Améliorer la fiabilité du réseau électrique avec la coordination des DER

Alors que la demande d'électricité monte en flèche, surtout à cause de l'utilisation croissante des véhicules électriques (VE), des pompes à chaleur et d'autres appareils électriques, la fiabilité de la distribution d'électricité devient super importante. Beaucoup de stratégies actuelles pour gérer les Ressources Énergétiques Distribuées (DER), comme la réponse à la demande et les centrales électriques virtuelles (VPP), se concentrent surtout sur la réduction des coûts pour les consommateurs sans vraiment penser à comment maintenir un réseau électrique stable. Cet article examine une meilleure façon de coordonner les DER pour s'assurer que le réseau reste fiable tout en minimisant les coûts.

#La Nécessité d'une Coordination Fiable

L'avenir de la distribution d'électricité devrait faire face à des demandes beaucoup plus élevées. De nombreux appareils quotidiens, y compris ceux pour le chauffage, la cuisine et les voitures, commencent à utiliser l'électricité plutôt que les combustibles fossiles. En plus de cela, l'intégration de technologies comme les panneaux solaires sur les toits et les systèmes de stockage d'énergie est en forte augmentation. Cependant, ces changements peuvent entraîner des problèmes comme la surcharge des transformateurs et des irrégularités de tension.

Si ces problèmes de fiabilité ne sont pas réglés, cela pourrait engendrer des mises à niveau coûteuses de l'infrastructure. Notre objectif est de montrer comment une meilleure méthode de coordination pour les DER peut aider à améliorer la fiabilité et réduire les coûts futurs.

#Comparaison des Méthodes de Contrôle

Notre recherche utilise des techniques de simulation pour analyser comment différentes méthodes de contrôle des DER peuvent impacter la fiabilité du réseau. Nous comparons un contrôleur centralisé avec une prévision parfaite, qui gère tous les DER avec une pleine connaissance des charges et de la génération futures, à un contrôleur local qui se concentre seulement sur la réduction des coûts pour les consommateurs.

On a constaté qu'en 2050, si rien n'est fait, une grande partie du réseau pourrait rencontrer des violations de fiabilité. Par exemple, on estime qu'environ 81 % des transformateurs pourraient avoir des problèmes sous un contrôle local. En revanche, une stratégie de contrôle centralisé pourrait réduire cela à seulement 28 %, entraînant une réduction de 17 % de la Charge de pointe.

#Méthodologie de Simulation

Pour arriver à nos résultats, nous avons utilisé un processus de simulation et d'optimisation du flux d'énergie. D'abord, nous avons développé divers modèles de réseaux de distribution représentant un mélange de zones urbaines, suburbaines et rurales à travers le pays. On a collecté des données sur les profils de charge des consommateurs, les paramètres des DER et la croissance prévue de l'électrification.

Des simulations ont été réalisées sous différents scénarios où le placement et l'allocation des DER étaient aléatoires. Chaque scénario nous a aidés à comprendre la relation entre différentes méthodes de contrôle et leur effet sur la fiabilité du réseau.

#Génération de Scénarios

La génération de ces simulations impliquait plusieurs étapes. On a d'abord créé un profil de charge de base en utilisant des données historiques. De là, on a projeté les augmentations prévues des charges électriques dues à l'électrification dans les foyers et les entreprises.

On a aussi introduit le concept de Charges flexibles, qui sont des charges pouvant être ajustées en fonction des signaux de prix ou des besoins du réseau. La distribution de ces charges, ainsi que la planification de la recharge des VE et l'intégration de l'énergie solaire et du stockage d'énergie, ont été soigneusement modélisées dans nos simulations.

#Améliorations de la Coordination

Le principal avantage d'une stratégie de contrôle centralisé, c'est qu'elle peut réduire considérablement les violations sur le chargement des transformateurs et les niveaux de tension à travers le réseau. D'ici 2050, utiliser cette méthode pourrait faire descendre les violations des transformateurs de 81 % à 18 %. Même en tenant compte d'une légère augmentation des coûts d'électricité pour les consommateurs-environ 5 %-les améliorations globales en matière de fiabilité sont très prometteuses.

Le système de contrôle coordonné fait pleinement usage de la flexibilité disponible dans la recharge des VE, le stockage d'énergie et d'autres ressources. Cette flexibilité permet de décaler les charges, ce qui aide à éviter les pics qui mettraient autrement le réseau sous tension.

#Réduction de la Charge de Pointe

Un autre avantage notable du contrôleur centralisé est sa capacité à réduire la charge de pointe, qui est souvent le principal objectif des programmes DER actuels. Nos résultats indiquent que, pendant que le contrôle local entraîne une augmentation des charges de pointe-prévue d'augmenter de plus de 50 % d'ici 2050-l'approche de contrôle centralisé peut en réalité réduire ces charges de pointe de jusqu'à 18 %.

Cette réduction est substantielle parce qu'elle soulage le réseau pendant les périodes de forte demande, permettant un fonctionnement plus efficace et fiable.

#Le Rôle des Charges Flexibles

Les charges flexibles jouent un rôle crucial dans l'amélioration de la fiabilité du réseau. Dans les scénarios où les charges flexibles sont maximisées, les violations diminuent considérablement, prouvant que la flexibilité des charges thermiques est essentielle dans un système coordonné. Cependant, si cette flexibilité n'est pas gérée correctement, elle peut en fait aggraver les problèmes de fiabilité.

Donc, une coordination efficace devrait se concentrer sur la préservation de la fiabilité tout en tirant parti des bénéfices que les charges flexibles offrent.

#Répartition et Impact du Stockage

L'emplacement du stockage d'énergie compte aussi beaucoup. Dans notre modélisation, nous avons examiné comment la répartition des systèmes de stockage à travers le réseau pourrait aider à mieux gérer les charges. Un système de stockage bien réparti permet une meilleure gestion de l'énergie, lissant les pics d'utilisation et réduisant les surcharges sur des transformateurs spécifiques.

On a découvert que lorsque le stockage est bien réparti à travers le réseau, cela peut réduire de manière significative le nombre d'incidents de surcharge dans les transformateurs. Cela signifie moins de besoin de mises à niveau coûteuses et une meilleure fiabilité globale.

#Évaluations des Puissances des Chargeurs VE

Enfin, nous avons examiné l'impact des évaluations de puissance des chargeurs VE sur les performances du réseau. Des chargeurs avec une puissance plus élevée peuvent augmenter la vitesse de recharge des VE, mais cela peut aussi introduire des défis. Nos simulations ont révélé que si la recharge est trop agressive, notamment avec des contrôleurs locaux, cela peut entraîner plus de problèmes de fiabilité que prévu.

Le contrôle centralisé, en revanche, module efficacement les vitesses de recharge pour assurer la stabilité du réseau, montrant que trouver le bon équilibre entre la recharge et les besoins du réseau est crucial.

#Conclusion

Cette étude montre que coordonner les DER en mettant l'accent sur la fiabilité du réseau peut apporter des bénéfices considérables. En mettant en œuvre des schémas de Contrôle centralisés, on peut non seulement améliorer la fiabilité de la distribution d'électricité, mais aussi gérer efficacement les coûts.

L'intégration de charges flexibles et de systèmes de stockage d'énergie placés stratégiquement, en plus de la gestion des évaluations de puissance des chargeurs, montre un avenir prometteur pour notre paysage énergétique.

Les résultats suggèrent que tous les futurs programmes visant à promouvoir l'adoption des DER devraient inclure la coordination fiable comme un objectif clé. En faisant cela, on peut garantir un réseau électrique stable et efficace qui répond aux demandes d'un monde de plus en plus électrifié.

#Considérations Futures

Bien que cette recherche fournisse des insights précieux, plusieurs défis restent à relever. Trouver des moyens d'implémenter une coordination DER dans le monde réel en tenant compte des contraintes existantes-comme les lacunes d'information et les objectifs variés des consommateurs-reste un travail significatif pour les planificateurs et les régulateurs de l'énergie.

D'autres recherches seront aussi nécessaires pour explorer des métriques de fiabilité supplémentaires et l'impact de différentes structures tarifaires sur la coordination des DER. Évaluer comment les technologies émergentes et les marchés de l'énergie changeants peuvent s'inscrire dans ce cadre nous aidera à créer un réseau de distribution d'énergie plus résilient et réactif.

#Remerciements

Ce travail a été soutenu par diverses initiatives de recherche, et nous apprécions les contributions de tous les partenaires impliqués dans la compréhension et l'amélioration de nos futurs systèmes de distribution électrique.

En conclusion, garantir un réseau électrique fiable, efficace et durable nécessitera collaboration et innovation alors que nous nous efforçons de répondre aux nouvelles demandes énergétiques dans un paysage en constante évolution.