Des chercheurs ont démontré comment les algorithmes peuvent faciliter le partage d’énergie entre des bâtiments urbains pour alléger la pression sur le réseau électrique.
Des chercheurs de l’Institut coréen de recherche sur l’énergie ont créé un système de gestion de l’énergie basé sur l’intelligence artificielle pour échanger de l’électricité entre les bâtiments résidentiels et commerciaux.
Cette approche a permis d’atteindre un taux d’autosuffisance énergétique de 38,4 %, ce qui signifie que le bâtiment peut puiser dans sa propre production d’énergie pour répondre à la demande sans avoir recours à des sources externes. Le système a également réalisé un taux d’autoconsommation de 57,6 %, permettant à l’installation d’utiliser l’électricité sur place plutôt que de l’exporter vers le réseau.
Ces indicateurs représentent une amélioration substantielle par rapport aux 20 % d’autosuffisance et 30 % d’autoconsommation que l’on observait auparavant sans la fonction de partage d’énergie. En plus de soutenir la stabilité de l’approvisionnement électrique, cette solution a également réduit les coûts d’électricité de 18 % par an grâce à la gestion de la demande.
Bâtiments à Séoul, Corée du Sud. Image utilisée avec la permission de Pexels/par Ethan Brooke
Les lacunes de stabilité du réseau
Les chercheurs visaient à répondre aux lacunes opérationnelles des réseaux électriques urbains. En Corée du Sud, les centrales à combustibles fossiles interviennent généralement pour gérer les fluctuations de charge dues aux ressources solaires et éoliennes variables. Selon l’Institut de l’économie de l’énergie et de l’analyse financière, les énergies renouvelables représentaient 9,6 % du mix de production d’électricité du pays l’année dernière, et l’activité de développement de projets continue de croître. Toutefois, le charbon et le pétrole demeurent les principales sources d’énergie de la nation.
Plutôt que de construire de nouvelles centrales à charbon et à gaz pour gérer la volatilité des énergies renouvelables, les systèmes de stockage d’énergie par batterie pourraient accomplir une tâche similaire en déchargeant l’énergie excédentaire pendant les pics de demande. Cependant, l’expansion rapide de l’énergie solaire en Corée a dépassé le rythme des projets de stockage. Selon l’Institut des énergies renouvelables, la capacité cumulée de stockage par batteries du pays s’élève à environ 4 GW/10 GWh. Cependant, la stratégie à long terme du gouvernement vise 24,5 GW/127 GWh de capacité de stockage par batteries et hydroélectricité par pompage d’ici 2036.
Ressources coté demande pour les bâtiments. Image utilisée avec la permission du Laboratoire national des énergies renouvelables (Page 11)
Dans le secteur du bâtiment, la neutralité carbone nécessite d’intégrer une plus grande part d’énergies renouvelables dans le réseau électrique, d’électrifier les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC) et de faciliter des interactions flexibles côté demande entre les bâtiments et le réseau. Les autorités sud-coréennes exigent que tous les bâtiments publics aient un système intégré de gestion de l’énergie des bâtiments pour contrôler et optimiser la consommation d’énergie.
Dans leur article, publié dans Sustainable Cities and Society, l’équipe de l’Institut coréen de recherche sur l’énergie a révélé que la combinaison de ces solutions côté demande avec un mécanisme de partage d’énergie pouvait réduire efficacement la pression sur le réseau causée par des bureaux urbains et des bâtiments résidentiels.
Les chercheurs examinent les données de gestion de l’énergie. Image utilisée avec la permission de l’Institut coréen de recherche sur l’énergie
Les algorithmes d’apprentissage automatique renforcent la flexibilité
Tout d’abord, les chercheurs ont utilisé des techniques de regroupement par apprentissage automatique avec une interprétation basée sur le domaine des profils quotidiens et saisonniers pour étudier les modèles de consommation d’énergie des bâtiments et de production d’énergie renouvelable. Ils ont également pris en compte d’autres considérations, telles que les conditions météorologiques, le comportement des occupants, les facteurs de conception du système comme l’approvisionnement en énergie renouvelable et la capacité de CVC, ainsi que les contrôles opérationnels tels que le stockage d’énergie et les systèmes thermiques.
L’analyse a pris en compte des événements à faible probabilité mais ayant un fort impact (LPHI), tels que les vagues de chaleur, où des pics soudains de demande pourraient entraîner des coupures de courant en cas de production insuffisante. Les données ont révélé que les événements LPHI se produisent seulement 1,7 jour par an (0,5 % de fréquence et 1,8 % de l’énergie nette annuelle), mais affectent substantiellement la stabilité du réseau.
Données opérationnelles du projet de recherche. Image utilisée avec la permission de l’Institut coréen de recherche sur l’énergie
L’équipe a combiné ces données dans un algorithme pour faire correspondre la demande de pointe avec la production dans une communauté urbaine entièrement électrifiée alimentée par des énergies renouvelables et intégrant des systèmes de CVC, de stockage d’énergie, et de masse thermique des bâtiments. En fin de compte, leur algorithme a contribué à maintenir un équilibre énergétique quotidien et a pu facilement répondre aux événements LPHI.
La reproduction du système à l’échelle communautaire a permis d’atteindre des taux d’autosuffisance et d’autoconsommation supérieurs à ceux des systèmes électriques conventionnels. La démonstration a également marqué une avancée significative dans la recherche en simulant une consommation d’énergie de 107 MWh, soit sept fois plus que les études précédentes.