Construire des systèmes énergétiques intelligents pour un avenir durable

La transition vers l'énergie propre s'accélère partout dans le monde. Ça implique de fermer de grosses centrales qui fonctionnent aux combustibles fossiles et de les remplacer par des sources renouvelables comme l'énergie éolienne et solaire. Pour que cette transition soit un succès, il faut trouver de meilleures façons de faire bosser ces sources renouvelables ensemble de manière intelligente. Ça veut dire créer des Systèmes énergétiques qui relient l'électricité, le chauffage et les réseaux de gaz, ce qui nous permet d'utiliser l'énergie de manière plus efficace.

#L'importance de construire des systèmes énergétiques intelligents

En se dirigeant vers un système énergétique moderne qui utilise moins de carbone, on fait face à des défis. La façon dont on construit et opère les systèmes énergétiques doit changer pour inclure plus de sources renouvelables. Les systèmes énergétiques intelligents relient différents types d'énergie, offrant différentes manières d'approvisionner en énergie les maisons et les entreprises. Cette approche est cruciale, car elle garantit un approvisionnement énergétique plus flexible et fiable.

Pour concevoir et planifier ces systèmes efficacement, il nous faut des modèles fiables pour analyser différents scénarios. Ces modèles peuvent représenter diverses demandes énergétiques, types de sources d'énergie et leur interaction. La Modélisation est un outil essentiel que les chercheurs ont développé au fil des ans pour répondre aux questions sur la meilleure façon de concevoir et d'exploiter ces systèmes complexes.

#Le besoin d'une méthodologie détaillée

Il existe de nombreux modèles énergétiques, mais ils n'expliquent souvent pas comment ils ont été construits ou comment les utiliser. Ce document discute d'une méthode étape par étape pour créer une base de données publique qui peut modéliser un système où l'électricité, le chauffage et le gaz coopèrent. L’accent est mis sur la façon dont les réseaux électriques à basse et moyenne tension peuvent intégrer des prosommateurs (des gens qui produisent et consomment de l'énergie), du stockage par batterie, des pompes à chaleur et des véhicules électriques. De plus, un réseau de chauffage urbain est relié au système électrique.

L'outil de modélisation utilisé s'appelle Modelica, qui aide à créer des modèles dynamiques de ces systèmes énergétiques. Dans ce document, on présentera aussi une étude de cas qui utilise cette méthode pour examiner les problèmes de congestion dans un réseau de distribution à moyenne tension.

#Modèles de systèmes énergétiques : ce qu'ils sont et pourquoi ils comptent

Les modèles de systèmes énergétiques sont importants car ils nous aident à comprendre comment l'énergie circule depuis différentes sources vers les endroits où elle est nécessaire. Les défis de création de ces modèles viennent des différentes manières dont les sources d'énergie et les demandes peuvent interagir. Par exemple, de combien d'énergie a-t-on besoin à différents moments ? Comment les sources renouvelables comme le solaire et l'éolien contribuent-elles à cette demande ?

Deux méthodes principales ont été utilisées pour analyser les systèmes énergétiques : l'Optimisation et la simulation.

• L'optimisation aide à planifier la meilleure configuration du système énergétique. Elle se concentre sur comment atteindre certains objectifs, comme minimiser les coûts ou augmenter la fiabilité.
• La simulation observe comment le système énergétique se comporte dans le temps, nous permettant de voir comment l'utilisation de l'énergie change avec différentes conditions.

Les deux méthodes nécessitent une compréhension claire du système énergétique à modéliser, y compris ses composants et comment ils interagissent.

#Créer un cadre pour les modèles de systèmes énergétiques

Pour aider les chercheurs à développer de meilleurs modèles énergétiques, un groupe a été formé pour partager des méthodes et pratiques. En Allemagne, une initiative connue sous le nom d'infrastructure nationale de données de recherche se concentre sur les modèles énergétiques. D'autres projets à travers l'Europe sont également dédiés à l'amélioration du partage de données et de modèles.

L'objectif principal est de s'assurer que les modèles soient faciles à trouver, à accéder et à réutiliser. Cela aidera les chercheurs à éviter de répéter le travail déjà fait, leur permettant de s'appuyer sur les connaissances existantes.

#Construire une base de données ouverte

Le but de ce travail est de créer une base de données open source détaillée qui peut être utilisée pour développer des modèles de systèmes énergétiques. Cette base de données couvrira divers aspects du système, y compris comment les bâtiments génèrent et utilisent de l'énergie. Le cadre fournira également un moyen de paramétrer un réseau de chauffage urbain afin qu'il puisse s'intégrer au réseau électrique.

En utilisant la TransiEnt-Library, qui contient des composants pour modéliser des systèmes énergétiques, les chercheurs peuvent utiliser cette base de données pour créer des modèles dynamiques qui capturent le comportement réel des systèmes énergétiques.

#Collecte de données et création de scénarios

Pour concevoir des modèles énergétiques efficaces, des données doivent être collectées pour créer différents scénarios énergétiques futurs. Les chercheurs commencent par rassembler des informations provenant d'études menées par des fournisseurs d'énergie et des résultats de modèles précédents. Utiliser ces sources permet de former des cadres et des hypothèses communs.

Une fois qu'une topologie de réseau (la disposition du réseau énergétique) est choisie, les chercheurs peuvent commencer à concevoir les structures des bâtiments et les demandes énergétiques. Des facteurs importants à considérer incluent la quantité d'électricité dont auront besoin différents bâtiments et leurs propriétés thermiques. Ces détails aident à créer des modèles précis pour la simulation.

#Intégration du réseau de chauffage urbain

En plus de modéliser les réseaux électriques, la méthodologie inclut la création d'un réseau de chauffage urbain. Cela implique de choisir parmi différentes configurations de réseau et de calculer la quantité d'énergie nécessaire pour le chauffage. L'objectif est de s'assurer qu'il y a un bon flux d'énergie dans le réseau tout en maintenant l'efficacité.

Une fois que les structures sont définies, d'autres composants comme le stockage par batterie, les pompes à chaleur et les panneaux solaires peuvent être intégrés au modèle. Cette approche complète permet aux chercheurs d'analyser comment tout le système fonctionne ensemble.

#La structure de la base de données

La base de données conçue pour ce projet est basée sur SQL, ce qui permet une gestion efficace des données. Avoir une base de données structurée signifie qu'elle peut gérer plusieurs simulations en même temps, facilitant l'accès et l'analyse des données à travers différents projets de recherche.

Au fur et à mesure que les données sont traitées, elles sont organisées en tables qui représentent les relations entre différents composants, comme les ménages et leur utilisation d'énergie. Cette approche structurée permet d'obtenir des éclaircissements clairs sur la façon dont l'énergie circule dans tout le système.

#Génération de modèles et co-simulation

Les modèles générés à partir de cette base de données peuvent être utilisés dans différents environnements de programmation, permettant aux chercheurs de créer des simulations détaillées. L'approche se concentre sur des modèles dynamiques, qui saisissent les changements au fil du temps, permettant aux chercheurs d'évaluer comment le système réagit à différentes conditions.

Pour faciliter le partage de modèles, une norme connue sous le nom d'Interface de Mock-up Fonctionnel (FMI) est utilisée. Cela permet de partager et de tester facilement les modèles dynamiques créés à l'aide du langage de modélisation dans diverses simulations.

#Cas d'utilisation : un exemple pratique

Pour démontrer comment la base de données fonctionne, un cas d'utilisation a été créé basé sur un anneau rural à moyenne tension. Ce système a été modélisé pour montrer comment différentes sources d'énergie interagissent, notamment pendant les périodes de forte demande.

En analysant les données de ce modèle, les chercheurs peuvent observer comment les variations dans l'utilisation de l'énergie impactent le système. Cette perspective peut aider à identifier des problèmes potentiels comme des surcharges dans certaines parties du réseau, surtout pendant les périodes de pointe.

#Conclusion et perspectives futures

Les systèmes énergétiques modernes deviennent de plus en plus complexes, nécessitant de nouvelles méthodes et modèles pour analyser leur fonctionnement. En reliant différentes sources d'énergie et en utilisant des outils open source, les chercheurs peuvent mieux comprendre comment gérer efficacement les systèmes énergétiques.

Ce document vise à fournir un cadre précieux pour les chercheurs souhaitant modéliser des systèmes énergétiques intégrés. En rendant ces ressources accessibles au public, cela ouvre la porte à de nouvelles explorations et innovations dans le domaine de la recherche énergétique.

À mesure que le projet avance, l'objectif est d'améliorer le générateur de scénarios et de valider les modèles créés pour des applications pratiques. Cet effort contribuera au développement continu de systèmes énergétiques intelligents qui soutiennent un avenir durable.