Dans un système énergétique transactif, le réseau électrique, les maisons, les bâtiments commerciaux, les appareils électriques et les stations de recharge sont en contact permanent, ce qui permet aux consommateurs et aux services publics d’économiser jusqu’à 50 milliards de dollars par an. Crédit : Cortland Johnson Pacific Northwest National Laboratory
La réorganisation du réseau électrique des États-Unis pourrait permettre aux consommateurs d’économiser 50 milliards de dollars par an.
Un plan innovant qui encourage la coopération pour maintenir la stabilité et la fiabilité du réseau électrique des États-Unis pourrait être une situation gagnante pour les consommateurs et les opérateurs de services publics.
La plus grande simulation de ce type, basée sur le réseau électrique du Texas, indique que le partenariat avec les services publics peut permettre aux consommateurs d’économiser jusqu’à 15 % sur leur facture énergétique annuelle. Dans ce système, les consommateurs se coordonneraient avec leur opérateur de service public d’électricité pour contrôler dynamiquement les gros consommateurs d’énergie tels que les pompes à chaleur, les chauffe-eau et les stations de recharge de véhicules électriques.
Parce qu’il dépend d’un accord entre les clients et les services publics, ce type de contrôle flexible de l’approvisionnement en énergie et des modes d’utilisation est dit “transactif”. Cependant, le déploiement à grande échelle d’un système d’énergie transactive n’a jamais eu lieu, et les inconnues sont nombreuses. C’est pourquoi l’Office de l’électricité du ministère de l’énergie a demandé l’aide des experts en énergie transactive du Pacific Northwest National Laboratory pour examiner comment un tel système pourrait fonctionner dans la réalité. Le 25 janvier, le rapport final en plusieurs volumes a été publié.
Hayden Reeve, expert en énergie transactive et conseiller technique du PNNL, a supervisé la conception et la mise en œuvre de l’étude et a dirigé l’équipe d’ingénieurs, d’économistes et de programmeurs.
“Le réseau texan étant assez représentatif du système énergétique national, il a permis non seulement de modéliser et de simuler les concepts transactifs, mais aussi d’extrapoler de manière fiable les résultats et les impacts économiques potentiels au réseau et aux clients des États-Unis “, a-t-il déclaré.
La simulation a montré que si un système d’énergie transactive était déployé sur le réseau du Electric Reliability Council of Texas (ERCOT), les charges de pointe seraient réduites de 9 à 15 %. Ces économies pourraient se traduire par des avantages économiques allant jusqu’à 5 milliards de dollars par an rien qu’au Texas, ou jusqu’à 50 milliards de dollars par an si le système était déployé sur l’ensemble du territoire continental des États-Unis. Les économies réalisées à l’échelle du pays seraient équivalentes à la production annuelle de 180 centrales électriques au charbon.
La plus grande simulation jamais réalisée d’un système énergétique transactif montre les avantages économiques potentiels pour la nation et un réseau flexible prêt à alimenter les secteurs de l’électricité, du bâtiment et du transport avec une énergie renouvelable propre. Crédit : Vidéo Eric Francavilla Pacific Northwest National Laboratory
Couper le courant
À l’heure actuelle, la plupart des gens ont été témoins de la façon dont les phénomènes météorologiques extrêmes ou les catastrophes naturelles peuvent causer des ravages dans nos systèmes de distribution d’électricité. Cette vulnérabilité est amplifiée par notre dépendance à l’égard de quelques sources d’énergie centralisées et d’un réseau qui peine parfois à adapter l’offre à la demande. En outre, la décarbonisation du réseau électrique signifie que de plus en plus d’électricité proviendra de différents types de sources d’énergie renouvelables, comme le vent et le soleil. Il est donc primordial d’éviter les pics ou les creux soudains – les pannes d’électricité -.
Les résultats de l’étude indiquent qu’un système d’énergie transactive permettrait de réduire les variations de charge quotidiennes de 20 à 44 %. Et comme de plus en plus de véhicules électriques sont utilisés, l’étude a montré, peut-être de façon contre-intuitive, que les stations de recharge de véhicules intelligents permettent de réduire encore plus les pics de charge électrique, car elles offrent une plus grande flexibilité dans les horaires de recharge et la consommation d’énergie.
Hayden Reeve, expert en énergie transactive et conseiller technique du PNNL, a dirigé l’équipe d’ingénieurs, d’économistes et de programmeurs chargée d’évaluer le potentiel de l’énergie transactive dans l’infrastructure énergétique du pays. Crédit : Eric Francavilla Pacific Northwest National Laboratory
“Un réseau intelligent peut agir comme un amortisseur, en équilibrant les déséquilibres entre l’offre et la demande”, a déclaré Reeve. “Grâce à notre étude, nous avons cherché à comprendre à quel point une coordination efficace du réseau électrique pouvait être précieuse pour la nation, les services publics et les clients. Travailler avec les propriétaires de bâtiments commerciaux et les consommateurs pour ajuster automatiquement la consommation d’énergie représente une étape pratique et gagnante pour tous vers la décarbonisation des secteurs de l’électricité, du bâtiment et du transport, sans compromettre le confort et la sécurité des habitations participantes”.et les entreprises”.
Un élément clé de cette stratégie est l’adoption d’appareils intelligents et de contrôles de la charge. Ces ressources dynamiques peuvent apprendre à consommer l’énergie plus efficacement, en ajustant leur utilisation pendant de brèves périodes afin de libérer de l’électricité pour d’autres besoins. Par exemple, au lieu de charger un véhicule électrique en début de soirée lorsque la demande et le prix de l’énergie sont élevés, les participants à l’énergie transactive s’appuieraient sur un contrôle de charge intelligent pour retarder le chargement de leur véhicule jusqu’à ce que la demande soit faible et l’électricité moins chère. Cette approche permet non seulement de réduire la pression sur l’infrastructure du réseau existant, mais aussi de donner aux services publics plus de temps pour planifier la prochaine génération d’infrastructures de stockage et de distribution de l’énergie, actuellement en cours de développement.
L’énergie réactive : un élément central
Dans un système d’énergie transactive, le réseau électrique, les foyers, les bâtiments commerciaux, les appareils électriques et les bornes de recharge sont en contact permanent. Les appareils intelligents reçoivent une prévision des prix de l’énergie à différents moments de la journée et élaborent une stratégie pour répondre aux préférences des consommateurs tout en réduisant le coût et la demande globale d’électricité. Un marché de détail local coordonne à son tour la demande globale avec le marché de gros plus vaste. Toutes les parties négocient l’approvisionnement en énergie et les niveaux de consommation, le coût, le calendrier et la livraison dans un système de tarification dynamique.
Le Electricity Infrastructure Operations Center, situé au PNNL, permet aux chercheurs d’évaluer des scénarios de réseau électrique dans le contexte des conditions actuelles de l’industrie. Crédit : Andrea Starr Pacific Northwest National Laboratory
Bien que ce concept puisse sembler futuriste, il est tout à fait possible de le réaliser et il est déjà déployé dans le cadre d’un projet de démonstration dans l’Eco-District de la ville de Spokane. L’équipe de recherche y développe et teste un système de coordination de l’énergie transactive et un marché de détail. L’approche comprend également l’utilisation d’agents logiciels transactifs conçus par le PNNL.
Une entreprise de la taille du Texas
Le réseau électrique primaire du Texas (ERCOT) a servi de base à l’analyse du PNNL. Les chercheurs ont créé des modèles très détaillés qui représentaient le réseau électrique ERCOT, y compris plus de 100 sources de production d’énergie et 40 services publics différents opérant sur le système de transmission. L’analyse comprenait également des représentations détaillées de 60 000 foyers et entreprises, ainsi que de leurs appareils consommateurs d’énergie. Les chercheurs ont utilisé les modèles pour effectuer de multiples simulations selon divers scénarios de production d’énergie renouvelable. Chaque simulation a montré comment le système énergétique réagirait à l’ajout de différentes quantités de sources d’énergie intermittentes, comme le vent et le soleil. L’équipe de recherche a également développé un modèle économique détaillé afin de comprendre les impacts des coûts annuels pour les opérateurs et les clients. Enfin, elle a examiné les coûts initiaux liés à la main-d’œuvre et aux logiciels, ainsi que les coûts d’achat et d’installation des dispositifs intelligents dans les foyers et les entreprises.
Graphique de Cortland Johnson Pacific Northwest National Laboratory
Un autre objectif important de l’étude consistait à évaluer l’impact d’un nouveau type de médiateur dans l’économie de réseau. Cette entité, appelée gestionnaire de réseau de distribution, serait tenue de gérer un réseau comportant de multiples sources d’énergie détenues et exploitées par des entités distinctes, qui contribuent toutes au réseau à des moments et des quantités différents. En outre, ce gestionnaire de réseau de distribution négocierait les transactions avec les clients qui permettent un contrôle flexible de la charge. L’objectif serait de soutenir un fonctionnement efficace et fiable du réseau. L’étude a confirmé l’intérêt d’établir des entités, telles qu’un gestionnaire de réseau de distribution, pour gérer l’énergie transactive.
Dans l’ensemble, la recherche du PNNL a montré les avantages clairs de la réimagination de la façon dont le réseau électrique pourrait s’adapter à un avenir où l’énergie renouvelable propre est un contributeur beaucoup plus important et où davantage de nos besoins de transport dépendent d’un accès facile à l’électricité.
“Ces résultats plaident en faveur d’un investissement dans le déploiement à grande échelle de systèmes d’énergie transactive”, a déclaré Christopher Irwin, responsable de programme pour le Bureau de l’électricité du ministère de l’énergie, dans le cadre de ses efforts en matière de normes et d’interopérabilité du réseau intelligent. “Alors que la nation se dirige vers un avenir sans carbone, un système énergétique plus adaptable pourrait contribuer à accélérer le déploiement plus large des véhicules électriques, de l’énergie solaire et de la conversion des maisons et des bâtiments à des sources d’électricité propres.”
En plus de Reeve, les chercheurs du PNNL Steve Widergren, Rob Pratt, Bishnu Bhattarai, Sarmad Hanif, Sadie Bender, Trevor Hardy, Mitch Pelton, Ankit Singhal, Fernando Bereta dos Reis, Ahmad Tbaileh, Matt Oster, Tianzhixi Yin, Laurentiu Marinovici…et Sarah Barrows ont tous contribué à la recherche et à la rédaction des rapports finaux. L’étude a été soutenue par l’Office de l’électricité du Département de l’énergie.
