Comment fonctionne la centrale électrique virtuelle ?

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Next Box

Le Next Box est notre unité de commande à distance développée par nos soins, qui est utilisée pour connecter chaque actif à notre système de contrôle. Il répond à toutes les exigences technologiques et de sécurité des GRT pour la participation aux marchés du contrôle de fréquence du réseau (Code de transmission).

Le Next Box est le lien vers le Next Pool. Il nous permet de connecter des milliers de producteurs et de consommateurs d'électricité décentralisés à notre système central et de les contrôler à partir de là. Mais ce n'est qu'une partie de l'avantage : avec le Next Box, les usines sont toujours en mesure de nous envoyer, en temps réel, les données exactes dont nous avons besoin pour vendre l'électricité sur les marchés, avec une précision d'un quart d'heure. 

Propriétés techniques du Next Box

o Le Next Box relie les actifs du Next Pool à notre système de contrôle.

o La connexion fonctionne dans les deux sens.

o Le Next Box envoie des informations sur le fonctionnement de l'unité à distance au système de contrôle.

o Grâce à le Next Box, le système de contrôle peut mettre sous tension ou hors tension les unités.

o La communication de données s'effectue via une connexion GPRS, qui est établie à l'aide d'une carte SIM.

o Les données sont cryptées directement dans le Next Box

o Les cartes SIM du modem doivent être authentifiées afin qu'elles puissent rejoindre le groupe d'utilisateurs fermé et envoyer les données des utilisateurs à notre système de contrôle. L'authentification est réalisée par notre système de contrôle.

o Une fois dans notre système de contrôle, les données sont décryptées.

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Producteurs d'énergie flexibles

Parmi les exemples de producteurs d'énergie flexible, mentionnons les centrales au biogaz, les centrales hydroélectriques ou les centrales de cogénération. Le trait commun entre eux est qu'ils peuvent ajuster leur production d'énergie et ne sont pas influencés par des facteurs externes tels que les conditions météorologiques, ce qui est le cas des centrales éoliennes ou solaires. 

Avec la capacité de contrôler la production d'électricité, les producteurs d'électricité flexibles peuvent fournir des mesures de contrôle de la fréquence du réseau. Cela signifie que la production peut être ajustée (à la hausse ou à la baisse) en fonction des besoins des GRT. Les producteurs d'électricité flexibles peuvent également être utilisés pour l'exploitation en période de pointe, produisant de l'électricité lorsque les prix sont élevés et réduisant la production lorsque les prix sont bas. Grâce à notre système de contrôle, nous pouvons calculer un planning individuel optimisé pour chaque usine afin d'offrir une rentabilité maximale pour chaque actif. 


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Producteurs d'énergie volatile

 Les centrales éoliennes ou solaires sont des exemples de producteurs d'énergie volatile. Leur production d'électricité dépend des conditions météorologiques, et ils ne peuvent donc pas ajuster la production comme ils le souhaitent. Cependant, elles peuvent réduire leur production si les prix sur les bourses de l'électricité chutent trop loin dans le négatif. La quantité d'électricité injectée dans le réseau par les centrales solaires et éoliennes ne peut être prévue avec une précision absolue. Mais à mesure que le point de livraison se rapproche, les prévisions s'améliorent.

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Bourse de l'énergie

Nous vendons l'énergie de toutes les centrales électriques distribuées agrégées dans notre centrale virtuelles sur différents marchés. Nous achetons également de l'électricité sur ces marchés pour le compte de nos clients consommateurs d'électricité. Les marchés les plus importants sont :

- Intraday-market (vente aux enchères et en continu) d’EPEX SPOT

- Day ahead markets d’European Energy Exchange à Paris (EPEX SPOT) et d’Energy Exchange Austria à Vienne (EXAA)

- Le marché à terme de l'énergie de la Bourse European Energy Exchange de Leipzig (EEX).

Ces marchés se distinguent par des termes et des périodes de produits différents. Les contrats à long terme sont signés sur le marché à terme de l'électricité, tandis que l'électricité pour le lendemain est négociée sur le marché du jour suivant. Sur le marché intrajournalier, l'électricité pour la journée en cours (jusqu'à 5 minutes avant la livraison) est négociée.

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 Groupes électrogènes de secours

Les groupes électrogènes de secours fournissent de l'énergie aux propriétés en cas de panne de réseau. Ces groupes électrogènes sont souvent utilisés dans les hôpitaux, les complexes industriels ou les bâtiments administratifs. Normalement, les groupes électrogènes de secours doivent s'allumer instantanément en cas de panne de réseau. Cela les rend parfaits pour fournir un contrôle positif de la fréquence : En cas de manque d'électricité dans le réseau, un groupe électrogène de secours peut immédiatement fournir de l'électricité et stabiliser le réseau. 

Dans la pratique, le processus fonctionne comme suit : en cas de panne de réseau, le groupe électrogène de secours entre en action et fournit de l'électricité à la propriété connectée, comme un hôpital. Cela signifie que l'hôpital n'a pas besoin d'être alimenté par le réseau, ce qui réduit la demande d'électricité. Le déséquilibre sur le réseau électrique est ainsi réduit. De ce point de vue, la régulation de la fréquence du réseau avec un groupe électrogène de secours est une forme de réponse à la demande - un ajustement flexible du côté de la demande.

Bien que les groupes électrogènes de secours soient généralement alimentés au diesel, leur utilisation comme mesure de stabilisation du réseau est justifiable du point de vue de la durabilité. Le fonctionnement pour le contrôle de la fréquence du réseau peut être considéré comme un test de maintenance pour les unités, ce qui serait de toute façon nécessaire. Cela signifie que le temps de fonctionnement annuel n'augmente pas nécessairement lorsque les groupes électrogènes de secours sont utilisés pour le contrôle de la fréquence du réseau. De plus, en utilisant des actifs déjà disponibles, il n'est pas nécessaire de construire de nouvelles centrales thermiques et l'exploitation des centrales conventionnelles peut être réduite. 


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Chauffages électriques 

Des chauffages électriques à grande échelle fonctionnent à l'inverse d'un groupe électrogène : Ils transforment l'excédent d'électricité du réseau en chaleur. 

Comme l'électricité est une source d'énergie plus coûteuse que la chaleur, des chauffages électriques à grande échelle se trouvent généralement à proximité de zones industrielles et d'installations pour fournir de la chaleur au cas où les prix de l'électricité sont bas, voire négatifs. Les chauffages électriques peuvent également fournir un contrôle négatif de la fréquence du réseau lorsqu'il y a un excès de puissance dans le réseau grâce à leur capacité à transformer l'électricité en chaleur. 

Un autre concept d'utilisation de l'électricité pour les chauffages électriques consiste à les placer entre un producteur d'électricité (comme une centrale de cogénération) et le point d'alimentation du réseau public. Cela garantit que seule l'énergie excédentaire de l'unité de production est utilisée pour créer de la chaleur, plutôt que de dépendre de l'énergie du réseau.

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Régulation de la fréquence du réseau 

Le contrôle de la fréquence du réseau est utilisé pour stabiliser le réseau électrique. Il peut être considéré comme une sorte de réserve de puissance qui peut être activée par le gestionnaire de réseau de transport (GRT) dans le cas où la fréquence du réseau s'écarte radicalement de 50 Hz. De telles fluctuations se produisent lorsque l'offre et la demande d'électricité ne sont pas alignées. 

Pour participer à la fourniture de contrôle de la fréquence du réseau, un minimum de cinq mégawatts de puissance contrôlable est nécessaire. Ce seuil est plus facile à gérer en collaboration au sein d'une centrale électrique virtuelle qu'en tant que producteur unique. Après l'approbation du marché du contrôle de la fréquence du réseau, les participants reçoivent une compensation initiale pour la fourniture d'électricité seulement (prix de la capacité), puis une compensation supplémentaire pour la livraison (revenus énergétiques).

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Partenaires d'interface

Une interface de protocole est utilisée pour contrôler à distance les unités de production ou de consommation d'énergie. L'interface de protocole recueille des informations sur chaque actif individuel, comme la disponibilité ou la production actuelle, et transmet ces informations sur Internet à notre système de contrôle. L'interface de protocole peut également accéder aux unités de puissance et réduire ou augmenter leur consommation ou leur production.

Sur la gauche, vous pouvez voir les fabricants avec lesquels nous avons déjà établi un partenariat pour intégrer les actifs de production et de consommation d'énergie dans notre centrale électrique virtuelle. Nous élargissons fréquemment notre soutien pour inclure de nouveaux fabricants. Veuillez nous contacter si vous souhaitez utiliser une nouvelle interface de contrôle qui n'est pas encore répertoriée…

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Consommateurs d'énergie

Historiquement, les consommateurs d'électricité étaient des participants passifs sur le marché de l'électricité. Les consommateurs signent habituellement des contrats à long terme pour la livraison de l'électricité et consomment autant d'électricité qu'il leur faut pour exploiter les actifs de l'industrie, une entreprise ou une maison privée. La consommation d'énergie est considérée comme un processus statique. 

Aujourd'hui, la situation est différente : la consommation est ajustée à l'offre. Pendant certaines périodes, et en fonction de l'approvisionnement en électricité et des prix de l'électricité, les consommateurs peuvent utiliser plus ou moins d'électricité que prévu à l'origine. Cet ajustement flexible est appelé réponse à la demande. 

En utilisant des mesures de réponse à la demande, les consommateurs d'énergie flexibles tels que les unités de stockage frigorifique, les pompes ou les chauffages électriques peuvent également assurer le contrôle de la fréquence du réseau. Ils peuvent réduire ou augmenter leur consommation à la demande du GRT lorsque le réseau connaît des périodes de surabondance ou d'approvisionnement inadéquat. 

Si les unités consommatrices d'énergie sont connectées à une bourse de l'énergie, elles peuvent également aligner leur consommation sur les prix du marché intra journalier en utilisant notre tarif Best of 96 : Lorsque les prix d'échange sont élevés, la consommation d'énergie est réduite. Lorsque les prix baissent, la consommation rattrape son retard. Cela aide à stabiliser le réseau en plus de réduire les coûts de consommation d'énergie.

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Notre système de contrôle

Le système de contrôle est le noyau technologique de la centrale électrique virtuelle, et il est administré exclusivement par nos propres ingénieurs système. Le système de commande reçoit toutes les informations relatives aux unités et au réseau électrique des Next Boxes en utilisant la communication machine-to-machine (M2M) et les transmet à notre centrale électrique virtuelle. Lorsque l'information arrive au système de contrôle, les données sont ré-authentifiées par une grappe de routeurs pare-feu, décryptées et stockées dans notre base de données.

Avec ces données, nous savons toujours quelle quantité d'énergie est disponible dans le Next Pool et quelle quantité d'énergie nous pouvons fournir pour le contrôle de la fréquence du réseau. Lors d'un appel de contrôle de fréquence de réseau, nos algorithmes contrôlent quels actifs réduisent ou augmentent la production ou la consommation - tout cela en temps réel. La production ou la consommation optimisée est immédiatement envoyée par notre interface de communication à chaque actif qui a besoin d'ajuster son fonctionnement.

Mais l'utilisation du système de contrôle s'étend au-delà du contrôle de la fréquence du réseau. Le système de contrôle joue également un rôle majeur dans le contrôle des producteurs et des consommateurs d'électricité sur la base des prix des bourses de l’energie. En fonction des prix sur les marchés day-ahead et intraday, le système de contrôle décide de la manière dont les différents actifs - comme les installations de biogaz ou les pompes hydrauliques - doivent fonctionner. Les algorithmes d'optimisation choisissent en permanence le meilleur calendrier pour chaque actif du Next Pool. Les producteurs d'électricité ne produisent que la quantité d'électricité dont le réseau a réellement besoin, tandis que les consommateurs d'électricité flexibles utilisent ce mécanisme pour ne consommer de l'électricité que lorsque cela coûte le moins cher. Cela permet à notre système de contrôle d'aider à stabiliser le réseau contre les fluctuations avant même que le contrôle de fréquence soit nécessaire.

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Modem Next Box

Le modem est nécessaire pour établir une connexion entre l'unité, par exemple un entrepôt frigorifique ou une centrale hydroélectrique, et notre système de contrôle. Avec son aide, les données cryptées de la Next Box sont transmises à notre système de contrôle via un groupe d'utilisateurs fermé. La carte SIM du modem doit s'authentifier pour pouvoir rejoindre le groupe fermé d'utilisateurs qui peut envoyer des données à notre système de contrôle. Le système de contrôle effectue l'authentification et n'autorise cet accès qu'à nos cartes SIM Next Box.

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Antenne du Next Box

L'antenne amplifie la réception du signal du Next Box. Si le Next Box est installé dans un endroit où la réception est mauvaise, comme une salle des machines, l'antenne peut être installée dans un autre endroit où la réception est bonne, par exemple sur le toit d'un bâtiment.

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Contrôle de la Next Box

Un automate programmable (API) est installé dans la Next Box. Il s'agit essentiellement d'un petit ordinateur qui traite et crypte les données brutes d'exploitation de l'usine. Il demande en permanence au système les données dont le système de contrôle a besoin pour calculer les horaires optimaux des consommateurs et des producteurs d'électricité. Ces données comprennent, par exemple :

  • Disponibilité du système ou du consommateur d'énergie
  • rendement réel
  • Bande de puissance disponible pour l'énergie de commande
  • Réservoir de stockage de gaz ou de chaleur
  • Température réelle (par ex. pour un entrepôt frigorifique)
  • Niveaux d'eau (par ex. avec une pompe industrielle)

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Biogaz

Dans une usine de biogaz, le biogaz est produit par un processus biochimique par fermentation de la biomasse. Le lisier, les cultures énergétiques comme le maïs et les biodéchets ou un mélange de tous ces éléments sont fréquemment utilisés comme substrats pour la fermentation. A la fin de la fermentation, lorsqu'il n'est plus possible d'extraire le gaz du substrat, il reste des résidus de fermentation qui sont utilisés comme engrais raffiné en agriculture. Les résidus de fermentation des usines de biogaz sont moins odorants que le lisier et constituent également une meilleure source de nutriments pour les plantes.

En règle générale, une centrale de cogénération de type bloc avec un générateur est raccordée à l'installation de biogaz, dans laquelle le biogaz produit est utilisé localement pour produire de l'électricité et de la chaleur. S'il existe une source de chaleur locale, la production d'énergie des centrales de cogénération est particulièrement efficace.

Les installations de biogaz présentent un avantage supplémentaire par rapport aux générateurs d'électricité volatils : Sa source d'énergie primaire, le biogaz, peut être stockée pendant un certain temps dans les fermenteurs de l'usine. Si une installation de biogaz réduit sa production d'électricité parce que l'approvisionnement en électricité d'origine éolienne et solaire est particulièrement élevé, seule la cogénération est coupée. Le processus de fermentation biochimique n'est pas interrompu, de sorte que l'usine continue à produire du biogaz et à le stocker dans les fermenteurs. Si l'installation dispose même d'un stockage de gaz externe supplémentaire, elle peut également stocker le biogaz pendant de plus longues périodes. C'est pourquoi les installations de biogaz font partie des producteurs d'énergie très flexibles des énergies renouvelables et apportent une contribution précieuse à la réussite du redressement énergétique.

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Énergie hydraulique

Dans une centrale hydroélectrique, une turbine est généralement mise en marche par l'énergie d'écoulement de l'eau aux barrages ou dans les cours d'eau, ce qui entraîne un générateur qui produit de l'électricité. Parmi les énergies renouvelables, l'hydroélectricité est probablement la plus conventionnelle : elle est utilisée depuis des siècles pour capter l'énergie des flux, par exemple à travers les roues hydrauliques des moulins.

Les centrales au fil de l'eau ont généralement moins de souplesse que les centrales à accumulation où l'eau est retenue dans un lac. Mais même avec eux, le débit de l'eau peut être régulé dans une certaine mesure, de sorte que la production d'électricité peut être limitée si nécessaire. Même si la bande de flexibilité d'une installation individuelle est relativement faible, l'obstacle de 5 MW pour la fourniture d'énergie de commande peut être rapidement atteint dans un réseau virtuel de centrales électriques. Les centrales hydroélectriques sont généralement très appropriées pour fournir de l'énergie de contrôle ou pour adapter la production d'électricité aux signaux de prix de l'électricité provenant des marchés boursiers.a

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PCCE/KWK

Les centrales de production combinée de chaleur et d'électricité (PCCE) sont de petites centrales de production combinée de chaleur et d'électricité (PCCE). La plupart des installations de biogaz sont raccordées à une unité de cogénération dans laquelle l'énergie du biogaz produit est convertie en électricité par un générateur. Toutefois, il existe également des unités de cogénération décentralisées conventionnelles ou des centrales de cogénération qui fonctionnent généralement au gaz naturel.

Les centrales de cogénération ont en commun que la combustion de la source d'énergie primaire entraîne un générateur qui produit de l'électricité. La chaleur résiduelle générée lors de la combustion est également utilisée pour chauffer un fluide chauffant (généralement de l'eau) qui circule dans un échangeur de chaleur. Si la chaleur est pleinement utilisée localement, par exemple dans des installations industrielles ou des installations publiques situées à proximité immédiate de l'installation de cogénération, le rendement de l'installation peut dépasser 90 %.

Si l'unité de cogénération est principalement utilisée pour la production de chaleur, elle est soutenue par la chaleur. S'il est principalement utilisé pour la production d'électricité, il est commandé par le courant. Les unités de cogénération et les centrales de cogénération alimentées à l'électricité ont généralement une plus grande flexibilité pour le système électrique que les centrales thermiques, car la demande de chaleur est souvent constante. Mais même les systèmes à régulation thermique disposent d'une certaine marge de flexibilité à l'intérieur de laquelle ils peuvent produire plus ou moins d'électricité parce que le fluide de chauffage ne refroidit pas aussi rapidement, même si la puissance du générateur (et donc la chaleur perdue) est réduite. Cette bande de flexibilité peut être utilisée pour fournir de l'énergie de commande ou pour mettre en œuvre un mode de fonctionnement orienté prix de l'électricité pour l'échange d'électricité.


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Centrales

La plupart des centrales de production d'électricité fonctionnent selon le principe d'une centrale à vapeur : l'eau est chauffée par la combustion de la source d'énergie primaire, qui s'évapore, puis fait monter une turbine. La turbine actionne à son tour un générateur qui produit de l'électricité. Idéalement, la chaleur et l'électricité sont utilisées pour obtenir le meilleur rendement possible de l'installation.

En particulier dans le domaine des énergies renouvelables, une grande variété de sources d'énergie primaire sont utilisées pour produire de l'électricité. Il s'agit souvent de gaz différents, mais il existe aussi des centrales de production combinée de chaleur et d'électricité dans lesquelles la chaleur résiduelle provenant de la combustion de la biomasse solide (par exemple, les granulés de bois) est utilisée pour produire de l'électricité.

Exemples de centrales électriques renouvelables et conventionnelles flexibles :

  • centrales au gaz
  • usines de traitement des gaz d'égout
  • usines de gaz de mine
  • usines de gaz d'enfouissement
  • installations de valorisation énergétique des déchets
  • Centrales à biomasse (p. ex. centrales électriques alimentées au bois)


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Eólico

La producción de electricidad a partir de aerogeneradores depende de la fuerza del viento y, por lo tanto, no puede adaptarse completamente a la demanda. Sin embargo, las turbinas eólicas pueden, por supuesto, apagarse si hay demasiada electricidad en el sistema - los operadores de la red de distribución (DSOs) hacen un uso regular de esta opción si su red eléctrica está sobrecargada debido a que se le está suministrando demasiada electricidad. Hasta ahora, sin embargo, esta posibilidad ha sido demasiado incierta para que los gestores de redes de transporte (GRT) permitan que las turbinas eólicas ofrezcan sus servicios en los mercados energéticos de equilibrio.

No es posible planificar la cantidad de electricidad que los generadores volátiles, como los aerogeneradores, suministrarán a la red a largo plazo, pero cuanto más se aproxime la fecha de entrega, más precisas serán las previsiones de alimentación. La comercialización directa, en particular, ha dado lugar a un enorme aumento de la calidad de las previsiones en los últimos años.

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Solaires

La production d'électricité à partir de systèmes solaires ou photovoltaïques (PV) dépend du rayonnement solaire et ne peut donc pas être entièrement adaptée à la demande. Les gestionnaires de réseaux de distribution (GRD) recourent régulièrement à cette option si leur réseau électrique est surchargé en raison d'une trop grande quantité d'électricité qui y est injectée. Jusqu'à présent, toutefois, cette possibilité était trop incertaine pour les gestionnaires de réseau de transport (GRT) pour permettre aux systèmes solaires d'offrir leurs services sur les marchés d'équilibrage de l'énergie. Néanmoins, l'énergie solaire peut être vendue en bourse par le biais du marketing direct dans le cadre de l'EEG. Le marketing direct, en particulier, a permis une amélioration constante des prévisions d'injection au cours des dernières années. L'électricité peut être négociée en bourse jusqu'à 30 minutes avant la date de livraison, de sorte que des corrections peuvent encore être apportées à très court terme et que les prévisions réelles erronées sont généralement faibles.

Les installations solaires présentent le grand avantage que leur profil d'alimentation correspond largement au profil de consommation des consommateurs d'électricité : il s'élève le matin, atteint son point culminant à midi et diminue à nouveau l'après-midi vers le soir. Par rapport à l'énergie éolienne, l'énergie solaire est donc plus susceptible d'être produite lorsqu'elle est nécessaire.

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Nos serveurs

Les serveurs font partie de notre système de contrôle. Toutes les informations nécessaires au calcul des horaires optimaux pour les générateurs et les consommateurs sont cryptées et envoyées à nos serveurs par les Next Boxes ou interfaces protocole de toutes les unités. Ils y sont authentifiés, décryptés et stockés au bon endroit par un cluster de routeurs avec un pare-feu. Ces informations comprennent, par exemple :

  • Disponibilité du système ou du consommateur d'énergie
  • rendement réel
  • Bande de puissance disponible pour l'énergie de commande
  • Réservoir de stockage de gaz ou de chaleur
  • Température réelle (par ex. pour un entrepôt frigorifique)
  • Niveaux d'eau (par ex. avec une pompe industrielle)

Physiquement, cela se fait à deux emplacements de serveurs qui sont connectés à deux réseaux moyenne tension différents et interconnectés par des lignes redondantes. Cela crée des clusters de serveurs avec des paires de serveurs redondants. Si l'un des serveurs tombe en panne, son homologue prend automatiquement le relais. Ces différentes mesures de sécurité nous permettent d'assurer le bon fonctionnement du système de contrôle et donc du prochain pool même en cas de perturbations diverses (dans le réseau électrique, dans la ligne de connexion entre les serveurs, dans les serveurs eux-mêmes...). Et c'est important - après tout, avec les systèmes du Next Pool, nous offrons de l'énergie de contrôle pour garder le réseau électrique stable en tout temps. Notre technologie doit donc toujours être prête à l'emploi.

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Nos algorithmes d'optimisation

Les algorithmes d'optimisation font partie de notre système de contrôle. Ils ont été développés par nos ingénieurs système en collaboration avec nos partenaires de coopération afin de pouvoir calculer les horaires optimaux des producteurs et des consommateurs d'électricité dans le Next Pool. En nous basant sur les données que les Next Box transmettent à nos serveurs, nous savons combien d'énergie est disponible dans notre pool et combien d'énergie de contrôle nous pouvons offrir. C'est important parce que nos offres subventionnées de contrôle de l'énergie, les résultats de l'attribution, doivent toujours être disponibles dans le pool suivant pendant la période de détention afin de ne pas mettre en danger la sécurité du système.

Lors d'une récupération d'énergie de commande, une boucle d'optimisation est réalisée en permanence : Le système de contrôle valide toutes les données des divisions individuelles en vérifiant si et à quelle capacité les divisions sont disponibles. Ces valeurs sont comparées aux points de consigne des GRT. Enfin, les points de consigne d'optimisation sont envoyés via une interface de communication à la Next Box des systèmes individuels, qui ajustent leurs performances en conséquence. Nos algorithmes déterminent à chaque seconde quelle usine doit augmenter ou diminuer sa production de quelle valeur.