Le système énergétique du futur est numérique, décentralisé et autonome

May 03, 2023

Durabilité -Cinq universités néerlandaises et le Centre de mathématiques et d'informatique (CWI) unissent leurs forces pour rendre notre système énergétique pérenne.

Les Pays-Bas sont confrontés à l'énorme tâche de laisser le pays fonctionner entièrement à l'énergie verte à l'avenir. Cela nécessitera un système énergétique radicalement nouveau, flexible et fiable. Cinq universités néerlandaises, en collaboration avec l'institut de recherche CWI, travaillent actuellement sur une proposition pour y parvenir. "Nous ne pouvons plus attendre. Préparons notre système énergétique pour les cent prochaines années", déclare Peter Palensky, professeur de réseaux électriques intelligents à la TU Delft.

Pour le dire franchement : le temps presse. Le réseau électrique aux Pays-Bas et dans le reste de l'Europe a besoin d'une refonte majeure et rapide. La demande d'électricité doublera presque d'ici 2030 par rapport à 2019. Non seulement la capacité de production doit être augmentée de manière significative. Acheminer de grandes quantités d'électricité verte au bon endroit de manière fiable est également un défi majeur. Il doit également être stocké.

Récemment, TenneT a fait une première tentative pour cartographier le réseau du futur et a remis la proposition de réseau cible au ministre du Climat et de l'Énergie, Rob Jetten. Un réseau pour une énergie entièrement produite de manière durable est proposé avec des pôles énergétiques connectés par ce que l'on appelle des « autoroutes ». "Un premier pas formidable", déclare Palensky. "Mais le plan doit être affiné."

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C'est pourquoi cinq universités néerlandaises (TU Delft, TU Eindhoven, Université de Twente, Université de Groningen et Université d'Utrecht) et CWI ont décidé de soumettre une proposition intitulée Digital Energy for the Gravitation Program 2023. Avec ce programme, le gouvernement soutient la recherche par consortiums de chercheurs aux Pays-Bas pour un montant de 25 millions d'euros. Comme son nom l'indique, la numérisation du réseau électrique est au cœur de la proposition. Le futur réseau sera un système électrique décentralisé, dans lequel les hubs énergétiques seront interconnectés par des autoroutes au moyen de toutes sortes de technologies.

Tout d'abord, Palensky construit un jumeau numérique pour étudier en détail le futur réseau. "C'est une réplique numérique de quelque chose de nouveau. Dans notre cas, le futur système électrique", explique Palensky. "De cette façon, vous pouvez tester des scénarios et faire des expériences sans blesser personne dans le monde réel."

De nombreuses questions restent sans réponse en ce qui concerne le réseau du futur. Des questions comme : Comment garder tout stable alors que des millions de panneaux solaires seront bientôt installés ? Et comment s'assurer que chacun pourra recharger sa voiture électrique ? "La magie du jumeau numérique, c'est qu'il rassemble les gens. Fournisseurs de technologies, électriciens, politiques : tous peuvent prendre place à table et voir par eux-mêmes ce qui se passe dans le scénario X. De cette façon, nous pouvons prendre des décisions plus rapidement et mieux et atteindre nos objectifs cibles à temps. Et nous pouvons également le faire pour d'autres pays.

Avec le jumeau numérique, l'une des principales recherches est la distribution efficace de l'énergie. Dans le système énergétique actuel, si un élément tombe en panne ou est endommagé, cela affecte l'ensemble du système, semblable à un effet domino, entraînant parfois des pannes de régions entières. "Nous ne voulons pas que cela se produise à l'avenir. C'est pourquoi nous proposons un système distribué, auto-organisé et résilient", a déclaré Pavol Bauer, professeur en systèmes CC, conversion et stockage d'énergie au département d'électricité de TU Delft. Énergie renouvelable.

Cela sera possible grâce à ce que l'on appelle des «cellules énergétiques» interconnectées dans lesquelles le commerce entre pairs est possible. "Au sein des cellules, l'énergie est partagée et distribuée entre les utilisateurs. Les citoyens produisent de l'énergie grâce à des panneaux solaires sur les toits de leurs bâtiments. Et s'il y a une forte demande d'énergie, par exemple si la machine à laver et le lave-vaisselle sont utilisés en même temps, il est possible d'obtenir cette énergie des voisins. Donc, fondamentalement, nous essayons de maximiser le profit et d'équilibrer l'énergie dans une cellule.

L'énergie sera stockée à la fois globalement et localement. Et l'échange d'énergie devient très flexible. C'est un avantage, par exemple, pour les hubs énergétiques avec des utilisateurs à forte demande. "Pensez à l'industrie et aux camions électriques qui ont besoin d'être rechargés. Ici, une plus grande consommation d'énergie est attendue, donc il y aura plus d'énergie disponible provenant du réseau. Tous les hubs énergétiques sont interconnectés."

La numérisation et les composants intelligents qui font partie du réseau sont essentiels au bon fonctionnement de ce nouveau système. Ceux-ci offrent une fiabilité, une flexibilité et une efficacité améliorées. "Par exemple, les composants peuvent contribuer à la maintenance prédictive avec autodiagnostic", poursuit Bauer. "Ils informent l'utilisateur si un interrupteur fonctionne correctement. Vous pouvez le comparer à une inspection de voiture au garage. Ils connectent la voiture à un ordinateur et peuvent lire s'il y a d'éventuels dysfonctionnements."

De plus, l'électronique de puissance, la branche du génie électrique qui s'occupe du traitement des hautes tensions, va jouer un rôle majeur dans le nouveau système. "La technologie de l'électronique de puissance fournira une interface cruciale, flexible et intelligente pour connecter l'énergie renouvelable (éolienne, solaire), le stockage et les charges et contrôlera le flux d'énergie", explique Bauer. Il remplacera certains des composants de grille classiques. Bauer poursuit : "Par exemple, un transformateur de fréquence de réseau classique (50 Hz) sera remplacé par un transformateur à semi-conducteurs (SST). En conséquence, le transformateur peut utiliser une commutation à haute fréquence, réduisant à la fois la taille et le poids par rapport à la fréquence du réseau. transformateurs, et gérera le flux d'énergie entre les lignes d'alimentation et le réseau. Et, comme effet secondaire positif, il n'aura besoin que d'une fraction de cuivre et d'acier par rapport aux transformateurs basse fréquence et économisera ainsi de la matière première. »

"Et ce ne sont que quelques exemples. Il s'agit vraiment d'une boîte à outils de la taille d'un monstre", conclut Bauer. Même des technologies futuristes difficiles à imaginer à l'heure actuelle, comme la transmission d'énergie sans fil (Inductive Power Transfer) sont décrites dans la proposition.

La beauté du concept proposé, selon Palensky, est qu'il est en harmonie avec notre système énergétique actuel. "On ne peut tout simplement pas l'éteindre pendant un an pour en implanter un nouveau. Il faut faire une chirurgie du stimulateur cardiaque à la volée pendant le marathon, si l'on peut dire. Mais c'est parfaitement possible. Notre solution est économique, fiable et pérenne." il va grandir et compléter les structures existantes."

En octobre, il sera clair si Digital Energy sera éligible à un financement. Bauer et Palensky sont optimistes. "Il est maintenant temps de faire un changement. Nous ne pouvons tout simplement plus attendre. Et si nous changeons notre système énergétique, faisons les choses correctement pour les 100 prochaines années. Avec tous les excellents outils décrits dans notre proposition, je suis convaincus que nous pouvons y arriver », conclut Palensky.

"Et c'est vraiment une opportunité unique pour les Pays-Bas et l'Europe de redevenir des leaders énergétiques", ajoute Bauer. "Commençons tout de suite."