Réseau intelligent : électricité sécurisée, fiable et abordable pour chaque foyer

La plus grande simulation de ce type, modélisée sur le réseau électrique du Texas, a conclu que les consommateurs pourraient économiser environ 15 % sur leurs factures d'électricité annuelles en s'associant aux services publics. Dans ce système, les consommateurs coordonneraient avec leur opérateur de service électrique pour contrôler dynamiquement les gros consommateurs d'énergie, comme les pompes à chaleur, les chauffe-eau et les bornes de recharge pour véhicules électriques.

Énergie transactionnelle : concept et simulation

Ce type de contrôle flexible des schémas d'approvisionnement et d'utilisation de l'énergie est appelé « transactionnel » car il repose sur un accord entre consommateurs et services publics. Mais un système d'énergie transactionnelle n'a jamais été déployé à grande échelle, et il y a beaucoup d'inconnues. C'est pourquoi le Bureau de l'Électricité du Département de l'Énergie a fait appel aux experts en énergie transactionnelle du Pacific Northwest National Laboratory pour étudier comment un tel système pourrait fonctionner en pratique.

Hayden Reeve, expert en énergie transactionnelle au PNNL et conseiller technique, a dirigé une équipe d'ingénieurs, économistes et programmeurs qui ont conçu et exécuté l'étude.

« Parce que le réseau du Texas est assez représentatif du système énergétique national, il a non seulement permis la modélisation et la simulation de concepts transactionnels, mais a fourni une extrapolation fiable des résultats et des impacts économiques potentiels sur le réseau et les clients des États-Unis au sens large », a-t-il déclaré.

Résultats majeurs : économies et stabilité

La simulation a montré que si un système d'énergie transactionnelle était déployé sur le réseau du Electric Reliability Council of Texas (ERCOT), les pics de charge seraient réduits de 9 à 15 %. Cette économie pourrait se traduire par des avantages économiques allant jusqu'à 5 milliards de dollars par an au Texas seul, ou jusqu'à 50 milliards de dollars par an si déployé sur l'ensemble des États-Unis continentaux. L'économie équivaudrait à la production annuelle de 180 centrales à charbon au niveau national.

À présent, la plupart des gens ont vécu ou vu comment les conditions météorologiques extrêmes ou les catastrophes naturelles peuvent semer le chaos dans nos systèmes de distribution d'énergie. Cette vulnérabilité est amplifiée par notre dépendance à quelques sources d'énergie centralisées et un réseau qui peine parfois à faire correspondre l'offre à la demande. De plus, la décarbonation du réseau électrique signifiera que de plus en plus d'énergie proviendra de différentes sources d'énergie renouvelable, comme l'éolien et le solaire. Éviter les pics ou baisses soudains — brownouts ou blackouts — devient primordial.

Les résultats de l'étude indiquent qu'un système d'énergie transactionnelle réduirait les variations de charge quotidiennes de 20 à 44 %. Et à mesure que de plus en plus de véhicules électriques entrent en service, l'étude a montré que les bornes de recharge intelligentes offrent des réductions de charge de pointe encore plus importantes car elles offrent une flexibilité supplémentaire dans les temps de charge programmés et la consommation d'énergie.

« Un réseau intelligent peut agir comme un amortisseur, équilibrant les désaccords entre l'offre et la demande », a déclaré Reeve.

Composants clés : appareils intelligents et marché local

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, ajustant leur utilisation pendant de brèves périodes pour libérer de l'électricité pour d'autres besoins. Par exemple, au lieu de charger un véhicule électrique en début de soirée quand la demande et le prix de l'énergie sont élevés, les participants à l'énergie transactionnelle s'appuieraient sur un contrôle de charge intelligent pour retarder la charge de leur véhicule jusqu'à ce que la demande soit faible et l'électricité moins chère. Cette approche réduit non seulement le stress sur l'infrastructure de réseau existante, mais permet aussi aux services publics plus de temps pour planifier l'infrastructure de stockage et de distribution d'énergie de prochaine génération actuellement en développement.

Dans un système d'énergie transactionnelle, le réseau électrique, les maisons, les bâtiments commerciaux, les appareils électriques et les bornes de recharge sont en contact constant. Les appareils intelligents reçoivent une prévision des prix de l'énergie à divers moments de la journée et développent une stratégie pour répondre aux préférences des consommateurs tout en réduisant le coût et la demande globale d'électricité. Un marché local de détail coordonne à son tour la demande globale avec le marché de gros plus large. Toutes les parties négocient l'approvisionnement et la consommation d'énergie, les coûts, le timing et la livraison dans un schéma de tarification dynamique.

Ce concept est déjà déployé dans un projet de démonstration dans l'Eco-District de la ville de Spokane. Ici, l'équipe de recherche développe et teste un schéma de coordination d'énergie transactionnelle et un marché de détail. L'approche inclut également l'utilisation d'agents logiciels transactionnels conçus par le PNNL.

Le réseau électrique primaire du Texas (ERCOT) a fourni la base de l'analyse plus large du PNNL. Les chercheurs ont créé des modèles hautement détaillés représentant le réseau électrique ERCOT, incluant plus de 100 sources de production d'énergie et 40 services publics différents opérant sur le système de transmission. L'analyse incluait également des représentations détaillées de 60 000 foyers et entreprises, ainsi que leurs appareils consommateurs d'énergie.

Les chercheurs ont utilisé les modèles pour conduire de multiples simulations sous divers scénarios de génération d'énergie renouvelable. Chaque simulation a démontré comment le système énergétique réagirait à l'ajout de quantités variables de sources d'énergie intermittentes, comme l'éolien et le solaire. L'équipe de recherche a également développé un modèle économique détaillé pour comprendre les impacts de coûts annuels pour les opérateurs et les clients. Finalement, ils ont examiné les coûts initiaux associés à la main-d'œuvre et aux dépenses logicielles, ainsi que les coûts d'achat et d'installation d'appareils intelligents dans les foyers et entreprises.

Un autre objectif important de l'étude incluait l'évaluation de l'impact d'un nouveau type de médiateur dans l'économie du réseau. Cette entité, appelée opérateur de système de distribution, serait requise pour gérer un réseau qui a de multiples sources d'énergie détenues et exploitées par des entités distinctes, toutes contribuant de l'énergie au réseau à différents moments et montants. En outre, cet opérateur de système de distribution négocierait les transactions avec les clients permettant le contrôle flexible de la charge.

Dans l'ensemble, la recherche du PNNL a montré des avantages clairs à réimaginer comment le réseau électrique pourrait accueillir un futur où l'énergie renouvelable propre est un contributeur bien plus important et où plus de nos besoins de transport dépendent d'un accès prêt à l'électricité.