Comme le risque réduit qui découle d'un portefeuille d'investissement diversifié, une variété de sources d'énergie contribue à réduire le risque qu'un micro-réseau ne soit pas en mesure de couvrir la demande d'énergie. En règle générale, les micro-réseaux incluent l'énergie solaire et/ou éolienne, qui charge les batteries, ainsi qu'un générateur diesel de secours.

Puisque l'objectif de Moloka'i était zéro émission, les chercheurs ont prédit ce qui se passerait si les générateurs diesel existants étaient remplacés par de l'énergie marine. Lorsqu'elle est ajoutée au mélange d'énergie éolienne et solaire, l'énergie marine accroît non seulement la résilience, mais elle réduit également la dépendance au carburant.

Pour atteindre l'objectif de zéro émission, l'équipe de recherche a découvert que l'utilisation de l'énergie marine peut réduire de 50 % le besoin de construire de l'énergie solaire et éolienne par rapport à la non-inclusion de l'énergie marine dans le portefeuille, et que moins de stockage de batterie est nécessaire. C'est une bonne nouvelle pour les collectivités puisque les piles coûtent cher. De plus, moins d'emphase sur l'énergie solaire signifie une réduction de l'empreinte de l'utilisation des terres. Et l'espace est un gros problème sur une petite île.

Des micro-réseaux résilients pour rebondir plus vite, plus longtemps

Lorsque l'ouragan Sandy a frappé la côte est en 2012, les dégâts ont été si importants que certaines parties de New York et du New Jersey ont été privées d'électricité pendant des mois après la tempête. Pourtant, un micro-réseau de l'université de Princeton dans le New Jersey a gardé les lumières allumées pour les secouristes et les installations clés.

Il y a un intérêt croissant pour la conception de micro-réseaux pour alimenter des choses comme les hôpitaux, les abris ou les postes de police en cas d'urgence. Pourtant, la conception des micro-réseaux a tendance à se concentrer sur la réduction des coûts plutôt que sur l'amélioration de la résilience, ce qui signifie rebondir rapidement lorsque l'alimentation est coupée. Mais la solution la moins chère n'est pas toujours la meilleure.

"Il est difficile de mettre un prix sur la résilience", a déclaré Sarah Newman, une scientifique des données du PNNL qui a dirigé une étude évaluant la conception des micro-réseaux pour les postes de l'armée américaine, qui doivent être autonomes pendant de plus longues durées. Par exemple, un hôpital accordera plus de valeur à une énergie fiable et résiliente en cas de catastrophe, contrairement à un propriétaire qui pourrait passer quelques heures sans électricité.

Les micro-réseaux solaires sont généralement alimentés par l'énergie solaire couplée à des batteries, avec des générateurs alimentés au carburant pour une sauvegarde fiable. Les générateurs sont essentiels pour combler les lacunes lorsque les batteries ne sont pas complètement chargées, comme par temps nuageux, ou lorsque la demande d'énergie est élevée et que l'excédent ne peut pas être économisé.

Newman et son équipe ont tout prévu, depuis la taille optimale des générateurs et la quantité de carburant qu'ils auraient besoin de stocker jusqu'à la consommation d'énergie dans différents types de bâtiments, et même les modèles solaires et la météo dans différents états.

Ils ont constaté que dans certains cas, les générateurs ne sont pas assez gros pour que le microréseau soit résilient lors de diverses situations de panne. De plus, les générateurs nécessitent jusqu'à 30 % de carburant en plus que prévu si les conditions météorologiques extrêmes ne sont pas prises en compte lors de la conception. Si ce carburant supplémentaire n'est pas prévu, le micro-réseau ne pourra pas répondre à la demande énergétique.

"S'arrêter après une semaine et demie n'est peut-être pas une option lorsqu'un micro-réseau est la solution de secours pour les installations critiques", a déclaré Newman. "Cela souligne à quel point il est important de concevoir des micro-réseaux autour de la résilience."

Modélisation de micro-réseaux

Le travail de modélisation effectué par le PNNL peut aider les décideurs à peser les compromis et, en fin de compte, à concevoir des micro-réseaux qui sont plus susceptibles de garder les lumières allumées en cas d'urgence ou de zones électriques sans accès à un réseau principal. Alors que les conditions météorologiques extrêmes liées au changement climatique devraient augmenter, la conception de micro-réseaux résilients continuera probablement d'être pertinente à l'avenir.

Le travail de modélisation a été mené à l'aide de la plate-forme Microgrid Component Optimizations for Resilience du PNNL et a été financé par le Water Power Technologies Office, la U.S. Army Reserve et le Army Office of Energy Initiatives.