Lorsque des conditions météorologiques extrêmes ou des catastrophes naturelles surviennent, désénergiser le réseau devient nécessaire. La technologie des réseaux intelligents peut aider.
Le réseau électrique des États-Unis est l’un des systèmes de machines les plus complexes au monde, mais il vieillit et contient des équipements hérités datant de plusieurs décennies. Cette ancienne technologie est de plus en plus mise à rude épreuve par les catastrophes naturelles récentes, notamment les vagues de chaleur, les incendies de forêt et les ouragans.
L’infrastructure vieillissante du réseau a contribué à la propagation des incendies de forêt, devenus plus fréquents et destructeurs dans plusieurs États, notamment en Californie, en Oregon, dans le Minnesota et à Hawaï. Le risque d’incendie de forêt est plus élevé lorsque les vitesses de vent sont élevées mais que l’humidité est faible. Dans ces scénarios, les lignes électriques aériennes peuvent entrer en contact avec la végétation ou provoquer des étincelles, ce qui peut déclencher des incendies qui se propagent avec des vents violents.
Lignes électriques tombées lors d’une tempête. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Adobe Stock
L’approche actuelle pour protéger le réseau et l’environnement consiste à couper manuellement l’alimentation des zones localisées subissant un sinistre ou une défaillance. Alors que les catastrophes naturelles sont devenues plus destructrices, des coupures de sécurité publique sont survenues en Californie, en Oregon et au Colorado.
La mise à niveau du réseau électrique avec la technologie des réseaux intelligents pourrait améliorer la capacité du réseau à se couper automatiquement en cas de pannes localisées et de catastrophes de plus grande envergure.
La nécessité de désénergiser et réénergiser les réseaux électriques
La désénergisation supprime l’énergie des lignes électriques et coupe l’alimentation des zones ciblées pour protéger le réseau et l’environnement local. Outre la prévention des catastrophes naturelles pendant les vagues de chaleur, la désénergisation des sections du réseau est primordiale pendant les réparations pour protéger les travailleurs des chocs électriques ou de l’exposition à un arc électrique. Lorsque la crise est terminée, la réénergisation consiste à remettre le réseau sous tension.
Désénergiser et réénergiser nécessitent plus de réflexion que simplement actionner un interrupteur. En raison de la complexité du réseau électrique, un équilibre doit être trouvé dans tout le réseau pour que l’électricité circule toujours dans une certaine mesure des centrales électriques aux consommateurs.
Les lignes électriques ne peuvent pas stocker d’électricité pour une utilisation ultérieure, donc les dynamiques du réseau diffèrent de nombreuses autres infrastructures de services publics. Par conséquent, la désénergisation et la réénergisation sont effectuées par étapes. Cela garantit que les changements ne sont pas trop brusques et que le côté fourniture peut s’adapter. Par exemple, les centrales électriques ne peuvent pas se mettre en marche instantanément, et chacune a sa propre dynamique de mise en route. Certaines peuvent prendre des minutes, tandis que d’autres prendront des heures. Il n’est également pas possible pour une centrale électrique d’augmenter instantanément sa capacité de production de 10% à 90%. Le processus prend du temps et se fait par étapes pour assurer une distribution d’énergie fluide dans des conditions variables.
Les réseaux électriques traditionnels ont de nombreux capteurs dans les réseaux de distribution basse tension – l’aire fournissant l’énergie aux quartiers locaux – et peuvent manquer de contrôle spécifique sur les composants individuels de ces réseaux. À ce niveau de distribution, les pannes non planifiées sont toutes signalées manuellement. Cependant, automatiser la tâche avec des réseaux intelligents peut connecter numériquement ces réseaux de distribution et le réseau plus large. L’automatisation peut signaler les pannes et aider à contrôler le flux d’électricité dans le réseau.
Entérrer les lignes électriques est une solution possible pour des pannes plus importantes, telles que celles causées par de gros événements météorologiques défavorables et des catastrophes naturelles. Cependant, l’enfouissement est coûteux, jusqu’à un million de dollars par mile pour les réseaux de distribution basse tension et plus pour les lignes de transmission haute tension.
Les réseaux intelligents peuvent surveiller et gérer la distribution de l’électricité à partir de diverses sources de production pour répondre aux demandes des utilisateurs. La technologie des réseaux intelligents peut aider à minimiser les interruptions et à gérer les pannes non planifiées lors d’événements météorologiques extrêmes. Elle peut également aider à restaurer l’infrastructure énergétique après une tempête pour réduire l’impact sur la vie humaine et les infrastructures critiques.
Protéger contre les catastrophes naturelles
Les scénarios météorologiques extrêmes peuvent provoquer des surtensions soudaines provenant de l’intérieur du réseau. Par exemple, la surutilisation de la climatisation pendant les vagues de chaleur ou les sécheresses peut provoquer des pics de consommation d’énergie. Les réseaux intelligents peuvent mieux anticiper et prévenir les problèmes de pannes potentiels, réagir de manière flexible et adapter la solution au problème. Les technologies intelligentes utilisent des capacités avancées de collecte, de traitement et d’analyse des données pour rationaliser la détection et la réponse.
Système de gestion des réseaux intelligents. Image utilisée avec l’aimable autorisation du Department of Energy
De plus, l’interconnectivité permet à divers systèmes de communiquer, ce qui peut aider à rétablir l’alimentation plus rapidement ou à détourner l’énergie des ressources énergétiques distribuées (DER) vers les zones nécessitant de l’électricité lorsque d’autres régions sont désénergisées. Les capteurs IoT avancés et les systèmes de surveillance permettent au réseau intelligent de localiser et d’analyser les problèmes et de proposer des solutions.
Globalement, la distribution d’énergie intelligente permet de s’auto-réparer pour rétablir l’énergie après une panne sans intervention humaine.
Les capteurs et dispositifs de surveillance sont les éléments essentiels des réseaux intelligents. Les capteurs intelligents sont intégrés dans tout le réseau pour surveiller le fonctionnement du réseau et transmettre les informations au réseau décentralisé. Les capteurs de réseau capturent de manière autonome des données en temps réel sur la température, l’humidité, la vitesse du vent et le flux d’énergie, permettant au réseau intelligent d’anticiper et de réagir aux événements météorologiques.
Les réseaux intelligents peuvent également utiliser des algorithmes avancés de prévision météorologique pour prédire les événements météorologiques graves. La planification préventive permet au réseau d’ajuster automatiquement ses opérations après des événements potentiels. Les données de capteur collectées sont cruciales pour tous les aspects des réseaux intelligents et fournissent aux systèmes de contrôle suffisamment de données pour redistribuer l’énergie, prioriser les infrastructures critiques, et isoler ou désénergiser toute section endommagée du réseau après un événement météorologique.
Génération et stockage d’énergie renouvelable
Les sources d’énergie renouvelable sont devenues des DER critiques au sein du réseau et peuvent fournir de l’énergie lors d’événements météorologiques extrêmes. Les réseaux intelligents peuvent diriger le flux d’énergie des DER vers les zones qui en ont besoin. L’analyse prédictive peut anticiper les fluctuations de la production d’énergie renouvelable lors d’événements météorologiques. Pendant les événements météorologiques, les systèmes de stockage par batterie sont essentiels pour stabiliser le réseau, permettant de stocker l’énergie excédentaire pendant les conditions de fonctionnement optimales et de la libérer dans le réseau lorsque c’est nécessaire.
Composants essentiels d’un réseau intelligent
Une communication efficace entre les réseaux de distribution permet au réseau de répondre aux pannes ou de désénergiser une section du réseau. Des canaux de communication robustes peuvent faciliter l’échange d’informations entre les composants du réseau, de sorte que même lorsque certaines parties du réseau subissent des conditions météorologiques extrêmes, le réseau peut toujours transmettre des instructions cruciales sans interruption. Les réseaux intelligents dotés d’ algorithmes d’IA peuvent également optimiser la réponse du réseau en analysant les données historiques pour prendre des décisions en temps réel afin de minimiser les dommages. Les modèles prédictifs peuvent fournir aux opérateurs suffisamment de données pour prendre des décisions d’urgence éclairées.
Les micro-réseaux peuvent contribuer à renforcer la résilience des réseaux intelligents face aux pannes et événements météorologiques défavorables, car ils peuvent être déployés lorsque le réseau principal est peu fiable. Ils peuvent fournir des ressources pour stabiliser et restaurer le réseau principal en cas de panne. Les micro-réseaux peuvent également aider à restaurer les charges sur le réseau en minimisant les opérations de commutation utilisées tout en maximisant la charge restaurée.
Enfin, les réenclencheurs dans les réseaux intelligents peuvent interrompre les charges et les courants de défaut. Les réenclencheurs se coupent plusieurs fois dans une séquence spécifique et peuvent être utilisés pour réénergiser le réseau après une panne. Les réenclencheurs peuvent protéger les sections les plus susceptibles de subir des pannes de courant. Ils peuvent interrompre les défauts et réénergiser le réseau plus près de l’emplacement de la panne, offrant un meilleur service en amont. Les réenclencheurs modernes ont de meilleures capacités d’interruption de courant et sont installés plus près des postes électriques.
Réenclencheurs sur un poteau. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Wikimedia Commons
Les réenclencheurs des réseaux intelligents sont également équipés de capteurs de tension et de courant et de communications bidirectionnelles entre le dispositif et le contrôleur. La prise de mesures de tension et de courant offre une protection accrue car elles permettent de surveiller les défauts et les charges. La communication bidirectionnelle permet la transmission de commandes à distance, ce qui fournit des rapports de statut réguliers et la transmission d’événements à l’opérateur.
Des solutions polyvalentes pour une planification polyvalente
L’intégration de la technologie des réseaux intelligents offre de nombreuses solutions pour surveiller et protéger contre les pannes. Elle peut également aider à désénergiser des réseaux localisés lorsqu’un