Centrales virtuelles. Est-il possible de gérer les sources d'énergie "verte"?

L'humanité augmente sa consommation et sa production d'électricité, en accordant une attention particulière aux sources renouvelables ou "vertes". Selon la société de recherche REN21, en 2017, la part des énergies renouvelables dans la production mondiale était de 10,4%. De plus, dans les pays avancés, cette part est plus élevée: en 2017, l'UE a reçu 17,5% d'énergie provenant de sources renouvelables et l'objectif pour 2020 est de 20%. À mesure que la part des énergies renouvelables dans le développement augmente, l'importance des problèmes qui leur sont associés augmente. Quels sont ces problèmes, comment résolvent-ils les centrales électriques virtuelles, et de quoi s'agit-il? Nous disons.

Quel est le problème avec l'énergie verte?

En général, tout est ainsi. Sur le site Enerdata, vous pouvez voir les données sur la production d'énergie pour les années 1990-2017 par pays - les graphiques montrent que la plupart des pays augmentent la part des sources d'énergie renouvelables. Notre avenir est inévitablement lié aux énergies alternatives, et pour les pays les plus avancés et les industries individuelles, c'est déjà le présent. Ainsi, les chemins de fer néerlandais voyagent depuis 2017 exclusivement sur l'électricité des éoliennes. Et ainsi, ils transportent environ 320 millions de passagers par an, soit 18,5 fois plus que la population totale du pays (à titre de comparaison: les chemins de fer russes transportent environ 1 milliard de passagers par an, soit 7 à 8 populations russes). Un autre exemple est la Norvège: plus de 97,8% de l'énergie produite dans ce pays est produite par des sources alternatives.


Certains pays européens ont non seulement atteint les objectifs d'augmentation de la part de l'électricité produite à partir de sources renouvelables, mais les ont également dépassés. Les dirigeants sont la Suède, la Finlande et la Lettonie. Source: Eurostat

Autrement dit, tout semble bien, mais il y a encore des difficultés: malgré tous ses avantages, les énergies alternatives ne peuvent pas fournir un niveau constant de production d'électricité. Parfois, il y a moins d'électricité que ce dont les consommateurs ont besoin. Parfois, au contraire, c'est aussi un problème, car le surplus d'électricité doit être mis quelque part. Les panneaux solaires ne fonctionnent que pendant la journée, leur efficacité dépend de la période de l'année et des conditions météorologiques. Les parcs éoliens dépendent non seulement de la présence du vent, mais aussi, par exemple, cessent de fonctionner pendant le vol saisonnier des oiseaux. Les centrales marémotrices fonctionnent plusieurs heures par jour, pendant les flux et les reflux. C'est le principal problème et la principale différence avec les centrales nucléaires et thermiques. Et plus la génération provient de sources vertes, plus l'importance de ces problèmes est grande. De plus, les sources d'énergie renouvelables sont souvent éloignées les unes des autres, ce qui nécessite une infrastructure plus complexe que dans le cas d'une production centralisée d'une quantité d'énergie comparable.

Que faire à ce sujet?

Pour résoudre ces problèmes, des centrales électriques virtuelles ont été inventées (parc éolien, elles sont aussi VPP - Virtual Power Plants). Ce que l'on appelle des systèmes matériels et logiciels qui vous permettent de gérer un grand nombre d'installations disparates pour produire de l'énergie, comme s'il s'agissait d'une seule centrale électrique. Les logiciels créés à l'aide des technologies d'apprentissage automatique distribuent l'électricité aux consommateurs et réservent les surplus, en les utilisant pour compenser les ralentissements quotidiens. Et ici, les éléments de l'IA d'auto-apprentissage introduits dans le code sont particulièrement importants, car ils apprennent à prédire les ralentissements de production et les pics de consommation, optimisant le mouvement de l'énergie dans le système.

En termes simples, une centrale électrique virtuelle est un échange de vendeurs et d'acheteurs d'électricité qui équilibre l'offre et la demande d'énergie. En conséquence, tous les consommateurs d'électricité utilisent l'énergie verte comme si elle était produite par une centrale nucléaire classique ou une centrale thermique. Autrement dit, l'électricité dans le réseau est toujours là et la tension dans le réseau est constante. Et les producteurs d'énergie ont la garantie de vendre leurs produits.

Une centrale électrique virtuelle est toujours un projet individuel, car la structure des sources d'énergie renouvelables et de leurs consommateurs est toujours unique et dépend des caractéristiques géographiques et démographiques de la région. Cependant, dans tout parc éolien, il existe les éléments suivants :

1. sources d'énergie (renouvelables et traditionnelles),
2. les consommateurs d'électricité (entreprises et population),
3. système de stockage d'énergie (batteries),
4. Capteurs IoT pour collecter des informations et gérer le travail des consommateurs,
5. Logiciel de gestion de l'alimentation.

Les centrales électriques virtuelles peuvent facilement s'adapter à l'infrastructure planétaire mondiale, sans parler des besoins d'un seul État. Source: Toshiba

Dans les systèmes électriques où l'électricité est générée par des centrales solaires et éoliennes et où l'énergie est distribuée sans utiliser de centrales virtuelles, il est nécessaire de réserver de l'énergie et au moins 13 à 15% de l'énergie produite et réservée n'est pas normalement utilisée. Par conséquent, la production d'électricité est moins rentable. Dans les systèmes dotés de centrales électriques virtuelles, le montant des réserves inutiles est bien moindre. Idéalement, il devrait généralement tendre vers zéro.

En outre, les algorithmes logiciels pour les centrales éoliennes peuvent réduire la consommation d'énergie dans le système en minimisant les pertes de transfert d'énergie et le travail fin avec les capteurs de l'Internet des objets. Ainsi, avec leur aide, il est possible de réguler le chauffage en hiver et les climatiseurs en été, économisant de l'énergie à l'atteinte des températures définies. Et vous pouvez lier la ventilation du bâtiment au nombre de personnes à l'intérieur, le forçant à fonctionner au maximum uniquement pendant les heures de travail.

Les perspectives du marché des centrales virtuelles sont visibles dans les investissements financiers. Selon un rapport de Markets and Markets, en 2016, le marché mondial des parcs éoliens s'élevait à 193,4 millions de dollars américains et la prévision jusqu'en 2021 est de 709 millions de dollars américains. En termes absolus, c'est encore un peu, mais la dynamique est sans équivoque, puis, lorsque les technologies se déploient et que l'Internet des objets se développe, une percée nous attend.

Jusqu'à présent, tous les grands projets de parcs éoliens sont en cours de mise en œuvre ou fonctionnent déjà en mode test. L'un des premiers exemples concrets d'utilisation de parcs éoliens au monde a été le projet PowerShift Atlantic, mis en œuvre dans la province canadienne du Nouveau-Brunswick et ses environs en 2010-2015. Il a combiné les réseaux électriques du Nouveau-Brunswick, de la Nouvelle-Écosse et de l'Île-du-Prince-Édouard, composés de sources d'énergie «fossiles» et renouvelables. À la suite du lancement de la centrale électrique virtuelle, les charges de pointe dans le réseau ont été presque complètement lissées.



Les conditions naturelles du sud-est du Canada sont favorables au développement de sources d'énergie alternatives: les parcs éoliens et les centrales hydroélectriques. Cependant, avant l'introduction des parcs éoliens, leur développement était entravé par l'incapacité d'assurer une production d'énergie à un niveau constant et prévisible. Dans le cadre du projet PowerShift Atlantic, cet objectif a été atteint. Source: PowerShift Atlatic

Avec le début des travaux du parc éolien, la commutation entre les sources d'énergie a commencé à se produire imperceptiblement pour les utilisateurs, la dépendance aux conditions météorologiques a été éliminée, ce qui a permis de poursuivre le développement des éoliennes et des centrales hydroélectriques. La capacité totale du système d'énergie éolienne contrôlée est supérieure à 6 200 MW.

L'un des projets de parcs éoliens les plus célèbres et à grande échelle actuellement mis en œuvre est l'enfant Tesla, une centrale électrique virtuelle géante en Australie du Sud, combinant 50 000 maisons avec des panneaux solaires installés et des batteries Powerwall 2. L'importance du projet est qu'il s'agit déjà d'un développement au niveau de l'État , pas un outil pour résoudre un problème local. Le principal objectif du parc éolien australien est de compléter et de renforcer le système énergétique national et de réduire le coût de l'électricité pour les abonnés. Une fois le projet terminé, le parc solaire de Tesla produira 250 MW d'énergie et ses batteries pourront stocker jusqu'à 650 MW / h. Il s'agit du plus grand projet vert d'Australie en ce moment.

Qu'est-ce qui unit ces projets? La disponibilité de ressources renouvelables (sur la côte atlantique du Canada, l'une des meilleures conditions de vent au monde pour la création de parcs éoliens; dans le sud de l'Australie, 180 jours de soleil par an) et la présence de quartiers résidentiels de villes avec un long développement lâche.

Des projets similaires ont été mis en œuvre en Finlande (grâce aux travaux du parc éolien, les émissions de gaz à effet de serre y ont diminué de 0,5%), en Slovénie , en Allemagne et à Hawaï .

Qu'est-ce qui arrête les centrales électriques virtuelles?

Le développement des centrales électriques virtuelles est sérieusement entravé au niveau législatif. Le fait est que la vente d'électricité aux consommateurs dans de nombreux pays n'est autorisée que pour l'État, qui l'achète auprès de producteurs privés. Par conséquent, il est impossible d'organiser un réseau distribué privé sans la participation de l'État.

Si vous regardez l'expérience russe, vous devriez noter les progrès lents mais inévitables. En 2017, le gouvernement de la Fédération de Russie a approuvé le «Plan de mesures visant à stimuler le développement d'installations de production basées sur des sources d'énergie renouvelables d'une capacité installée allant jusqu'à 15 kW», ce qui implique le plein fonctionnement de petites sources d'énergie renouvelables, telles que des éoliennes privées et des panneaux solaires. Un «tarif vert» préférentiel spécial, selon lequel les propriétaires de centrales électriques à domicile pourraient vendre l'électricité excédentaire à l'État, n'a pas encore été introduit, mais le projet de loi est à l'étude à la Douma d'État, et il y a de fortes chances qu'il soit adopté cette année.

De plus, le point faible des centrales électriques virtuelles est le coût élevé de mise en œuvre, difficile à prévoir. Il faut des centrales électriques alternatives qui produisent une électricité chère, qui doit elle-même être subventionnée. Il est nécessaire d'installer et de synchroniser des capteurs IoT, qui, à leur tour, exigent beaucoup de la qualité de la connexion Internet (cependant, dans les pays avancés, ce problème sera résolu avec le déploiement de réseaux 5G). Un logiciel sophistiqué et une assistance continue sont nécessaires. Et cela nous amène à nouveau à la nécessité de soutenir l'État ou un autre investisseur majeur au stade du lancement d'un parc éolien.

Qu'est-ce qui nous attend tous?

Les centrales électriques virtuelles se développeront activement, poussant progressivement une législation dépassée à travers le monde. Vers 2021, nous assisterons à l'émergence d'un tout nouveau marché de l'électricité, étroitement lié aux centrales électriques virtuelles, à la répartition intelligente des réserves d'énergie et à l'optimisation de la consommation énergétique de tous les acteurs du marché. D'ici cette année, la construction de grandes centrales électriques virtuelles sera achevée aux États-Unis, dans l'UE et au Japon, et leurs avantages deviendront apparents.

Des systèmes de parcs éoliens bien établis stimulent le monde à augmenter la part des sources d'énergie alternatives, ce qui contribuera à améliorer la situation environnementale de la planète et à économiser les ressources naturelles. De plus, l'infrastructure énergétique va complètement changer: au lieu de centrales électriques géantes et d'un réseau de fils divergeant vers les consommateurs, nous obtenons un réseau décentralisé. Cela signifie que les futurs systèmes énergétiques de l'humanité deviendront moins vulnérables en cas de cataclysmes - au Japon, où la part des sources d'énergie renouvelables est faible et s'élève à environ 17%, les parcs éoliens s'intéressent activement à ce contexte. La décentralisation des flux d'énergie aidera les Japonais à éviter les pannes de courant massives lors des tremblements de terre et des typhons.

De plus, un réseau décentralisé de producteurs et de consommateurs d'électricité pourra créer davantage de bornes de recharge pour les véhicules électriques, ce qui stimulera l'industrie. Et ne négligez pas le fait que moins l'humanité a besoin de producteurs d'électricité super puissants, moins la probabilité de catastrophes technologiques majeures. Donc, progressivement, nous rendons notre planète meilleure, plus confortable et plus sûre. Et tout le monde en bénéficiera.