Composants des micro-réseaux
Les microgrids sont des merveilles de la technologie. Découvrez les différents composants qui s'assemblent au sein d'un microgrid.
Les réseaux de services publics et les micro-réseaux ont beaucoup en commun. Les deux ont la même fonction : fournir de l'énergie électrique aux consommateurs. Les deux sont soumis aux mêmes contraintes : garantir que la production d'électricité et la charge électrique sont égales à tout moment. Leurs composantes, cependant, sont différentes.
Les microgrids sont à une échelle beaucoup plus petite que les réseaux de services publics et, par conséquent, comprennent des composants qui sont proportionnellement réduits.
Voici les principaux composants d'un microgrid :
Ressources de production d'électricité dans les microgrids
Le cœur battant d’un micro-réseau est constitué d’un ensemble de ressources de production d’électricité. Les ressources de production typiques des microréseaux comprennent les groupes électrogènes diesel et/ou au gaz naturel, les panneaux solaires et les éoliennes.
Les micro-réseaux les plus simples sont généralement construits autour d'un ou plusieurs groupes électrogènes diesel. Lorsque le gaz naturel est disponible, les groupes électrogènes font également partie des options disponibles. Les micro-réseaux insulaires plus anciens, par exemple, reposent sur une petite centrale d'alimentation composée de quelques moteurs diesel couplés à des alternateurs. Les groupes électrogènes sont le choix par défaut pour alimenter un micro-réseau, car ils peuvent couvrir une large gamme de charges et peuvent être utilisés comme alimentation de secours. Ils démarrent rapidement, sont réactifs aux changements de charge et peuvent fonctionner avec une variété de carburants.
La technologie des piles à carburant émerge comme une option valide pour fournir une alimentation à la demande sur les microréseaux. Les piles à combustible peuvent fonctionner au gaz naturel, à l’hydrogène et à d’autres carburants moins courants. Bien que leur coût reste trop élevé pour être largement utilisé, les piles à combustible à hydrogène sont considérées comme une source potentielle d'électricité sans carburant CO2 à petite échelle.
Ressources énergétiques intermittentes dans les microgrids
Le coût des panneaux solaires est devenu si bas que, dans certaines régions, leur installation sur les maisons et les entreprises est une solution évidente. Les campus universitaires, les installations industrielles et d'autres équipés d'un micro-réseau peuvent installer de nombreux panneaux solaires, réalisant ainsi des économies significatives sur leurs factures d'énergie. En effet, de nombreuses personnes construisent un micro-réseau spécifiquement pour mieux intégrer et profiter de leurs ressources solaires.
Stockage d'énergie dans les micro-réseaux
De nombreux propriétaires choisissent parfois de compléter leur installation photovoltaïque domestique par un pack de batteries. De même, de nombreux propriétaires de micro-réseaux intègrent le battery energy storage dans leur système. Avec le prix des batteries lithium-ion à un niveau historiquement bas, les avantages d'ajouter une ressource de stockage d'énergie justifient souvent le coût supplémentaire.
D'une part, les systèmes de stockage d'énergie par batterie offrent un service appelé « décalage temporel ». Les batteries de décalage temporel collectent l'électricité supplémentaire d'un système solaire surdimensionné pendant la journée, puis déchargent la batterie après le coucher du soleil pour répondre aux besoins de charge nocturnes. De même, les batteries peuvent être déchargées à des moments où la production de l'ensemble solaire ne correspond pas aux besoins de charge, comme lors de courtes périodes de forte demande. Cela permet au propriétaire de maximiser l'utilisation des ressources intermittentes.
Un autre avantage des systèmes de batteries est leur capacité à réagir instantanément aux variations de la demande d'électricité sur le micro-réseau. Avoir une batterie servant de capacité de secours est souvent beaucoup plus rentable que de laisser un groupe électrogène supplémentaire au ralenti 24/7 au cas où la demande augmenterait de manière inattendue. Considérez le stockage d'énergie comme la réserve du micro-réseau où l'énergie est conservée.
Gestion de la charge dans les microgrids
Certains propriétaires de microréseaux ont la possibilité de gérer activement la demande d'électricité de la même manière qu'ils gèrent la production d'électricité.
Par défaut, lorsqu'une grande machine électrique démarre quelque part sur le micro-réseau, les groupes électrogènes alimentant le micro-réseau doivent rapidement augmenter leur puissance pour répondre à la demande supplémentaire. Les microgrids qui gèrent activement la demande ont une autre option. Ils peuvent diminuer la demande ailleurs sur le micro-réseau, par exemple en éteignant temporairement la climatisation d'un bâtiment. Le résultat est que la demande et la génération sont à nouveau équilibrées sans augmenter la génération.
Contrôle et communication au sein des microgrids
Les micro-réseaux ont besoin d’un cerveau et d’un système nerveux pour fonctionner de manière sûre et efficace, ce qui nécessite de posséder des systèmes de contrôle sophistiqués.
Les réseaux de services publics à grande échelle desservent des millions de consommateurs et présentent une inertie considérable, ce qui limite le potentiel de changements rapides et incontrôlés. Les microréseaux, en revanche, comprennent moins de charges et de ressources, et sont plus sensibles aux variations de charge et de génération. Démarrer plusieurs grandes machines électriques sans l'assurance qu'une quantité équivalente de production est disponible est un moyen sûr de faire planter le micro-réseau.
Le système de contrôle d'un micro-réseau comprend généralement plusieurs contrôleurs et capteurs répartis sur son territoire. Un système de contrôle et d'acquisition de données (SCADA) est également requis pour collecter les données et distribuer les instructions.
Si le système SCADA est le système nerveux du micro-réseau, alors le logiciel de gestion de l'énergie est le cerveau ; ce logiciel peut être très sophistiqué. L'intelligence artificielle (IA) et les fonctionnalités d'apprentissage automatique permettent aux logiciels modernes de gestion de l'énergie d'apprendre à mieux anticiper la charge des consommateurs sur le micro-réseau et la production d'actifs renouvelables, afin d'optimiser le système pour fonctionner de la manière la plus rentable. Maximiser l'utilisation des ressources renouvelables, minimiser les coûts du carburant fossile et maintenir la fiabilité de l'équipement et du microréseau, tout en répartissant la charge, est entièrement pris en charge par le logiciel de gestion de l'énergie, dans les paramètres spécifiés par le propriétaire du microréseau.
Appareils de commutation, onduleurs et autres équipements
Enfin, les microgrids comprennent d'autres composants essentiels tels que les câbles électriques, les disjoncteurs, les transformateurs et plus encore. Ces composants sont les éléments essentiels, les muscles et les vaisseaux sanguins d'un microgrid. Ils relient les ressources de génération aux consommateurs et permettent au système de contrôle du micro-réseau d'apporter des modifications à l'état du micro-réseau.
Les commutateurs de transfert automatiques, par exemple, isolent différents actifs de production pour s’assurer que, par exemple, l’onduleur CA associé à un panneau solaire ne fournit pas d’électricité à un générateur diesel. Les onduleurs convertissent l'alimentation en courant continu fournie par les batteries ou par les panneaux solaires en alimentation en courant alternatif qui est correctement synchronisée avec les autres ressources en courant alternatif du micro-réseau.
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