appel aux experts en énergie transactive du Pacific Northwest National Laboratory pour étudier comment un tel système pourrait fonctionner dans la pratique. Le rapport final en plusieurs volumes a été publié aujourd'hui.
Hayden Reeve, expert en énergie transactionnelle et conseiller technique du PNNL, a dirigé une équipe d'ingénieurs, d'économistes et de programmeurs qui ont conçu et exécuté l'étude.
"Parce que le réseau du Texas est assez représentatif du système énergétique du pays, il a non seulement permis la modélisation et la simulation de concepts transactifs, mais a également fourni une extrapolation fiable des résultats et des impacts économiques potentiels sur le réseau et les clients américains au sens large", a-t-il déclaré. /P>
La simulation a montré que si un système énergétique transactif était déployé sur le réseau électrique du Conseil de la fiabilité électrique du Texas (ERCOT), les charges de pointe seraient réduites de 9 à 15 %. Ces économies pourraient se traduire par des avantages économiques pouvant atteindre 5 milliards de dollars par an rien qu'au Texas, ou jusqu'à 50 milliards de dollars par an s'ils sont déployés sur l'ensemble des États-Unis continentaux. Les économies équivaudraient à la production annuelle de 180 centrales électriques au charbon à l'échelle nationale.
Hayden Reeve, expert en énergie transactive et conseiller technique du PNNL, a dirigé l'équipe d'ingénieurs, d'économistes et de programmeurs pour évaluer le potentiel de l'énergie transactive dans l'infrastructure énergétique du pays. Crédit :Andrea Starr, Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique
Éliminer le brun
À l'heure actuelle, la plupart des gens ont vécu ou été témoins de la façon dont les conditions météorologiques extrêmes ou les catastrophes naturelles peuvent faire des ravages sur nos systèmes de distribution d'électricité actuels. Cette vulnérabilité est amplifiée par notre dépendance à quelques sources d'énergie centralisées et à un système de réseau qui a parfois du mal à faire correspondre l'offre à la demande. De plus, la décarbonation du réseau électrique signifiera que de plus en plus d'électricité proviendra de différents types de sources d'énergie renouvelables, comme l'éolien et le solaire. Il est donc primordial d'éviter les pointes ou les baisses soudaines (coupures de courant ou coupures de courant).
Les résultats de l'étude indiquent qu'un système énergétique transactif réduirait les variations de charge quotidiennes de 20 à 44 %. Et à mesure que de plus en plus de véhicules électriques sont utilisés, l'étude, peut-être de manière contre-intuitive, a montré que les bornes de recharge intelligentes pour véhicules offrent des réductions encore plus importantes de la charge de pointe électrique, car elles offrent une flexibilité supplémentaire dans les temps de recharge programmés et la consommation d'énergie.
"Un réseau intelligent peut agir comme un amortisseur, équilibrant les inadéquations entre l'offre et la demande", a déclaré Reeve. "Grâce à notre étude, nous avons cherché à comprendre à quel point une coordination efficace du réseau électrique pouvait être précieuse pour la nation, les services publics et les clients. Travailler avec les propriétaires de bâtiments commerciaux et les consommateurs pour ajuster automatiquement la consommation d'énergie représente une étape pratique et gagnant-gagnant vers le décarbonisation des secteurs de l'électricité, du bâtiment et des transports sans compromettre le confort et la sécurité des foyers et des entreprises participants."
Un élément clé de cette stratégie est l'adoption d'appareils intelligents et de contrôles de charge. Ces ressources dynamiques peuvent apprendre à consommer l'énergie plus efficacement, en ajustant leur utilisation pendant de brèves périodes afin de libérer de l'électricité pour d'autres besoins. Par exemple, au lieu de recharger un véhicule électrique en début de soirée lorsque la demande et le prix de l'énergie sont élevés, les participants à l'énergie transactionnelle s'appuieraient sur un contrôle intelligent de la charge pour retarder la recharge de leur véhicule jusqu'à ce que la demande soit faible et que l'électricité soit moins chère. Cette approche réduit non seulement les contraintes sur l'infrastructure de réseau existante, mais donne aux services publics plus de temps pour planifier l'infrastructure de stockage et de distribution d'énergie de nouvelle génération actuellement en développement.
Le Centre d'exploitation des infrastructures électriques, situé au PNNL, permet aux chercheurs d'évaluer des scénarios de réseau électrique dans le contexte des conditions actuelles de l'industrie. Crédit :Andrea Starr, Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique
Transactive Energy :un élément central
Dans un système énergétique transactif, le réseau électrique, les maisons, les bâtiments commerciaux, les appareils électriques et les bornes de recharge sont en contact permanent. Les appareils intelligents reçoivent une prévision des prix de l'énergie à différents moments de la journée et élaborent une stratégie pour répondre aux préférences des consommateurs tout en réduisant les coûts et la demande globale d'électricité. Un marché de détail local coordonne à son tour la demande globale avec le marché de gros plus vaste. Toutes les parties négocient l'approvisionnement en énergie et les niveaux de consommation, le coût, le calendrier et la livraison dans un système de tarification dynamique.
Bien que ce concept puisse sembler futuriste, il est tout à fait réalisable et est déjà déployé dans un projet de démonstration dans l'éco-district de la ville de Spokane. Ici, l'équipe de recherche développe et teste un schéma de coordination de l'énergie transactionnelle et un marché de détail. L'approche comprend également l'utilisation d'agents logiciels transactifs conçus par PNNL .
Une entreprise de la taille du Texas
Le réseau électrique primaire du Texas (ERCOT) a servi de base à l'analyse de PNNL. Les chercheurs ont créé des modèles très détaillés qui représentaient le réseau électrique ERCOT, y compris plus de 100 sources de production d'électricité et 40 services publics différents fonctionnant sur le système de transmission. L'analyse comprenait également des représentations détaillées de 60 000 foyers et entreprises, ainsi que de leurs appareils énergivores. Les chercheurs ont utilisé les modèles pour effectuer plusieurs simulations dans divers scénarios de production d'énergie renouvelable. Chaque simulation a démontré comment le système énergétique réagirait à l'ajout de différentes quantités de sources d'énergie intermittentes, telles que l'éolien et le solaire. L'équipe de recherche a également développé un modèle économique détaillé pour comprendre les impacts annuels des coûts pour les opérateurs et les clients. Enfin, ils ont examiné les coûts initiaux associés aux dépenses de main-d'œuvre et de logiciels, ainsi que les coûts d'achat et d'installation d'appareils intelligents dans les foyers et les entreprises.
Crédit :Cortland Johnson / Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique
Un autre objectif important de l'étude consistait à évaluer l'impact d'un nouveau type de médiateur dans l'économie de réseau. Cette entité, appelée gestionnaire de réseau de distribution, serait tenue de gérer un réseau comportant plusieurs sources d'énergie détenues et exploitées par des entités distinctes, toutes contribuant à l'énergie du réseau à des moments et à des quantités différents. En outre, ce gestionnaire de réseau de distribution négocierait avec les clients les transactions permettant un contrôle flexible de la charge. L'objectif serait de soutenir un fonctionnement efficace et fiable du réseau. L'étude a confirmé l'intérêt de créer des entités, telles qu'un gestionnaire de réseau de distribution, pour gérer l'énergie transactive.
Dans l'ensemble, la recherche du PNNL a montré des avantages évidents à réimaginer comment le réseau électrique pourrait s'adapter à un avenir où l'énergie renouvelable propre est un contributeur beaucoup plus important et où une plus grande partie de nos besoins de transport dépendent d'un accès facile à l'électricité.
"Ces résultats plaident en faveur d'investissements dans des déploiements à grande échelle de systèmes énergétiques transactifs", a déclaré Christopher Irwin, responsable de programme pour l'Office of Electricity, Department of Energy, dans ses normes de réseau intelligent et ses efforts d'interopérabilité. "Alors que la nation se dirige vers un avenir sans carbone, un système énergétique plus adaptable pourrait aider à accélérer le déploiement plus large des véhicules électriques, de l'énergie solaire et la conversion des maisons et des bâtiments en sources d'électricité propres."
En plus de Reeve, les chercheurs du PNNL Steve Widergren, Rob Pratt, Bishnu Bhattarai, Sarmad Hanif, Sadie Bender, Trevor Hardy, Mitch Pelton, Ankit Singhal, Fernando Bereta dos Reis, Ahmad Tbaileh, Matt Oster, Tianzhixi Yin, Laurentiu Marinovici et Sarah Barrows tous ont contribué à la recherche et à la rédaction des rapports finaux. L'étude a été financée par le Bureau de l'électricité du ministère de l'Énergie.
