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Qu’est-ce qu’un microréseau ?
Publication : 29 février 2024
Contributeurs : Amanda McGrath, Alice Gomstyn
Les micro-réseaux sont des réseaux électriques à petite échelle capables de fonctionner indépendamment pour générer de l'électricité pour une zone localisée, telle qu'un campus universitaire, un complexe hospitalier, une base militaire ou une région géographique.
Le ministère américain de l’Énergie définit un microréseau comme un groupe de charges interconnectées et de ressources énergétiques distribuées dans des limites électriques clairement définies qui agit comme une entité contrôlable unique par rapport au réseau.1 Les microréseaux peuvent fonctionner conjointement avec des réseaux électriques à grande échelle plus traditionnels, appelés « macrogrids », qui sont implantés dans de grandes centrales électriques. Mais les microréseaux étant autonomes, ils peuvent fonctionner en « mode îlot », ce qui signifie qu’ils fonctionnent de manière autonome et fournissent eux-mêmes de l’énergie. Ils sont généralement composés de plusieurs types de ressources énergétiques distribuées (RED), telles que des panneaux solaires, des éoliennes, des piles à combustible et des systèmes de stockage d’énergie. Leurs ressources de production d’électricité peuvent également inclure des sources plus traditionnelles telles que des générateurs diesel et des systèmes de production combinée de chaleur et d’électricité (CHP) alimentés au gaz naturel.
En termes de production d’électricité, les microréseaux offrent des solutions potentielles répondant à plusieurs défis associés à un réseau électrique traditionnel. Les microréseaux peuvent :
- Améliorer la résilience : les micro-réseaux peuvent atténuer la pression sur le réseau électrique principal et fournir une alimentation de secours lors des pannes causées par des conditions météorologiques extrêmes ou d’autres perturbations, garantissant ainsi une alimentation fiable pour les charges critiques. Cette fonctionnalité s’avère particulièrement efficace dans les zones éloignées ayant un accès limité au réseau principal, ou dans les régions exposées aux pannes d’électricité ou aux catastrophes naturelles.
- Augmenter l’efficacité : en gérant les ressources et les charges énergétiques locales, les micro-réseaux peuvent équilibrer efficacement l’offre et la demande, réduire les pertes de transmission et permettre une réponse à la demande, ce qui signifie qu’ils permettent d’ajuster la consommation d’énergie en fonction des signaux tarifaires. Cela peut se traduire par une réduction des coûts énergétiques. Par exemple, le passage de l’aéroport international de Pittsburgh à un micro-réseau solaire et à gaz naturel a permis d’économiser un million de dollars dès la première année.2 Une entreprise vinicole de Californie a construit un micro-réseau autour de l’énergie solaire photovoltaïque (PV) qui a réduit ses factures d’énergie mensuelles de 15 000 à 1 000 dollars.3
- Encourager la modernisation et la durabilité : les micro-réseaux permettent l’intégration de sources d’énergie renouvelables au réseau d’alimentation ce qui peut réduire les émissions globales de gaz à effet de serre et contribuer aux objectifs en matière d’énergie propre.
Diverses technologies énergétiques se connectent pour créer un micro-réseau. Chacun se compose de plusieurs éléments clés :
Ce sont les générateurs qui produisent de l’électricité pour le micro-réseau. Il peut s’agir de sources renouvelables telles que les panneaux solaires, les éoliennes et les systèmes hydroélectriques, ainsi que de sources non renouvelables telles que les générateurs de diesel ou de gaz naturel.
Les dispositifs de stockage d’énergie tels que les batteries ou les volants d'inertie stockent l’énergie excédentaire générée par le micro-réseau. Cette énergie stockée peut être utilisée lorsque la demande dépasse la production ou pendant les périodes de production d’énergie intermittente (comme la nuit pour l’énergie solaire).
Cela inclut l’infrastructure physique nécessaire pour distribuer l’énergie des sources aux charges, comme les lignes à haute tension, les transformateurs et les commutateurs.
Le « cerveau » du microréseau gère son fonctionnement, en équilibrant l’alimentation électrique, en intégrant des sources renouvelables, en gérant le stockage d’énergie et en maintenant la qualité de l’énergie. Il permet également au micro-réseau de se déconnecter et de se reconnecter au réseau principal selon les besoins. Les systèmes de contrôle comprennent des outils de gestion de la charge qui ajustent l’approvisionnement en fonction de l’augmentation et de la baisse de la demande d’énergie, ainsi que des dispositifs de comptage, qui mesurent la production et la consommation d’énergie, fournissant des données importantes pour la gestion du fonctionnement du réseau.
Il s’agit du point physique où le micro-réseau se connecte au réseau public principal. Le PCC peut isoler le micro-réseau pour lui permettre de fonctionner en mode îlot en cas de panne du réseau principal.
Considérations pour la mise en œuvre d’un micro-réseau
La mise en œuvre d’un micro-réseau implique plusieurs étapes, notamment une étude de faisabilité, la conception, la mise en service et l’exploitation. Les considérations incluent la sélection des sources de production, le dimensionnement du système de stockage d’énergie, la conception du système de contrôle et la conformité aux normes d’interconnexion. La technologie joue un rôle crucial dans ce processus. Les systèmes de contrôle de micro-réseaux avancés utilisent des algorithmes pour optimiser le fonctionnement de diverses sources d’énergie en temps réel. Parallèlement, les technologies numériques telles que les appareils de l’Internet des objets (IoT) et la blockchain peuvent permettre le commerce d’énergie entre pairs au sein d’un micro-réseau.
L’installation et l’exploitation de projets de micro-réseaux peuvent présenter un certain nombre de défis : les coûts initiaux élevés des technologies de micro-réseaux, telles que les systèmes de contrôle avancés et le stockage d’énergie, peuvent dissuader les candidats potentiels. Connecter un micro-réseau au réseau principal nécessite une coordination minutieuse afin de garantir la qualité et la sécurité de l’énergie. Le contrôleur de micro-réseau, un composant essentiel du système, doit gérer et optimiser le fonctionnement de diverses sources d’énergie en temps réel, ce qui peut être complexe. Les obstacles réglementaires liés aux droits de franchise des services publics, à l’accès au réseau et aux tarifs peuvent également freiner l’adoption.
Cependant, les avantages potentiels des microréseaux, notamment la flexibilité, la résilience et l’efficacité, les rendent attrayants pour de nombreuses entreprises et communautés à la recherche de nouveaux systèmes de gestion de l’énergie. En fait, les investissements dans les micro-réseaux augmentent, un rapport suggérant que ce marché mondial pourrait représenter 55 milliards de dollars d’ici 2032.4
Un réseau intelligent est un système électrique avancé qui intègre des systèmes de communication et de contrôle numériques à l’infrastructure électrique traditionnelle afin de permettre la surveillance et la gestion en temps réel des flux d’énergie. Les réseaux intelligents optimisent l’utilisation des sources d’énergie renouvelables, réduisent les émissions de carbone et augmentent l’efficacité énergétique. Ils permettent également aux consommateurs de mieux contrôler leur consommation d’énergie et leurs coûts grâce à l’utilisation de compteurs intelligents et de systèmes domotiques.
Les technologies qui soutiennent les réseaux intelligents peuvent également être utilisées pour améliorer l’efficacité des microréseaux. Un micro-réseau intelligent utilise des capteurs, des systèmes d’automatisation et de contrôle pour optimiser la production, le stockage et la distribution d’énergie. Les micro-réseaux intelligents sont conçus pour être résilients et fiables, capables de répondre rapidement aux variations de la demande ou aux perturbations de l’approvisionnement.
Les micro-réseaux offrent des solutions énergétiques aux entreprises et aux communautés à la recherche d’une plus grande durabilité. Ils peuvent intégrer de façon fluide des sources d’énergie renouvelables telles que l’énergie solaire, l’énergie éolienne et l’énergie hydroélectrique. Ils soutiennent également l’électrification des transports (par exemple, en fournissant une infrastructure de recharge pour les véhicules électriques). Cela réduit la dépendance aux combustibles fossiles, contribuant ainsi à la limitation des émissions de gaz à effet de serre et du changement climatique.
En produisant de l’énergie plus près de la source de consommation, les micro-réseaux réduisent les pertes d’énergie qui se produisent généralement lors du transport longue distance. De plus, ils peuvent mieux gérer la réponse à la demande en réduisant la charge pendant les heures de pointe ou en la déplaçant vers les heures creuses. Ensemble, ces attributs conduisent à une utilisation plus efficace de l’énergie produite.
Outre les avantages environnementaux d’un approvisionnement énergétique renouvelable et efficace, les micro-réseaux peuvent stimuler les économies locales. Ils peuvent créer des emplois dans les domaines de la construction, de l’exploitation et de la maintenance, contribuant au développement local.
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Ressources
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La technologie des réseaux intelligents promet de moderniser le système électrique traditionnel grâce à l’intelligence numérique qui aide les fournisseurs d’énergie à passer à une énergie propre et à réduire les émissions de carbone.
La neutralité carbone correspond au moment où les gaz à effet de serre émis dans l’atmosphère sont équilibrés par une quantité équivalente éliminée de l’atmosphère.
La gestion de l’énergie consiste à surveiller, contrôler et optimiser de manière proactive et systématique la consommation d’énergie d’une organisation, afin d’économiser l’énergie et de réduire les coûts énergétiques.
Notes de bas de page
1 The U.S. DoE’s Microgrid Initiative (lien externe à ibm.com), United States of America Department of Energy, octobre 2012.
2 How a microgrid saved Pittsburgh International Airport USD 1 Million (lien externe à ibm.com), Microgrid Knowledge, juillet 2022.
3 Microgrid Analysis and Case Studies Report (lien externe à ibm.com), California Energy Commission, août 2018.
4 Global Market for Microgrids Estimated to Grow to Over USD 55 Billion by 2032 (lien externe à ibm.com), Guidehouse Insights, janvier 2024.