Un aperçu du réseau national sur les énergies renouvelables

Une nouvelle installation de recherche de 135 millions de dollars vise à résoudre une énigme : comment les pays peuvent-ils se préparer à un système énergétique fortement tributaire des énergies renouvelables ? Il peut également tester des moyens d'améliorer la fiabilité en situation de stress, par exemple lorsque la demande monte en flèche en été lorsque la charge de climatisation taxe le réseau.

Dans la grille : Le scientifique principal du NREL, Kenny Gruchalla, examine le champ de vitesse d'une simulation d'éolienne à l'aide d'un modèle 3D à l'Energy Systems Integration Facility à Golden, Colorado.

Parce que l'énergie éolienne et solaire fournit de l'électricité par intermittence, elles créent des défis pour les opérateurs de réseau. D'autres nouvelles technologies énergétiques sont également mises en ligne, notamment les véhicules électriques, le stockage d'énergie, les bâtiments efficaces qui réduisent la consommation d'électricité pendant les heures de pointe, ainsi que les générateurs de gaz naturel et les piles à combustible à petite échelle. L'intégration de ces technologies à grande échelle présente des défis pour les opérateurs de réseau.

le Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL) à Golden, Colorado, a créé le Installation d'intégration des systèmes énergétiques (ESIF) pour comprendre comment exploiter au mieux les éléments d'un système énergétique plus diversifié. En s'appuyant sur un superordinateur et des équipements électriques capables de créer un mini-réseau à l'échelle du mégawatt au sein de l'installation, les ingénieurs produits et les services publics peuvent simuler l'impact des nouvelles technologies sans causer de problèmes au fonctionnement des réseaux.

Les régions avec un pourcentage élevé d'énergie éolienne et solaire s'appuient désormais sur des prévisions quotidiennes et des centrales électriques à combustibles fossiles de secours pour maintenir un service fiable. Mais une fois que l'énergie renouvelable dépasse 20 pour cent de la capacité, les planificateurs de réseau ont besoin d'outils plus sophistiqués, dit Benjamin Kroposki , directeur de l'intégration des systèmes énergétiques au NREL. Nous avons vu ce grand changement. Si nous parvenons à atteindre les objectifs de coûts pour les technologies individuelles, alors quoi ? Vous devez commencer à faire de l'intégration de systèmes, dit-il.

Un NREL Analyse publié l'année dernière a révélé qu'avec un système plus flexible, les États-Unis pourraient obtenir 80 pour cent de leur électricité à partir des technologies d'énergie renouvelable existantes d'ici 2050 (voir Les États-Unis pourraient fonctionner avec 80 pour cent d'électricité renouvelable d'ici 2050). L'Allemagne et le Danemark ont ​​déjà environ 20 % d'électricité renouvelable et l'Allemagne prévoit d'atteindre environ 80 % d'énergie renouvelable, tant dans l'énergie électrique que dans les transports, d'ici 2050.

L'ESIF est unique en ce qu'il dispose de 15 laboratoires différents qui permettent aux scientifiques de tester comment le réseau électrique s'intègre aux carburants et à l'infrastructure de chauffage, explique Kroposki. Il dispose également d'un superordinateur sur place pour faciliter la recherche. On pourrait concevoir une expérience pour voir avec quelle efficacité un nouveau type de pile à combustible fournirait à la fois de l'électricité et du chauffage aux bâtiments. Ou, dans un scénario plus futuriste, un excès d'énergie éolienne et solaire pourrait produire du gaz synthétique à partir d'hydrogène et de déchets de dioxyde de carbone. Les opérateurs de réseau utiliseraient alors l'infrastructure de gaz naturel pour stocker cette énergie, dit-il.

Les outils de simulation sont conçus pour accélérer l'adoption des technologies énergétiques. Les services publics hésitent à déployer des produits non testés sur leurs réseaux, un problème commercial de longue date pour les startups de réseaux intelligents qui ciblent les clients des services publics. ESIF peut créer un modèle détaillé du réseau spécifique d'un service public, puis tester les performances des produits matériels réels par rapport à ces données.

Par exemple, le service public municipal de Sacramento, en Californie, a une division du logement où la plupart des maisons ont des panneaux solaires sur le toit. Il a distribué des unités de stockage pour compenser les chutes de tension lors du passage des nuages. En utilisant un modèle informatique détaillé de ce circuit, les ingénieurs de l'ESIF peuvent tester si des onduleurs solaires moins coûteux pourraient résoudre le problème. Vous n'avez pas besoin de sortir et de construire une réplique à grande échelle et de l'intégrer à un système réel avant de résoudre un grand nombre de bogues, explique Kroposki.

Le superordinateur de l'ESIF effectuera des analyses complexes, telles que la simulation du placement d'éoliennes dans des milliers d'emplacements, ainsi que des visualisations avancées. L'installation dispose d'un écran immersif où un scientifique peut se tenir dans une image tridimensionnelle pour, par exemple, examiner les liaisons chimiques dans de nouveaux matériaux photovoltaïques ou modifier le pas d'un réseau d'éoliennes pour optimiser la capture d'énergie. Être capable de se déplacer et d'interagir avec vos données vous permet d'obtenir des informations que vous ne pourrez peut-être pas voir sur un écran plat ou un simple graphique, dit Steven Hammond , le directeur du centre de sciences computationnelles du NREL.

La transition vers un système électrique national alimenté principalement par des sources renouvelables prendra probablement des décennies et de grands changements dans la réglementation des services publics (voir Les services publics adopteront-ils l'énergie distribuée ? ). À plus court terme, une installation comme l'ESIF peut tester des produits de réseau distribué sur des réseaux locaux ou régionaux. Par exemple, il pourrait tester l'impact d'un grand nombre de véhicules électriques et de panneaux solaires sur les toits d'un quartier.

Le premier utilisateur du laboratoire, basé au Colorado Énergie avancée , a commencé à tester son onduleur solaire à grande échelle là-bas en juin, et le département américain de la Défense prévoit également de tester des systèmes pour réduire la consommation de carburant.

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