IOT et industrie : Intégration des énergies renouvelables: tout est question de flexibilité

La recette gagnante de l’IRENA pour l’intégration des énergies renouvelables. Par Pamela Largue.

L'innovation alimente la transformation énergétique et de plus en plus de technologies renouvelables sont mises en œuvre alors que le monde lutte contre le changement climatique et la pollution atmosphérique.

Cet article a été initialement publié dans Smart Energy International Numéro 5-2020.
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Cet article se penche sur le rapport de l'Agence internationale pour les énergies renouvelables (IRENA), The Innovation Landscape for a Renewables Powered Future, qui fournit une feuille de route holistique et une approche systémique de l'innovation.

La feuille de route se concentre sur les technologies habilitantes, les modèles commerciaux, la conception du marché et l'exploitation du système dans le contexte de trois tendances perturbatrices en cours dans le secteur de l'électricité, la numérisation, la décentralisation et l'électrification.

Les décideurs politiques et les opérateurs de systèmes peuvent appliquer diverses combinaisons de ces solutions à des degrés plus ou moins importants pour favoriser l'assimilation des énergies renouvelables dans les systèmes actuels et libérer la flexibilité du système pour une part élevée de pénétration des énergies renouvelables variables (ERV).

La grande diversité des solutions, associée aux différences entre les systèmes énergétiques locaux, peut donner une image déroutante pour les décideurs, qui peuvent avoir du mal à identifier et à évaluer les meilleures solutions pour chaque pays ou contexte.

C'est un défi d'adapter une gamme de mesures pour maintenir un équilibre abordable et fiable entre l'offre et la demande, tout en garantissant que les solutions déployées augmentent la flexibilité du système nécessaire pour intégrer des parts élevées d'énergie solaire et éolienne.

Le degré de flexibilité est généralement proportionnel à l'investissement réalisé et les critères de solutions varieront en fonction du système électrique et de l'emplacement géographique. Tout se résume à naviguer avec succès dans une matrice de risques, de défis, de coûts et d'avantages du système, ce n'est pas toujours une tâche facile lorsqu'il y a un changement constant dans le paysage de l'innovation, ainsi que dans les rôles et les responsabilités des acteurs impliqués.

Selon le rapport IRENA, quatre dimensions de l'innovation composent le paysage de l'innovation transformatrice.

Technologies habilitantes. Il s'agit notamment de technologies qui permettent une plus grande flexibilité des systèmes électriques et facilitent l'intégration des énergies renouvelables. Les technologies de génération conventionnelles sont en cours de modernisation pour devenir plus flexibles et l’utilisation du stockage sur batterie, la gestion de la demande et les technologies numériques créent de nouvelles opportunités pour de nouvelles applications qui libèrent la flexibilité du système. L'électrification des secteurs d'utilisation finale est en train de devenir un marché pour les énergies renouvelables, mais pourrait également fournir des moyens supplémentaires de fléchir la demande.

Plans d'affaires. Des modèles commerciaux innovants sont essentiels pour monétiser la nouvelle valeur créée par ces technologies et permettre ainsi leur adoption. Du côté des consommateurs, de nombreux modèles commerciaux innovants émergent avec le déploiement des DER, parallèlement à des programmes innovants qui permettent l'approvisionnement en électricité renouvelable dans des endroits aux options limitées, telles que les zones hors réseau ou à forte densité de population.

Conception du marché. L'adaptation de la conception du marché au paradigme changeant – vers des systèmes électriques à faible émission de carbone avec des parts élevées de VRE – est cruciale pour permettre la création de valeur et des flux de revenus adéquats, comme détaillé dans une précédente analyse IRENA (IRENA, 2017b). L'innovation sur les marchés de gros et de détail est nécessaire pour libérer pleinement le potentiel de flexibilité du système électrique.

Opération Système. Avec la mise en place de nouvelles technologies et une bonne conception du marché, des innovations dans l'exploitation du système sont nécessaires et émergent en réponse à l'intégration de parts plus élevées d'ERV dans le réseau. Il s'agit notamment des innovations qui tiennent compte de l'incertitude et du fonctionnement innovant du système pour intégrer les DER.

«Des innovations spécifiques dans les quatre dimensions stimulent la transformation énergétique», déclare Dolf Gielen, directeur de l'innovation et de la technologie, IRENA.

Selon Gielen, la flexibilité vient de la combinaison des 30 innovations. "Il s'agit de déployer l'innovation avec les meilleures pratiques, une approche encore plus forte lorsqu'elle est combinée dans des solutions". En d'autres termes: technologie + nouvelle conception du marché + nouveau modèle commercial = déploiement accéléré de solutions de flexibilité. "

Le rapport identifie trois grandes tendances de la transition énergétique, qui stimulent directement le déploiement accéléré de l'innovation. Ces tendances comprennent: une production renouvelable plus décentralisée, plus d'électrification et plus de numérisation pour faire fonctionner les systèmes électriques.

Électrification et réseau intégré

L'électrification à l'énergie renouvelable entraîne de nouvelles charges d'électricité (par exemple, les véhicules électriques [EVs], pompes à chaleur, chaudières électriques) étant connectés à des systèmes électriques à plus grande échelle, principalement au niveau de la distribution. Ces charges doivent être gérées de manière à minimiser les contraintes sur le réseau et l'infrastructure électrique correspondante.

Avec l'intégration accrue de l'énergie éolienne et solaire, les coûts ont considérablement diminué. Cela permet une expansion en termes d'utilisation et d'application, permettant à l'IA et à l'IoT de jouer un rôle majeur dans une intégration réussie, mais aussi à la surveillance et au contrôle grâce à l'avancée des solutions numériques. Selon Mark McGranaghan, vice-président de l'Innovation Electric Power Research Institute: «Le défi de l'électrification offre des opportunités en termes de flexibilité. L'énergie propre doit être utilisée pour décarboner d'autres secteurs tels que les transports, qui figurent en tête de liste. »

Décentralisation

Le solaire photovoltaïque sur les toits, les micro-éoliennes, les systèmes de stockage d'énergie par batterie derrière le compteur (BtM), les pompes à chaleur et les véhicules électriques enfichables sont de plus en plus populaires, offrant de plus grandes opportunités de flexibilité.

Michele Governatori, professeur d'économie de l'environnement et d'économie des ressources, Université de Suor Orsola Benincasa, explique comment la décentralisation devient particulièrement populaire en termes de mise en œuvre accrue de coopératives ou de communautés énergétiques (telles que la Citizen Energy Community et la Renewable Energy Community) couplée à l'introduction du trading peer-peer utile qui va avec.

Ces communautés visent à impliquer les consommateurs et les producteurs locaux tout en exploitant le stockage, l'échange, la fourniture, l'agrégation et les services locaux. La génération intégrée dans les communautés permet à ces communautés d'agir en tant que répartiteurs, ce qui, à son tour, s'ouvre à un éventail différent d'opérateurs de réseau.

Ces communautés énergétiques voient une variété de services énergétiques disponibles, tels que le stockage, l'intégration au réseau, la surveillance et la gestion pour les opérateurs de réseau et les services financiers.

Governatori explique: «En termes de communautés énergétiques virtuelles et de commerce peer-to-peer, si vous continuez à utiliser le réseau local, la réglementation permet des économies lorsque l'énergie est produite et consommée au sein de la même communauté.

"Il est logique de ne pas envoyer l'énergie à des réseaux externes si elle a été utilisée dans la même communauté dans laquelle elle est produite".

Le trading d'énergie peer-to-peer est le plus logique lorsque la communauté énergétique est virtuelle, car vous êtes en mesure d'éviter les pertes et de payer la partie variable des tarifs de réseau.

Numérisation

Cela s'applique à l'ubiquité accrue et à l'application des technologies de surveillance et de contrôle numériques dans les domaines de la production et de la transmission d'électricité. Les systèmes pénètrent plus profondément dans les systèmes d'alimentation avec une utilisation plus large des compteurs et capteurs intelligents, de l'Internet des objets (IoT), des données et de l'intelligence artificielle.

Selon Maher Chebbo, coprésident de l'ETIP SNET Digital Energy, la numérisation et l'IoT industriel est un secteur en forte croissance, résultant de la croissance des secteurs de l'énergie distribuée et de l'énergie intelligente.

Actuellement, il y a beaucoup d'investissements dans la numérisation sur l'ensemble de la chaîne de valeur énergétique et du cycle de conversion énergétique.

Chebbo explique que l'énergie distribuée transforme le secteur de l'énergie, les clients étant placés au centre de l'image plutôt qu'en bout de ligne.

Ces tendances se traduisent par la collecte de plus de données à partir de l'infrastructure, des données qui sont utilisées pour une maintenance prédictive efficace, ainsi que la compréhension et la prédiction de ce que veut le client et la meilleure façon de le servir.

Chebbo mentionne également le rôle vital des jumeaux numériques permettant des simulations plus précises, qui garantissent un système plus fiable et sain. Il déclare: «Des jumeaux numériques [implemented] dans 28 États membres de l'UE change la donne car nous aurons un [exact] image de l'infrastructure en Europe en données.

«Vous pouvez, si vous le souhaitez, prédire quel sera l’avenir de cette image énergétique ou quel sera l’avenir de l’équipement, nous pourrions alors exécuter le modèle de jumeau numérique pour la région de l’UE.» Le jumeau numérique permet un système plus robuste, grâce à l'intégration de la cybersécurité IIoT, des inspections et des performances des actifs, des travailleurs numériques et des ressources énergétiques distribuées sur le réseau.

Il y a en effet beaucoup de travail qui reste à faire pour intégrer tous les systèmes tout en renforçant l'intégrité du système, en gérant les prosommateurs et en stabilisant le réseau. Cela doit être fait en vue de garantir un accès démocratisé, là où la numérisation devient essentielle.

Chebbo explique que la facilité d'utilisation est essentielle pour les utilisateurs de toute l'UE, qui ont besoin d'accéder à n'importe quel fournisseur et service, équipés pour commander en ligne de l'énergie renouvelable et propre.

La mobilité électrique est un domaine ayant un impact numérique, car la connexion des véhicules électriques, du stationnement, des batteries, de la charge et de la conduite générera une quantité massive de données, qui doivent être collectées et traitées.

Il existe de nombreuses variables lorsqu'il s'agit de stimuler l'adoption de l'ERV à travers un paysage d'innovation favorable.

Il n'y a pas de solution miracle. Cependant, un engagement à réaliser la transformation énergétique en adoptant et en encourageant l'innovation peut garantir et assurera un avenir viable dans une industrie compétitive où le changement et les perturbations sont la norme.

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