Le 22 octobre 2007 à midi, l’Université de Californie à San Diego a reçu un appel d’urgence du service public local. Des incendies de forêt régionaux ont endommagé et endommagé des lignes électriques et l'opérateur du réseau californien a déclaré une urgence en matière de transport d'énergie. San Diego Gas & Electric a demandé à l’université de réduire la quantité d’électricité prélevée sur le réseau et, si possible, de produire de l’électricité à l’intention des autres clients des services publics.
En moins de 10 minutes, le campus est passé de 4 mégawatts d’électricité au réseau électrique à 3 mégawatts, a déclaré Byron Washom, directeur des initiatives énergétiques stratégiques pour UCSD. "Ce 7 mégawatts était la marge la plus mince qui séparait le réseau de gaz et d'électricité de San Diego de son niveau actuel ou de son effondrement."
Le campus de San Diego a pu réagir si rapidement, en partie parce qu'un demi-siècle plus tôt, ses fondateurs avaient décidé de jeter les bases d'une alimentation autonome, ou ce que les experts en énergie appellent aujourd'hui un «microgrid». La première structure érigée sur En 1962, le campus était une centrale électrique conçue pour fournir de l’électricité à gaz ainsi que le chauffage et la climatisation à distance des bâtiments de l’école. Cela en soi était et n’est pas inhabituel pour un campus universitaire, voire même pour une entreprise. Mais au fil des ans, UCSD a gagné en autarcie en ajoutant des turbines à vapeur, des panneaux solaires photovoltaïques, des piles à combustible et du stockage d'énergie, en plus d'installer des lignes électriques pour acheminer l'électricité vers et depuis le réseau électrique de SDG & E.
Tous ces actifs fonctionnent maintenant sous le contrôle d'un système sophistiqué de gestion de l'énergie, et le microréseau de campus permet à l'université de générer, stocker et distribuer de l'électricité en fonction des besoins, fournissant à terme 92% de l'électricité utilisée sur le campus. Bien que l'université tire normalement de l'électricité du réseau SDG & E pour répondre à une charge d'environ 38 mégawatts, elle peut également basculer en mode «îlot» en cas de panne ou de panne d'électricité hors campus, pour répondre à tous ses besoins en électricité. Et lorsque l'électricité est rare sur le réseau électrique principal desservant le Grand San Diego, UCSD peut vendre de l'électricité à SDG & E.
En réponse à l'appel d'urgence de 2007, l'université a mis en marche une turbine à vapeur de 3 mégawatts et a réduit la demande d'énergie en ajustant les paramètres de climatisation. Elle est ensuite passée à de l'eau froide pour son système de refroidissement à partir de réservoirs de stockage thermique hautement efficaces au lieu de refroidisseurs électriques. «En deux clics de souris, avec notre système de contrôle, nous pouvons changer 4 000 thermostats sur le campus», déclare Washom.
L'UCSD et d'autres exploitants de micro-réseaux offrent une approche moderne des petits systèmes d'alimentation en courant continu installés dans les usines et les centres-villes à partir des années 1870. Comme ces premiers systèmes, ces nouvelles conceptions offrent la production et la distribution d'électricité locales plutôt que les lignes de transmission longue distance et les centrales électriques distantes qui caractérisaient le réseau électrique du XX e siècle. «Nous sommes en train de déconstruire le réseau électrique, nous revenons à [Thomas] Edison», explique Jim Reilly, dont la société de conseil, Reilly Associates, conseille le ministère de l'Énergie sur le fonctionnement des micro-réseaux.
Cette tendance à la déconstruction remonte à la fin des années 90, lorsque le US Department of Energy a décidé de relancer les recherches sur le transport et la fiabilité de l’énergie. Cette décision répondait à la déréglementation de l’électricité et à l’anticipation d’une vague imminente de panneaux solaires sur les toits et d’autres formes de production d’énergie décentralisée. «À l'époque, nous n'avions pas vraiment de concept de« microgrids »en tant que tel», déclare Chris Marnay, l'un des pionniers de la recherche sur les microgrids. L'idée de générer de l'énergie localement était ancienne. Mais il a fallu des avancées en matière de contrôle et d’électronique de puissance pour créer un véritable microréseau capable d’interagir avec le réseau électrique et de s’insérer dans celui-ci. En quelques années, le groupe de recherche de Marnay au Lawrence Berkeley National Laboratory a officialisé la notion de micro-réseau dans un projet de la California Energy Commission.
Les avantages procurés par le microgrid de l'UCSD - agilité et autosuffisance - sont maintenant très demandés par les utilisateurs d'énergie exposés à de graves conséquences en cas de coupure de courant, tels que les universités utilisant des équipements de laboratoire sensibles, les bases militaires dotées de systèmes de contrôle des armes et les centres de traitement de données. vastes gisements d'informations. «Ce sont les installations qui recherchent une alimentation électrique d'une qualité anormalement élevée où la majorité des actions se déroulent actuellement», a déclaré Marnay, qui a pris sa retraite en juin du groupe Grid Integration Group de Berkeley Lab.
Les phénomènes météorologiques extrêmes de ces dernières années, tels que l’ouragan Sandy, ont rappelé aux chefs d’entreprise, militaires et politiques la fragilité des infrastructures électriques aux États-Unis. «La fréquence croissante des catastrophes naturelles suscite un intérêt accru pour les solutions d'alimentation en microréseaux et de secours», déclare Brian Carey, responsable des activités de conseil en technologies propres aux États-Unis pour le cabinet comptable PricewaterhouseCoopers, connu sous le nom de PwC.
Un microgrid de 71 millions de dollars construit au siège de la US Food and Drug Administration, par exemple, a alimenté le campus en électricité pendant et après l'ouragan Sandy lorsque le réseau électrique régional s'est effondré. En mars 2011, le microgrid de Sendai, situé sur le campus de l'université Tohoku Fukushi de la ville de Sendai au Japon, a continué à fournir de l'électricité et de la chaleur à ses clients après le tremblement de terre et le tsunami dévastateurs qui ont ravagé les sources d'alimentation dans la région environnante.
Bien que la résilience soit depuis longtemps la clé de l’attrait des micro-réseaux pour les installations soumises à des charges énergétiques critiques, les prix changeants de l’énergie et les avancées technologiques permettent désormais aux micro-réseaux de se rapprocher des villes et des quartiers qui souhaitent un contrôle local de leur alimentation électrique ou une énergie plus propre que celle offerte par leurs réseaux. utilitaire.
Les panneaux solaires photovoltaïques coûtent maintenant 80% de moins qu'en 2008. Le cabinet de conseil McKinsey & Company prédit que le prix des batteries lithium-ion pourrait chuter à 200 dollars par kilowatt heure d'ici 2020, contre environ 500 à 600 dollars par kilowattheure aujourd'hui. Les installations qui construisent des microréseaux peuvent également économiser année après année en achetant moins d'électricité auprès de leur service public local ou, dans certains cas, en vendant de l'électricité au service public lorsque l'approvisionnement est restreint.
«Cela peut représenter une économie importante si une université ou un hôpital peut réellement vendre de l'électricité sur la base des prix du marché en temps réel, et pas seulement au taux auquel elle paierait normalement», déclare Carey, de PwC. «Les prix peuvent fluctuer considérablement, passant de 15 à 20 cents le kilowatt heure à quelques chiffres à un chiffre par kilowattheure.»
Selon Byron Washom de l’UCSD, l’université économise 800 000 dollars par mois sur ses factures d’électricité en générant 92% de l’électricité qu’elle consomme. La FDA affirme que son microgrid de campus lui permet d'économiser 11 millions de dollars par an en coûts liés à l'énergie.
Une technologie à maturation rapide permet une meilleure intégration et optimisation des composants de micro-réseaux. Washom note, par exemple, que des outils de prévision solaire améliorés informent le système de gestion de l'énergie du campus du moment où il faut charger ou décharger des batteries. «Nous assistons à des systèmes de contrôle supérieurs capables de gérer un micro-réseau et de gérer une installation entière», a-t-il déclaré. "De nombreux nouveaux outils émergent pour gérer votre offre, votre demande, votre stockage et vos importations." Bientôt, explique Washom, les gestionnaires de l'énergie évalueront l'état de préparation des actifs du système toutes les quelques minutes à répondre aux conditions changeantes.
Alors que la technologie progresse, les experts estiment toutefois que de nouvelles politiques sont nécessaires pour accélérer l'adoption des microgrids. Selon Marnay, les politiques américaines actuelles aux niveaux fédéral et fédéral font progresser les technologies énergétiques individuelles, telles que le stockage solaire, éolien et énergétique, mais un soutien supplémentaire est nécessaire pour le déploiement de ces technologies dans des systèmes complexes tels que les microréseaux.
Le ministère de l'Énergie s'est déjà associé à des responsables locaux et nationaux pour adapter les conceptions militaires de micro-réseaux aux applications civiles. Dans le New Jersey, par exemple, où l’ouragan Sandy a assommé le transport en commun et laissé certains résidents sans électricité pendant une semaine ou plus, le DOE collabore avec l’agence de transport en commun de l’État pour concevoir un micro-réseau qui aiderait à maintenir les trains électriques catastrophe.
Le Département de l’énergie a également commencé à jouer un rôle plus actif dans l’établissement de normes qui guideront la conception et l’exploitation des futurs micro-réseaux, ainsi que leur intégration dans l’infrastructure électrique existante. Même la définition de ce qui constitue un micro-réseau est en train de changer: elle pourrait atteindre 60 mégawatts dans les années à venir. Un groupe d'experts de l'agence élabore actuellement un plan pour un système de microgrid à l'échelle commerciale capable de réduire les temps d'arrêt de plus de 98% à un coût comparable à celui d'une alimentation de secours alimentée au diesel, tout en réduisant les émissions et en améliorant l'efficacité énergétique du système. moins 20% d’ici 2020.
La normalisation, selon Carey, devrait rationaliser le processus de développement du projet, réduire les coûts et améliorer l'accès au financement en facilitant l'évaluation du risque par les banques. «Avoir une ingénierie spécialisée pour chaque microgrid est évidemment une proposition très coûteuse et un lourd fardeau pour leur déploiement», explique Marnay.
En fin de compte, les micro-réseaux menacent de renverser le modèle de production et de distribution centralisé qui domine le système électrique américain depuis plus d'un siècle et les services publics ont mis du temps à adopter le nouveau modèle. «Les services publics voient les microgrids comme une menace pour leurs sources de revenus», déclare Carey. Pourtant, les avantages d'avoir des blocs d'alimentation capables de se séparer ou de se synchroniser avec le réseau traditionnel en fonction des besoins gagnent de plus en plus des services publics tels que SDG & E. «Cela devrait leur permettre de garder la grille plus stable», dit Carey.
