Centrale électrique virtuelle de Teslas :repenser le réseau électrique

Pensez au réseau électrique. Il couvre la majeure partie du monde. Son existence et sa fiabilité définissent le monde moderne depuis bien plus longtemps que la plupart d'entre nous ne sont en vie. Nous devons la plupart, sinon la totalité, d'un siècle de nouvelles technologies au réseau.

Le réseau ne peut fonctionner aujourd'hui que grâce à des millions d'appareils sophistiqués et interconnectés travaillant ensemble selon des schémas complexes. Pourtant, il est conçu pour une production centralisée avec un minimum de points de contrôle, et il s'appuie sur des combustibles fossiles, des concepts tous enracinés dans le XXe siècle .

À quoi ressemblerait le réseau électrique s'il était repensé aujourd'hui de fond en comble ? C'est une question à laquelle les ingénieurs de Tesla, Colin Breck et Percy Link, se sont récemment attaqués. Leur réponse consiste à développer une immense résilience grâce aux technologies open source et aux jumeaux numériques. Ils ont partagé leurs idées lors d'une récente conférence au Royaume-Uni.

À mesure que de plus en plus d'énergies renouvelables sont mises en ligne dans le réseau existant, les calculs complexes de l'offre et de la demande deviennent plus difficiles à effectuer avec la précision requise. Un degré de contrôle est perdu , et la production devient plus difficile à prévoir.

Dans les endroits où l'énergie éolienne et solaire est déjà courante, les batteries ont contribué à atténuer ces problèmes. Ils peuvent réagir très rapidement aux pics et creux d'utilisation inattendus, en se chargeant et en se déchargeant si nécessaire.

"Cette réponse rapide est en fait même une innovation, une opportunité d'être meilleur que l'ancien réseau", déclare Link. "Ce n'est pas qu'un compromis."

Les batteries sont la clé de la réinvention du réseau par ces ingénieurs. En plus de créer des batteries géantes de la taille des centrales au charbon ou au gaz naturel existantes, ils ont également proposé d'exploiter la puissance de batteries plus petites installées dans les maisons et les entreprises ; les batteries sont généralement utilisées pour la production solaire privée ou l'alimentation de secours.

"Nous pouvons agréger les maisons et les entreprises avec ces batteries plus petites et l'énergie solaire dans des centrales électriques virtuelles ", dit Link.

L'architecture des centrales électriques virtuelles (VPP) repose sur des ressources énergétiques distribuées - les batteries en seraient un exemple, mais l'éolien et le solaire sont également fréquemment utilisés. Un réseau de ces ressources se regroupe pour générer de l'énergie avec une flexibilité et une disponibilité accrues.

Dans la centrale électrique virtuelle de Tesla, les modèles de jumeaux numériques représentent divers actifs de l'Internet des objets (IoT) dans le système, ainsi que leurs états et relations actuels. Le logiciel de modélisation de jumeau numérique s'appuie sur deux projets open source clés :Kubernetes et Akka.

"L'association d'Akka et de Kubernetes est vraiment fantastique", déclare Breck. "Kubernetes peut gérer les échecs et la mise à l'échelle grossiers, ce qui pourrait être des choses comme la mise à l'échelle des pods, l'exécution de sondes de vivacité ou le redémarrage d'un pod défaillant avec un recul exponentiel. Ensuite, nous utilisons Akka pour gérer les pannes fines comme le circuit casser ou réessayer une demande individuelle et modéliser l'état d'entités individuelles, comme le fait qu'une batterie se charge ou se décharge."

Lors de la modélisation d'un jumeau numérique à Akka, chaque site de modélisation est représenté par un acteur. Comme l'explique TechRepublic, "Le programmeur s'inquiète de la modélisation d'un site individuel dans un acteur, puis le runtime Akka gère cette mise à l'échelle sur des milliers ou des millions de sites. C'est une abstraction très puissante pour l'IoT en particulier, éliminant essentiellement le souci des threads, ou des verrous ou des bogues de concurrence."

Grâce à des modèles de jumeaux numériques, un ingénieur peut interagir avec des représentations en temps quasi réel de relations et d'états extrêmement complexes au sein de systèmes, même lorsque l'image complète n'est pas disponible.

"L'incertitude est inhérente aux systèmes IoT distribués , nous devons donc simplement intégrer cela dans le modèle de données, dans la logique métier et même dans l'expérience client, plutôt que d'essayer d'y échapper », déclare Breck. « Représenter les relations physiques et virtuelles entre les appareils IoT, en particulier lorsqu'ils changent au fil du temps, est le problème le plus difficile de l'IoT, croyez-moi, mais essentiel pour créer un excellent produit."

Co-optimiser les objectifs locaux et mondiaux était un autre défi. Les batteries plus petites appartenant à des particuliers ne devraient pas s'épuiser, au cas où le propriétaire aurait besoin de les utiliser de manière inattendue, mais les besoins d'équilibrage en temps réel du réseau doivent toujours être satisfaits.

"L'optimisation distribuée n'est possible que parce que Tesla construit son propre matériel et a un contrôle total sur les micrologiciels et les logiciels ", explique Link. "Cela permet une itération rapide à travers l'intelligence locale et centrale et la façon dont ils sont liés les uns aux autres, et cette collaboration est inter-équipes plutôt qu'inter-entreprises." L'intégration verticale du matériel, des micrologiciels et des logiciels a posé le cadre pour une solution plus résiliente avec un algorithme distribué pour aider les appareils à agir raisonnablement lors d'inévitables pannes de communication.

La centrale électrique virtuelle de Tesla est un excellent exemple de convergence des technologies de l'information et des technologies d'exploitation (IT/OT), l'un des sujets les plus urgents de l'industrie de l'automatisation aujourd'hui. Informatique distribuée et Internet industriel des objets (IIoT) a aidé Tesla à assurer la résilience du réseau et à résoudre certains des problèmes d'ingénierie rencontrés lors de la transition vers les énergies renouvelables.

Pour approfondir le développement de la plate-forme énergétique Tesla, la participation algorithmique aux marchés de l'énergie utilisant la plus grande batterie au monde et les défis réels de la création de la première centrale électrique virtuelle de Tesla, vous pouvez lire la transcription complète de la présentation de Breck et Link. .