La clé d’un système énergétique distribué

Du point de vue du cordon électrique moyen, le monde a changé au-delà de toute reconnaissance au cours des dernières décennies. Cette année, selon les estimations de l’ONU, le nombre de personnes dans le monde a dépassé les huit milliards. Plus de la moitié d’entre eux vivent dans des villes de différentes tailles, consommant environ 75 à 80 % de leur énergie. d’électricité utilisée dans le monde. Cette consommation ne cesse de croître : jusqu’au déclenchement de la pandémie, elle était de 5 % assez stable. croissance annuelle, alors le rythme a été perturbé – par ex. En 2022, il sera probablement d’environ 2,4 %, mais déjà l’année prochaine – la reprise de l’économie peut se transformer en 6 %. augmentation de la consommation.

Si l’on regarde les raisons de cette croissance, on pourrait dire que lorsque les pays retardataires rattrapent leur retard, les pays développés se précipitent pour faire vivre leurs habitants dans des villes intelligentes, des métropoles hautement automatisées, dans la prospérité et le confort garantis par des réseaux intelligents, des ordinateurs, des dizaines de dispositifs intelligents qui contrôlent et l’espace commun et les ménages. Cela signifie également que les pannes et le manque d’approvisionnement en électricité, qui signifiaient autrefois l’obscurité et le froid dans la maison ou l’entreprise, peuvent aujourd’hui signifier la paralysie du fonctionnement de métropoles multimillionnaires.

Le cœur de ces méga-organismes modernes, le moteur qui assure leur travail, sont devenus de grandes centrales électriques traditionnelles. Ils assurent cette stabilité d’approvisionnement : quand on sait qu’il faut plus d’électricité, on ajoute du charbon ou on laisse entrer plus de gaz – quand la demande diminue, on réduit simplement ces opérations. Cependant, le prix de cette stabilité et des minéraux sur lesquels elle repose a été la pollution de l’environnement, une énorme augmentation de la quantité de gaz à effet de serre dans l’atmosphère et un pic de température mondiale, qui commence à se transformer en une vague d’anomalies météorologiques, entraînant souvent des catastrophes naturelles d’une fréquence et d’une ampleur sans précédent.

Le monde a une réponse à cela : la transformation vers une énergie propre, produite à partir de sources d’énergie renouvelables. Mais les détracteurs des SER pointent l’instabilité de ces sources : après tout, elles produisent de l’énergie lorsque le vent ou le soleil souffle, c’est-à-dire dans des circonstances indépendantes de la volonté humaine et « incontrôlables ». Cependant, cet obstacle pourrait être contourné en construisant des infrastructures de stockage d’énergie et en augmentant l’efficacité des installations. Cependant, il reste une autre pièce du puzzle à assembler : les infrastructures de transport et de distribution. Ces câbles, dont l’existence est souvent oubliée par les décideurs, les experts et les écologistes.

Un avenir multidirectionnel

Dans le modèle de système énergétique conventionnel d’aujourd’hui, nous avons un modèle très simple de distribution d’énergie autour du système. L’énergie est produite dans une centrale électrique et à partir de là, elle est distribuée à un « environnement » plus ou moins large, d’abord par des lignes de transmission, puis par des lignes de distribution jusqu’à certains foyers ou établissements commerciaux. Ils sont adaptés à un tel fonctionnement unidirectionnel, pompant du cœur du système vers ses cellules les plus externes. Dans ce modèle, tout le contrôle est réduit au fait que le consommateur ne peut qu’allumer ou éteindre les lumières ou les appareils de la maison, et le distributeur doit envoyer des employés sur le terrain chaque mois pour enlever les compteurs. Si un défaut survient, le distributeur n’en prend généralement connaissance qu’au moment où il est signalé au consommateur.

Un système énergétique distribué détruit complètement ce modèle. Le réseau de transport et de distribution coopère non seulement avec de grandes unités de production, mais surtout avec des millions de micro et mini centrales. Avec nos panneaux photovoltaïques sur le toit, avec des parcs éoliens, d’autres installations. Le réseau doit donc être adapté pour pouvoir fournir et recevoir l’énergie produite en chaque point du système. Dans les réseaux d’énergie modernes et intelligents, le consommateur (sans parler des administrateurs de réseau) a la capacité de précontrôler et de programmer sa consommation d’énergie, soit par lui-même, soit en la sous-traitant à des entreprises. Des capteurs surveillent en permanence les flux d’énergie dans le réseau, peuvent détecter eux-mêmes les défauts et les pannes, et parfois les supprimer eux-mêmes.

Imaginons l’ampleur du défi, en le traduisant dans la réalité des États-Unis. « Le réseau électrique américain est un phénomène d’ingénierie avec plus de 9 200 unités de production d’électricité, avec plus d’un million de mégawatts d’énergie connectés par plus de 600 000 miles de lignes de transmission », décrivent les analystes du Département américain de l’énergie. Et si remplacer ces neuf mille sources d’énergie ressemble à nettoyer l’écurie d’Augie, alors remplacer des câbles sur une distance d’environ un million de kilomètres semble être une tâche qui dépasse les possibilités de la métaphore.

D’autre part, c’est un processus qui commence progressivement à se dérouler sous nos yeux. Selon les estimations de l’Agence internationale de l’énergie (AIE), les investissements dans la modernisation et la construction de réseaux de transport et de distribution d’énergie ont augmenté de 6 % en 2021. Les analystes de l’AIE ont observé qu’aux États-Unis, leur niveau est déjà proportionnellement supérieur à l’augmentation de la consommation, ce qui signifie que non seulement de nouvelles infrastructures sont construites, mais que de plus en plus de lignes de transmission existantes sont modernisées. En Chine, pour la première fois de l’histoire, les dépenses pour les réseaux ont dépassé cette année le plafond de 500 milliards de yuans, avec un fonds important pour la construction de réseaux à très haute tension. Les déclarations des opérateurs européens signalent que la modernisation en Europe sera plus importante que l’expansion. Les dépenses mondiales pour les réseaux de transmission devraient atteindre 60 milliards de dollars en 2021.

Une saison de records et de déceptions

Si nous devions passer en revue toutes les nouvelles du marché de l’énergie cette année, outre les informations sur les prix records des matières premières traditionnelles, nous verrions également des notes sur les records des sources d’énergie renouvelables polonaises qui se répètent comme un chœur. Des records de production d’énergie à partir des SER ont été battus en avril, juin et septembre (dans le second cas, il s’agissait d’un record pour le secteur photovoltaïque). Et ce n’est pas surprenant : comme l’a résumé l’industrie « Rynek Elektryczny » en octobre, toutes les sources d’électricité en Pologne ont une capacité totale de 58,4 GW. Aujourd’hui, près de 35 % des (20,3 GW) sont des SER.

En revanche, force est de constater que la période d’augmentation des capacités et du nombre de nouveaux SER est probablement derrière nous. Ce n’est pas à cause de la réalité du marché d’aujourd’hui : l’électricité issue des SER est moins chère que ses concurrents « conventionnels » et seuls les sauts des prix des matières premières fossiles font monter les enchères ici.

Les vraies raisons résident dans le fait que le soutien des programmes gouvernementaux pour l’électricité photovoltaïque a été réduit, que l’éolien terrestre a stagné en prévision de l’amendement de la loi sur la distance, et surtout – de nouveaux projets, actuellement principalement photovoltaïques, ont rencontré la pression polonaise système de distribution et de transmission. Selon le portail Teraz Środowisko, entre 2020 et 2021, un total de plus de cinq mille refus ont été émis pour le raccordement de sources d’énergie au réseau, presque exclusivement renouvelables, avec une capacité totale de plus de 20 GW. Cette année, le nombre de refus pourrait atteindre, comme l’a admis il y a quelques semaines la vice-ministre du Climat et de l’Environnement Anna Łukaszewska-Trzeciakowska, de 60 à 80 %. candidatures soumises.

La mise à niveau du réseau pour le rendre intelligent est une étape qui devrait être franchie immédiatement dans chaque pays et lieu qui souhaite utiliser l’énergie de manière plus intelligente. Les experts énumèrent un certain nombre d’avantages résultant d’un tel changement : un plus grand degré de contrôle et de surveillance de l’état du système, ce qui, entre autres, se traduit par de plus grandes possibilités d’analyse des données et de contrôle global ; une plus grande fiabilité du système; une plus grande intégration des SER, et donc une adaptation à la production d’énergie verte ; plus grande sécurité du réseau. Et enfin, renforcer la position de l’acheteur individuel ou du consommateur et sa plus grande satisfaction.

L’avis des partenaires du cycle « Rzeczpospolita » – La lutte pour le climat

Jakub Papiernik. Directeur Marketing et Ventes, Network Automation, Hitachi Energy en Pologne :

La transition énergétique est une réalité. Aujourd’hui, nous le remarquons particulièrement dans le domaine des éléments de production de l’infrastructure énergétique – ces dernières années, nous avons reçu beaucoup de sources d’énergie « vertes ». Il est maintenant temps de moderniser et d’étendre les réseaux de distribution et de transmission. Auparavant, c’était relativement simple : l’électricité passait d’une grande centrale électrique éloignée à des milliers de foyers. Actuellement, lorsque des microcentrales électriques sont situées sur les toits des maisons, l’énergie circule dans toutes les directions, ce qui crée à son tour de nombreux phénomènes inhabituels dans le réseau électrique, par ex. augmentation de tension sur le réseau BT causée par un grand nombre d’installations photovoltaïques connectées à une seule ligne, que les gestionnaires de réseau doivent surmonter. Pour les aider, il ne suffit pas de moderniser les lignes de transport. Il semble également que la modernisation des sous-stations pour les rendre numériques ne résoudra pas tous les problèmes. Dans tous les cas, jusqu’à aujourd’hui en Pologne, peu ont décidé d’utiliser les dernières normes – telles que IEC61850 lors de la modernisation des sous-stations HT/BT. Cette norme, qui modifie le mode de communication entre les éléments du système, offre aux opérateurs de nombreux avantages, tels que la réduction des connexions en cuivre et de leur diamètre, la surveillance des connexions en temps réel ou l’utilisation d’appareils de mesure et de capteurs modernes non conventionnels. Malgré cela, la plupart préfèrent toujours utiliser des solutions « traditionnelles » basées sur des transformateurs conventionnels et une communication « par contact ».

Les gestionnaires de réseau de distribution et de transport doivent être équipés des outils appropriés pour gérer un système énergétique en mutation. Le SCADA départemental au niveau HN/SN n’est plus suffisant. On parle de plus en plus de solutions centrales permettant d’analyser les phénomènes au niveau de l’ensemble de l’entreprise énergétique, en tenant compte de l’influence des unités de production décentralisées connectées à tous les niveaux de tension. Ceci est rendu possible par les systèmes modernes de classe ADMS et EMS qui regroupent les données et surveillent le fonctionnement du réseau à tous les niveaux de tension, jusqu’à un mètre pour chaque utilisateur. Des fonctionnalités telles que la localisation automatique et l’isolement des parties endommagées du réseau (FDIR) ne surprennent plus personne.

La visibilité et la gérabilité du réseau ne sont également qu’un aspect. Les dernières solutions dans le domaine de la gestion prédictive des actifs du réseau permettent non seulement d’évaluer le risque de défaillance d’éléments individuels du réseau électrique, tels que les transformateurs ou les commutateurs, mais également de prédire quand une telle défaillance se produira dans les prévisions. module basé sur l’intelligence artificielle. Le module d’auto-amélioration lui-même utilise des mécanismes d’apprentissage automatique pour analyser les données dont il dispose sur les appareils installés sur le réseau.

Une nouvelle tendance dans le domaine des logiciels qui soutiennent le travail des services de répartition et des planificateurs est le système de gestion de la végétation Lumada d’Hitachi Energy. Cette solution analyse les photos satellites des lignes de transmission, contrôle la distance à la végétation, prédit sa croissance, avertit les utilisateurs lorsqu’un tronçon de lignes doit être coupé, et permet même la gestion des équipes qui doivent effectuer les actions appropriées.

La transformation énergétique présente de nombreux défis pour nous, mais il existe des fournisseurs de technologies sur le marché, tels que Hitachi Energy, prêts à accompagner les gestionnaires de réseaux de distribution et de transport dans sa mise en œuvre. Désormais, seuls ces derniers doivent donner le feu vert à l’action en prévoyant des investissements appropriés.


L’avis des partenaires du cycle « Rzeczpospolita » – La lutte pour le climat

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