Comment la technologie d’amélioration du réseau peut-elle aider un réseau électrique sous pression à intégrer davantage de ressources renouvelables sans construire d’infrastructure supplémentaire ?
L’intégration de sources d’énergie renouvelable en grande quantité pose des défis en raison des capacités de transmission insuffisantes du réseau électrique. Plutôt que de construire des infrastructures coûteuses, les opérateurs de réseau peuvent intégrer des technologies d’amélioration du réseau (GET) basées sur du matériel et des logiciels pour améliorer la capacité d’accueil, permettant ainsi d’ajouter rapidement et à moindre coût davantage de renouvelables au réseau.
La redirection curative est-elle la meilleure solution pour intégrer les énergies renouvelables ? Vidéo gracieusement fournie par TransnetBW
Plusieurs types de GET peuvent être utilisés, mais la redirection curative et l’évaluation dynamique des lignes (DLR) sont deux approches qui peuvent bénéficier de manière significative au réseau.
Sources d’énergie renouvelables. Image gracieusement fournie par Adobe Stock
Une intégration accrue des renouvelables nécessite plus de transmission
Augmenter les renouvelables dans le réseau améliore la stabilité et la fiabilité, car l’énergie distribuée peut être exploitée lorsque nécessaire. Toutefois, la capacité de transmission du réseau doit être augmentée pour intégrer plusieurs sources renouvelables variables.
Étant donné que de nouvelles lignes électriques sont coûteuses et prennent environ 10 ans à construire, les opérateurs de système se tournent plutôt vers les GET. Ces technologies peuvent être déployées beaucoup plus rapidement et à un coût inférieur, accélérant ainsi l’intégration de systèmes renouvelables qui attendent actuellement des capacités de transmission améliorées.
Les GET sont des technologies matérielles et logicielles qui augmentent l’efficacité, la capacité et la fiabilité des lignes électriques existantes à un coût plus faible et à une vitesse plus élevée que l’infrastructure de réseau traditionnel. Les GET comprennent une gamme de solutions potentielles pour maximiser la transmission d’électricité dans l’infrastructure de réseau existante. Cela inclut des dispositifs de contrôle de flux d’énergie, des capteurs, des technologies intelligentes et des approches logicielles analytiques/algorithmiques, telles que l’optimisation topologique.
La limitation de production est un goulot d’étranglement
La limitation est un processus qui peut réduire la production d’énergie lorsqu’il y a trop d’énergie dans le réseau. Cela est connu sous le nom de limitation de génération, le type de limitation le plus courant. La limitation peut également réduire la consommation d’énergie (limitation de charge) lorsque le réseau n’a pas suffisamment de puissance. La limitation d’énergie est utilisée pour équilibrer l’approvisionnement en énergie afin de réduire la pression sur le réseau et prévenir les pannes de courant. Cependant, cela réduit la quantité de renouvelables qui peuvent être intégrées dans le réseau.
Incidents de limitation par mois. Image gracieusement fournie par Energy Information Administration
La limitation est utilisée à court terme pour protéger le réseau. Cependant, la limitation des renouvelables est un processus inefficace qui entraîne une perte de potentiel de production d’énergie, car l’énergie potentielle pouvant être récoltée est perdue. L’utilisation des GET peut réduire le besoin de limitation, car elles améliorent les capacités de transmission des lignes électriques et augmentent l’accueil des renouvelables.
Les GET peuvent accroître la capacité du réseau électrique
Des études ont montré que les GET pourraient augmenter de manière significative la capacité d’accueil du réseau. Par exemple, une étude financée par l’Union européenne a montré que certains pays pourraient accroître leur capacité d’accueil jusqu’à 40 %. Les GET réduisent la limitation en augmentant la capacité de transmission des lignes électriques, en mettant en œuvre de nouveaux processus opérationnels et en permettant de contrôler les flux sur le réseau.
Bien que différentes stratégies GET soient disponibles, les gains potentiels les plus élevés pourraient être réalisés en utilisant la redirection curative et la DLR. Déployer plus d’un GET pourrait générer des gains encore plus élevés en termes de capacité d’accueil. Cependant, les gains spécifiques dépendent de la capacité d’accueil actuelle du réseau et des types de renouvelables intégrés dans le réseau.
Redirection curative
La redirection implique de modifier les charges énergétiques lors de goulots d’étranglement énergétiques pour garantir que la capacité de transmission puisse être maintenue. Les charges doivent être redirigées en amont et en aval du point de congestion pour équilibrer les charges sur le réseau. Cela bloque des sections de ligne pour empêcher que les charges ne soient trop élevées dans une zone. Les centrales électriques de part et d’autre du goulot d’étranglement doivent soit augmenter, soit diminuer leurs charges en fonction des besoins locaux.
La plupart des opérations de redirection sont préventives, ce qui signifie que les opérateurs de système prévoient de réaliser des opérations de redirection en fonction des goulots d’étranglement de charge attendus. Cependant, dans certains cas, ces goulots d’étranglement ne peuvent pas être prévus, et des efforts de redirection sont réalisés comme méthode curative pour résoudre le goulot d’étranglement plutôt que d’essayer de le prévenir à l’avance.
Cela est particulièrement vrai dans les régions avec de nombreuses sources renouvelables, car une énergie intermittente pourrait être introduite dans le réseau à tout moment et provoquer des goulots d’étranglement inattendus. De plus, les renouvelables se trouvent dans des régions localisées, et le transport de grandes quantités d’énergie renouvelable à travers le réseau peut provoquer des goulots d’étranglement inattendus.
Les technologies d’amélioration du réseau pourraient résoudre les problèmes d’énergie renouvelable intermittente. Image gracieusement fournie par National Renewable Energy Laboratory
La redirection curative permet d’ajuster la charge du réseau après un goulot d’étranglement inattendu pour aider à atténuer les goulots d’étranglement de transmission et à améliorer les capacités de transmission. Plus les goulots d’étranglement sont résolus rapidement, plus l’énergie renouvelable peut continuer à alimenter le réseau.
La redirection curative offre le plus grand accroissement de capacité d’accueil en réduisant la limitation des renouvelables d’environ deux tiers par rapport à la redirection préventive. La redirection curative est importante pour une pénétration accrue des renouvelables, car des renouvelables plus localisées vont probablement provoquer des goulots d’étranglement. Les lignes de transmission peuvent être exploitées à des niveaux plus élevés et davantage de renouvelables peuvent être introduites, car la redirection curative fournit un plan de contingence pour restaurer les opérations du réseau en cas de problème.
Évaluation dynamique des lignes pour l’énergie éolienne
La DLR est une autre stratégie clé des GET pour intégrer davantage de renouvelables en maximisant dynamiquement la charge des lignes électriques en temps réel. Chaque ligne de transmission a une évaluation de ligne qui détermine combien d’électricité peut circuler le long de cette ligne en fonction des conditions météorologiques locales. La DLR permet aux opérateurs d’augmenter en toute sécurité l’évaluation et la capacité de ligne en fonction des données des capteurs locaux.
La DLR est une bonne solution pour les zones riches en vent, car elle peut fournir une augmentation ciblée de la capacité de transmission. La DLR peut augmenter la capacité de transmission pour retarder la limitation, conduisant à une pénétration plus élevée des renouvelables. Cependant, contrairement à la redirection curative, aucun gain supplémentaire ne peut être obtenu une fois la saturation atteinte.
L’augmentation de la capacité de transmission des lignes en fonction de la vitesse du vent rend la DLR idéale pour les systèmes d’éoliennes. La DLR pourrait réduire la limitation éolienne de plus de 50 % dans les zones d’intégration élevée des renouvelables. Cependant, l’efficacité de la DLR a été plus atténuée pour les cellules solaires, réduisant la limitation solaire à des niveaux beaucoup plus bas (environ 20 %) dans les scénarios d’intégration élevée des renouvelables.
Toutes les approches des GET ne se valent pas
Bien que différents GET peuvent augmenter la capacité d’accueil du réseau, toutes les approches des GET ne sont pas économiquement viables. L’utilisation de systèmes de stockage d’énergie dans des batteries a seulement montré un faible impact sur la capacité d’accueil tout en étant économiquement non viable à grande échelle. De plus, les équipements de contrôle de flux sont importants à un niveau local, mais leur impact à l’échelle nationale est inférieur à celui d’autres stratégies GET.