Les micro-réseaux sont de petits réseaux qui s'appuient sur l'énergie solaire, éolienne ou d'autres sources renouvelables situées à proximité pour fournir une énergie verte fiable. Ils peuvent également être alimentés par des combustibles fossiles si les circonstances l'exigent. Les micro-réseaux peuvent fonctionner indépendamment du réseau principal, ce que l'on appelle le "mode îlot", ou ils peuvent être connectés au réseau principal à la même tension, apportant de l'énergie du réseau principal aux heures de pointe et renvoyant l'excédent d'énergie au réseau principal aux heures creuses. Lorsque le réseau électrique est commuté, sa disponibilité n'est pas affectée. Si des batteries sont ajoutées, le micro-réseau peut être isolé et fonctionner de manière autonome en "mode îlot" en cas de défaillance du réseau électrique. Les micro-réseaux ont pris de l'ampleur ces dernières années, notamment parce qu'ils permettent d'accroître l'efficacité des installations critiques. Il s'agit notamment des stations d'épuration des eaux usées, des réseaux d'eau potable et des établissements de soins de santé.
Le "micro-réseau" est un concept comparé au "grand réseau" traditionnel. Il utilise une technologie de contrôle avancée et des dispositifs électroniques de puissance pour connecter l'énergie distribuée à la charge et aux dispositifs de stockage d'énergie afin de former un réseau complet miniature. Ce réseau électrique "miniature" est un système électrique complet allant de la production, du transport et de la transformation de l'énergie jusqu'à l'utilisateur final. Il peut non seulement former un réseau local de sources de performance entièrement fonctionnel, mais aussi "fonctionner seul" de manière à ne pas interférer avec le système de transmission et de distribution. Il peut également être connecté au réseau électrique municipal par l'intermédiaire d'un point de connexion commun : lorsque la fonction d'alimentation électrique du micro-réseau est insuffisante, le grand réseau électrique peut pallier la pénurie, et lorsque la production d'électricité est importante, l'énergie excédentaire peut être renvoyée vers le grand réseau électrique. En cas de besoin, il est possible de passer d'un mode à l'autre, ce qui permet de maintenir un fonctionnement sûr et stable du micro-réseau et du grand réseau.
Composition de île mode
Technologies de distribution d'énergie renouvelable
Qu'il s'agisse d'îles au large des côtes, de zones reculées ou de bâtiments, de communautés ou d'usines à forte densité de population, les gens verront de plus en plus d'applications d'énergie distribuée. Par exemple, un micro-réseau composé de panneaux photovoltaïques, d'éoliennes et de générateurs diesel pourrait répondre à tous les besoins énergétiques des pêcheurs sur des îles éloignées. Par exemple, les technologies de CCHP et d'énergies renouvelables distribuées sont intégrées dans les systèmes de micro-réseaux des communautés urbaines pour fournir aux résidents et aux entreprises de l'électricité, de l'eau chaude et des services de refroidissement produits localement et à moindre coût. Cela est dû en grande partie à la technologie des micro-réseaux, qui n'est plus limitée au modèle d'alimentation électrique centralisée du réseau municipal. Elle permet également de construire des îles isolées, des zones rurales et de répondre à des besoins particuliers en dehors du réseau municipal. Des systèmes d'approvisionnement en énergie distribués peuvent être mis en place à proximité de l'utilisateur, en fonction de ses besoins individuels.
En tant qu'intégrateur d'une variété de sources d'énergie distribuées, la technologie "microgrid" dispose d'un vaste espace de développement et de scénarios d'application. Dans un système de micro-réseau complet, l'énergie distribuée est la principale source d'alimentation électrique, et différents types d'énergie peuvent coopérer et se compléter. Du côté de l'alimentation, le système surveille et contrôle la charge électrique. En ce qui concerne le système de contrôle, le micro-réseau a besoin d'une planification interne et d'une communication externe pour atteindre un haut degré d'autonomie. Le stockage du froid, de la chaleur et de l'électricité rend les micro-réseaux sûrs et flexibles. Selon qu'il est connecté ou non au grand réseau, le micro-réseau peut être divisé en deux types : hors réseau et connecté au réseau. Les scénarios d'application des micro-réseaux hors réseau comprennent la résolution des problèmes d'électricité dans les îles et les zones reculées, tandis que les micro-réseaux connectés au réseau garantissent la sécurité de l'approvisionnement en énergie pour les utilisateurs, et le fonctionnement en réseau peut également améliorer l'économie de l'ensemble du système.
Générateurs diesel dans un micro-réseau
De grandes distances séparent nos communautés isolées de leurs voisins - et des systèmes énergétiques que beaucoup d'entre nous considèrent comme acquis lorsqu'ils appuient sur un interrupteur. Les communautés isolées n'étant pas connectées à l'infrastructure de gaz naturel ou au réseau, elles doivent produire leur propre énergie en brûlant du diesel (dérivé du pétrole) pour chauffer leurs maisons et leurs bâtiments et pour alimenter leurs petits micro-réseaux. Comme tout système électrique, le fonctionnement fiable d'un micro-réseau nécessite une adéquation exacte entre l'offre et la demande d'électricité, à chaque minute de la journée. Pour parvenir à cet équilibre, les micro-réseaux ne dépendent que d'une petite quantité d'énergie - généralement un seul moteur diesel. En revanche, les réseaux plus importants sont plus résistants et mieux à même de gérer les hausses soudaines de la demande ou les pertes d'énergie inattendues.
Le maintien de la fiabilité du système 24 heures sur 24 est une priorité absolue pour tous les opérateurs de réseaux électriques. Les sources d'énergie continues (ou non intermittentes) telles que le diesel et l'hydroélectricité fournissent de l'énergie 24 heures sur 24, alors que les sources d'énergie intermittentes telles que l'éolien et le solaire fournissent une production variable. En revanche, les sources d'énergie intermittentes telles que le vent et le soleil fournissent une production variable, ce qui complique à bien des égards l'exploitation du réseau pour les micro-réseaux. Néanmoins, il existe de nombreux exemples réussis d'intégration d'énergies renouvelables dans des communautés isolées pour créer des micro-réseaux hybrides - et la liste continue de s'allonger à mesure que les projets prouvent qu'ils réduisent les coûts d'exploitation, la pollution par le carbone et la dépendance à l'égard du carburant diesel importé.
L'utilisation de générateurs diesel comme source d'énergie de secours peut être une bonne option pour les micro-réseaux alimentés par des énergies renouvelables. Que vous cherchiez à améliorer la fiabilité de votre micro-réseau ou le niveau de service, les générateurs diesel peuvent être une solution efficace. Les moteurs diesel ont une technologie éprouvée et peuvent offrir un haut niveau de fiabilité. Ils peuvent également constituer une source d'alimentation de secours pour les micro-réseaux. En plus de fournir une alimentation de secours, les moteurs diesel peuvent être combinés pour créer un système d'équilibrage de la charge qui peut synchroniser l'alimentation.
Les énergies renouvelables sont omniprésentes dans les micro-réseaux
La quantité d'énergie provenant de sources renouvelables dans un micro-réseau hybride est appelée niveau de pénétration. Étant donné que les ressources énergétiques disponibles à tout moment sont extrêmement diverses, les grands systèmes de réseau dotés de nombreuses sources d'énergie différentes sont capables de gérer de grandes quantités d'énergie renouvelable intermittente (80-100 %). En revanche, la limite technique actuelle pour la pénétration des énergies renouvelables intermittentes dans les micro-réseaux éloignés sans stockage est d'environ 20 à 30 %.
Les micro-réseaux hybrides ne disposent que d'une petite quantité d'énergie. Comme l'énergie renouvelable intermittente n'est pas produite de manière constante, les générateurs diesel doivent augmenter ou diminuer leur puissance en fonction de la quantité d'énergie renouvelable disponible à un moment donné (rappel : l'offre doit toujours correspondre exactement à la demande). (Les générateurs diesel plus anciens ont tendance à fonctionner de manière très inefficace à faible vitesse, de sorte que les fréquentes montées et descentes en puissance raccourcissent leur durée de vie et réduisent les économies réalisées grâce à l'exploitation de micro-réseaux utilisant des énergies renouvelables.
La solution
Heureusement, de nouvelles technologies sont disponibles pour atténuer ces problèmes. Le générateur à vitesse variable (VSG) est une technologie prometteuse à prendre en considération lors du remplacement des anciens équipements diesel. Les VSG produisent de l'électricité efficacement à un taux beaucoup plus bas que les générateurs conventionnels, ce qui signifie qu'ils consomment moins de diesel lorsqu'ils sont complétés par une énergie renouvelable. En outre, les générateurs à vitesse variable permettent une plus grande pénétration des énergies renouvelables à des niveaux maximums.
Une autre technologie qui complète les énergies renouvelables intermittentes et qui est familière à la plupart des gens est le stockage par batterie. Lorsqu'elles sont utilisées conjointement avec la production d'énergie éolienne ou solaire, les batteries peuvent contribuer à atténuer les variations horaires ou quotidiennes de la production d'énergie, en maintenant le flux d'électricité lorsque le soleil ne brille pas ou que le vent ne souffle pas. Toutefois, les batteries ne peuvent pas stocker suffisamment d'énergie pour faire face aux variations saisonnières plus longues de l'approvisionnement - par exemple, pendant le long hiver arctique, lorsque la lumière du soleil est faible.
Le rôle des énergies renouvelables dans les micro-réseaux est également important. Lorsque la demande d'énergie fluctue tout au long de la journée, il est plus difficile de faire correspondre l'offre et la demande, car les gens cuisinent, font fonctionner des appareils et utilisent des chauffages électriques. La réduction de la demande globale grâce à l'efficacité énergétique et la régularisation de la demande tout au long de la journée grâce à la technologie des réseaux intelligents peuvent contribuer à faciliter le fonctionnement des micro-réseaux.
