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Rendre les réseaux électriques plus efficaces
La transmission et la distribution d'électricité ont longtemps été un casse-tête pour l'innovation technologique. Mais les marchés de l'électricité déréglementés aident les développeurs de technologies à contourner les services publics notoirement stricts et conservateurs.
Les volants d'inertie de Beacon Power peuvent absorber et libérer de l'énergie en moins de quatre secondes, équilibrant l'offre et la demande sur le réseau électrique plus rapidement, plus proprement et moins cher que les centrales électriques conventionnelles. (Crédit : Beacon Power Corp.)
TransÉnergie a ouvert la voie en utilisant la technologie du courant continu pour construire ses propres lignes électriques marchandes qui transportent l'électricité pour le plus offrant, plutôt que de simplement desservir les services publics locaux (voir TransÉnergie : Jouer à deux jeux de puissance ).
Maintenant développeur de stockage d'énergie Beacon Power Corp. de Wilmington, MA, propose une fin similaire autour des services publics lents. Plutôt que de commercialiser ses systèmes de stockage d'énergie basés sur un volant d'inertie auprès des services publics, la société prévoit de construire ses propres usines de volant d'inertie marchandes qui déplacent l'électricité sur et hors d'une ligne électrique pour stabiliser le réseau.
C'est une idée qui attire l'attention des gestionnaires de réseau indépendants (ISO), les organisations régionales chargées d'exploiter les réseaux électriques du pays. Les ISO de Californie et de New York testent déjà l'équipement de Beacon Power. Et Matt Lazarewicz, directeur technique de l'entreprise, affirme qu'un groupe tout aussi important à impressionner est Wall Street. Selon lui, le modèle marchand est le seul modèle que Wall Street financera. Les rendements sont plus élevés de cette façon, dit Lazarewicz. Dès que vous dites qu'un service public va acheter quelque chose ou faire quelque chose, les investisseurs lèvent les yeux au ciel et s'en vont.
Les systèmes de stockage d'énergie à volant d'inertie de Beacon Power sont conçus pour fournir une régulation de fréquence - un service pour lequel les ISO ont payé plus de 600 millions de dollars l'année dernière. Les opérateurs de réseau ont besoin d'aide pour la régulation de la fréquence, car la fréquence du courant alternatif d'un réseau fluctue constamment lorsque les appareils électriques et les générateurs s'allument et s'éteignent, provoquant des déséquilibres temporaires dans la production et la demande d'électricité. La demande non satisfaite met à rude épreuve les centrales électriques d'un réseau, les ralentissant et entraînant la fréquence du réseau en dessous de son point de consigne (60 Hz en Amérique du Nord, 50 Hz en Europe et dans la plupart des pays d'Asie). Une offre excédentaire a l'effet inverse. Et l'une ou l'autre de ces conditions peut entraîner la déconnexion automatique des lignes de services publics et des centrales électriques du réseau, évitant ainsi d'endommager les équipements des services publics et des clients, mais augmentant également le risque de pannes.
Les ISO s'appuient actuellement sur des centrales électriques à combustibles fossiles - principalement des turbines à gaz - pour lisser les variations de fréquence d'un réseau. Les services publics ont proposé de fournir ce service, en plaçant ainsi une proportion définie de la capacité de leurs centrales électriques (environ 1 à 2 % de la production totale d'électricité d'un réseau) sous le contrôle direct des ISO. Sur les signaux des ISO, les usines désignées montent et descendent pour équilibrer à peu près l'offre et la demande. C'est un processus coûteux et polluant, car les centrales électriques brûlent leur carburant plus efficacement lorsqu'elles fonctionnent régulièrement et à pleine capacité. Faire la réglementation avec la production de combustibles fossiles, c'est remuer la queue, dit Imre Gyuk, qui dirige le programme de recherche sur le stockage d'énergie du département américain de l'Énergie.
La régulation de la fréquence des centrales au gaz est également de plus en plus chère, en raison de l'augmentation du coût du gaz naturel. Dan Mears, président du cabinet de conseil en énergie Technology Insights basé à San Diego, affirme que le gaz à prix élevé atteint les ISO à deux reprises. En plus d'augmenter le coût de la régulation de la fréquence des centrales au gaz, les prix élevés du gaz accélèrent l'installation d'éoliennes, dont la puissance de sortie en rafales et saccadée peut augmenter le besoin de régulation de fréquence. C'est un problème qui se nourrit de lui-même, dit Mears.
Les systèmes de stockage à volant d'inertie de Beacon Power sont programmés pour éliminer les fluctuations de fréquence en recyclant l'énergie : un moteur électrique utilise l'excès de puissance du réseau pour accélérer les volants d'inertie en carbone et en fibre de verre à lévitation magnétique jusqu'à 22 500 tr/min, puis décharge cette énergie cinétique stockée en régénérant l'électricité lorsque le creux de fréquence du réseau. Contrairement aux batteries - le principal concurrent dans le stockage d'énergie - les volants d'inertie de Beacon peuvent supporter des cycles profonds continus sans perdre de capacité.
Le test le plus récent de sa technologie, un essai de quatre mois commencé la semaine dernière au centre de recherche de Pacific Gas and Electric à San Ramon, utilise sept volants d'inertie de 6 kilowattheures, chacun de la taille d'un petit réfrigérateur, regroupés pour former un système qui peut absorber ou décharger 100 kilowatts de puissance pendant 15 minutes. Pour les systèmes commerciaux, Beacon Power construit des volants d'inertie de 25 kilowatts de la taille de grands réfrigérateurs, qui seraient combinés en grappes pour fournir 1 à 20 mégawatts.
La réponse rapide des volants d'inertie devrait également permettre à chaque mégawatt d'aller plus loin que la production équivalente d'une centrale électrique au gaz, ont déclaré des responsables de la Commission de l'énergie de Californie à Sacramento, qui cofinance la démonstration californienne avec le département américain de l'Énergie (DOE). Mike Gravely, le chef de projet de la California Energy Commission chargé des tests de San Ramon, affirme que les générateurs à gaz peuvent prendre cinq minutes ou plus pour répondre aux signaux de contrôle de fréquence de l'ISO de Californie (émis toutes les quatre secondes). À ce moment-là, le système est souvent revenu vers l'équilibre de lui-même. En revanche, les volants d'inertie de Beacon sont capables de passer d'une absorption de puissance maximale à une décharge de puissance maximale plus rapidement que Cal-ISO ne peut envoyer ses commandes. Il est possible que si vous pouvez répondre aux besoins plus rapidement, vous n'ayez peut-être pas besoin d'autant d'énergie - vous pouvez faire plus avec moins, dit Gravely.
Gyuk du DOE prédit que seulement 100 mégawatts de réserve de volant d'inertie – la moitié de ce que la Californie achète aujourd'hui aux générateurs conventionnels – pourraient gérer 90 % des problèmes de fréquence de l'État. Et, si les coûts arrivent comme le prédit Beacon Power, les économies qui en résultent pourraient être substantielles. Lazarewicz dit qu'une centrale d'un mégawatt coûtera environ 1,5 million de dollars à construire et peut s'attendre à gagner environ 400 000 dollars par an des ISO pour ses services. En conséquence, Lazarewicz dit que la centrale devrait s'amortir en quatre ans, même après avoir couvert le coût de l'énergie perdue lors du fonctionnement des systèmes (environ 15 % de l'énergie totale traitée).
Mears dit que la réponse rapide du volant d'inertie pourrait également avoir un avantage secondaire bienvenu : améliorer la fiabilité du réseau. Les centrales à volant d'inertie pourraient libérer des centrales au gaz pour fournir une puissance de pointe supplémentaire lors des journées d'été étouffantes lorsque les climatiseurs fonctionnent à plein régime et que les lignes électriques inter-États sont pleines. De plus, la réponse rapide du volant d'inertie pourrait maintenir une emprise plus étroite sur la fréquence du réseau, en réduisant les écarts de puissance qui commencent petit mais, lorsque le système est surchargé, peut déclencher une défaillance en cascade. Maintenir la stabilité du réseau est l'idée même derrière la régulation des fréquences, convient Lazarewicz. C'est simplement une façon de faire mieux et moins cher.