Centrale virtuelle : graphisme technologique interactif

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Next Box

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

La 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 : grâce à la Next Box, les centrales 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 de la Next Box

  • La Next Box relie les actifs du Next Pool à notre système de contrôle.
  • La connexion fonctionne dans les deux sens.
  • La Next Box envoie des informations sur le fonctionnement de l'unité à distance au système de contrôle.
  • Grâce à la Next Box, le système de contrôle peut mettre en route ou éteindre les unités.
  • La communication de données s'effectue via une connexion GPRS, qui est établie à l'aide d'une carte SIM.
  • Les données sont cryptées directement dans la Next Box
  • 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.
  • Une fois dans notre système de contrôle, les données sont décryptées.

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Producteurs d'énergie flexibles

Parmi les producteurs d'énergie flexible, mentionnons les centrales au biogaz, les centrales hydroélectriques ou les centrales de cogénération. Ils ont en commun la particularité 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 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 du 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 leur production lorsque les prix sont bas. Grâce à notre système de contrôle, nous pouvons déterminer 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 fluctuants d’électricité. Leur production dépend des conditions météorologiques : 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 de manière conséquente. 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 l’instant de livraison se rapproche, les prévisions s'améliorent.

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Bourse de l'énergie

Nous vendons l'énergie agrégée de toutes les centrales électriques dans notre centrale virtuelle 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 :

  • Le marché Intraday (vente aux enchères et en continu) d’EPEX SPOT
  • Les marchés Day ahead 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 conditions 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 intra journalier, 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 immeubles 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 démarrer 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 ainsi 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 l’immeuble 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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Power-to-heat

Les centrales Power-to-heat, essentiellement des chauffages électriques à grande échelle, fonctionnent à l’opposé 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, les centrales Power-to-heat se trouvent généralement à proximité de zones industrielles et d’infrastructures pour fournir de la chaleur au cas où les prix de l'électricité sont bas, voire même négatifs.

Les centrales Power-to-heat 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’injection 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 uniquement pour la mise à disposition d'électricité (prix de puissance), puis une compensation supplémentaire pour la livraison (prix de travail).
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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 recueille des informations de chaque actif, comme la disponibilité ou la production actuelle, et transmet ces informations via Internet à notre système de contrôle. L’interface peut également accéder aux unités de puissance pour 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.

Durant certaines périodes, en fonction de la demande 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 (demand response).
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 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 un cluster 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 leur production ou 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.

Cependant 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’énergie. 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 un actif (tel qu'une centrale à biogaz ou une pompe industrielle) et le système de contrôle. Grâce au modem, les données de la Next Box peuvent être transmises à notre système de contrôle via un groupe d'utilisateurs fermé. Une carte SIM intégrée est utilisée pour identifier chaque poste au groupe d'utilisateurs et la Next Box peut échanger des données avec le système de contrôle après authentification.
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Antenne de la Next Box

L'antenne augmente la portée du récepteur dans la Next Box. Si la 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 meilleure - sur le toit, par exemple.
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Nos serveurs

Les serveurs sont une partie importante de notre système de contrôle parce qu'ils stockent toutes les informations dont nous avons besoin pour fournir des horaires optimisés pour nos producteurs d'électricité et les consommateurs dans la centrale électrique virtuelle. Les données sont envoyées aux serveurs via une connexion cryptée à partir de la Next Box ou une interface de protocole. Une fois les données reçues par le cluster de serveurs (derrière un pare-feu sécurisé), elles sont authentifiées, décryptées et stockées à l'emplacement correspondant dans la structure du serveur.

Les informations que nous recueillons et stockons comprennent :

  • Disponibilité de l'actif
  • Alimentation en courant
  • La contribution de l'actif à la régulation de fréquence du réseau
  • Quantité de gaz ou de chaleur stockée
  • Température actuelle (exemple : un entrepôt frigorifique)
  • Niveau d'eau (exemple : une pompe industrielle)
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Biogaz

Le biogaz est produit par fermentation de la biomasse. Le lisier, les plantes énergétiques comme le maïs, les déchets biologiques ou un mélange de tout ce qui précède sont utilisés comme substrats. Lorsque le substrat ne produit plus de gaz, la matière biologique qui reste est utilisée comme engrais de haute qualité, moins odorant que le fumier et qui constitue une meilleure source de nutriments pour les plantes.

Une installation de biogaz est généralement raccordée à une unité de cogénération avec un générateur. L'électricité et la chaleur produites dans cette installation sont souvent utilisées localement. La production d'électricité à partir d'une installation de biogaz est très efficace, en particulier pour les clients locaux de chauffage.

Un autre avantage des installations de biogaz par rapport aux producteurs d'énergie volatils est la longue durée de vie de leur principale source d'énergie, car le biogaz peut être stocké pendant un certain temps dans des réservoirs. Cela signifie que la production d'énergie au biogaz peut être réduite pendant les périodes où la production éolienne et solaire est élevée. C'est aussi simple que d'arrêter la cogénération ; le processus de fermentation se poursuit et le biogaz qui en résulte sera stocké dans les réservoirs de gaz.

L'installation de réservoirs de gaz supplémentaires augmente la capacité de stockage du biogaz et prolonge la période de suspension de la production d'électricité, faisant du biogaz un producteur d'électricité exceptionnellement flexible qui offre une contribution précieuse à une transition énergétique réussie.
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L'hydroélectricité

Une centrale hydroélectrique est installée dans un barrage ou sur les rives d'une rivière. Dans les deux cas, l'eau passe par une turbine reliée à une génératrice de production d'électricité. De toutes les sources d'énergie durables, l'hydroélectricité peut être considérée comme la plus conventionnelle : l'eau a été utilisée depuis des siècles pour alimenter des machines telles que les moulins.

Les centrales au fil de l'eau disposent généralement d'une marge de manœuvre plus faible que les centrales à réservoir, qui évacuent les eaux stockées derrière un barrage. Néanmoins, les centrales au fil de l'eau peuvent encore offrir une flexibilité qui peut être utilisée pour des mesures de régulation de la fréquence du réseau. Cette flexibilité peut être utilisée à un degré plus élevé si l'installation est connectée à d'autres unités d'une centrale électrique virtuelle. Elles peuvent être utilisées pour produire de l'électricité en fonction des prix de la bourse de l'électricité ou pour assurer le contrôle de la fréquence du réseau.


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PCCE (cogénération)

Les centrales de cogénération sont principalement exploités en parallèle avec des usines de production de biogaz ou de gaz ordinaire. Dans une cogénération, le gaz est transformé en électricité à l'aide d'un générateur. La chaleur qui en résulte peut réchauffer un autre milieu (comme l'eau), qui est utilisé comme source de chaleur locale dans les bâtiments municipaux ou les complexes industriels. Cette installation peut atteindre des taux d'efficacité de 90 % lorsque la proximité de l'unité de cogénération est proche.

Une centrale de cogénération peut être utilisée principalement pour produire de la chaleur ou de l'électricité. Habituellement, les unités de cogénération qui produisent de l'électricité sont plus flexibles pour le réseau électrique que les actifs de cogénération qui produisent de la chaleur.

Les centrales de cogénération à base de chaleur ont généralement une quantité fixe de chaleur à produire et ne peuvent donc ajuster leur production que dans une certaine mesure. Cependant, même ce degré de flexibilité peut être utilisé sur les marchés d'énergie, car la chaleur est un agent inerte.

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Centrales électriques

La plupart des centrales produisent de l'électricité de la même manière qu'une machine à vapeur : la combustion d'une source d'énergie primaire fait chauffer l'eau, et la vapeur qui en résulte entraîne une turbine pour produire de l'électricité. Dans un scénario idéal, la chaleur et la puissance résultantes peuvent être utilisées pour une efficacité maximale.

Dans le secteur de l'énergie durable, les sources d'énergie primaire utilisées pour produire de l'électricité sont particulièrement diversifiées. Il s'agit souvent de sources de gaz, mais les sources d'énergie se présentent aussi sous d'autres formes, comme les granulés de bois.

Voici quelques exemples de centrales électriques durables et conventionnelles :
  • Usines à gaz
  • Usines de traitement des gaz d'égout
  • Plantes à base de méthane
  • Usines d'enfouissement de gaz
  • Installations alimentées par des déchets
  • Usines de biomasse (bois)

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Vent

La production d'électricité à partir de parcs éoliens dépend de facteurs externes, tels que la force du vent, et ne peut donc pas être adaptée à la demande du réseau.

Toutefois, les actifs d'énergie éolienne peuvent être complètement fermés pendant les périodes de prix très bas ou lorsqu'il y a un surplus d'électricité dans le réseau ; les gestionnaires de réseau de distribution utilisent fréquemment cette mesure pour réduire la quantité d'électricité injectée. Aujourd'hui, la plupart des GRT n'utilisent pas l'énergie éolienne pour contrôler la fréquence du réseau. Il est compliqué de fournir des prévisions fiables et à long terme de la quantité d'électricité qui sera fournie par les parcs éoliens. Les prévisions deviennent plus précises à mesure que le moment de la livraison approche. Ces dernières années, la qualité des prévisions s'est considérablement améliorée.
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Solaire

La production d'électricité à partir d'unités solaires ou photovoltaïques dépend de l'ensoleillement et ne peut donc pas être entièrement adaptée aux besoins du réseau. Toutefois, les centrales solaires peuvent être complètement fermése pendant les périodes de prix très bas ou lorsqu'il y a un surplus d'électricité dans le réseau ; les gestionnaires de réseau de distribution utilisent fréquemment cette mesure pour réduire la quantité d'électricité injectée. Aujourd'hui, l'énergie solaire n'est pas utilisée pour la régulation de la fréquence du réseau.

L'énergie produite par les parcs solaires peut être échangée sur les bourses de l'électricité via des centrales électriques virtuelles.

Les centrales solaires ont l'avantage que leur profil d'alimentation est très similaire à celui de la demande. Il monte le matin, atteint son apogée à midi et redescend le soir. Il est donc plus probable que l'énergie solaire soit produite à un moment donné où elle est réellement nécessaire.

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Nos serveurs

Les serveurs sont une partie importante de notre système de contrôle parce qu'ils stockent toutes les informations dont nous avons besoin pour fournir des horaires optimisés pour nos producteurs d'électricité et les consommateurs dans la centrale électrique virtuelle. Les données sont envoyées aux serveurs via une connexion cryptée à partir de la Next Box ou une interface de protocole. Une fois les données reçues par le cluster de serveurs (derrière un pare-feu sécurisé), elles sont authentifiées, décryptées et stockées à l'emplacement correspondant dans la structure du serveur.

Les informations que nous recueillons et stockons comprennent :

  • Disponibilité de l'actif
  • Alimentation en courant
  • La contribution de l'actif à la régulation de fréquence du réseau
  • Quantité de gaz ou de chaleur stockée
  • Température actuelle (exemple : un entrepôt frigorifique)
  • Niveau d'eau (exemple : une pompe industrielle)

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Nos algorithmes d'optimisation

Nos algorithmes d'optimisation font partie de notre système de contrôle. Ils ont été développés par nos ingénieurs système en collaboration avec nos partenaires afin de calculer les calendriers optimaux pour nos consommateurs d'énergie et nos producteurs.

Sur la base des données transmises à nos serveurs via la Next Box, nous savons exactement combien d'énergie est disponible dans le pool et combien d'énergie nous pouvons offrir aux enchères de contrôle de fréquence du réseau. Il est important que ces chiffres soient exacts : la quantité d'électricité que nous convenons de fournir doit être disponible dans le pool suivant à tout moment pour éviter de compromettre la stabilité du réseau.

Lors d'un appel sur la fréquence du réseau, notre système optimise en permanence ses propres performances : le système de contrôle valide toutes les données de chaque actif individuel, en vérifiant la disponibilité et la capacité de puissance. Ces numéros sont simultanément vérifiés par rapport aux valeurs souhaitées par les GRT. Enfin, le système de contrôle envoie l'ordre désiré aux actifs individuels, avec nos algorithmes qui calculent les actifs qui doivent augmenter ou diminuer la production chaque seconde.