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Types d’installations



Une centrale électrique virtuelle : de quoi s’agit-il ?

Définition

Une centrale électrique virtuelle est une combinaison d’unités décentralisées du réseau électrique coordonnées moyennant un système de régulation commun. Des producteurs d’électricité tels que des installations éoliennes, photovoltaïques, hydrauliques, au biogaz ou de cogénération, des consommateurs d’électricité, des dispositifs de stockage d’électricité et des installations Power-to-X (Power-to-Gas, Power-to-Heat) sont différents types d’unités qui peuvent rejoindre le réseau. Une centrale électrique virtuelle de ce genre vise à commercialiser l’électricité de manière commune et à garantir la flexibilité de l’ensemble des installations globales. Qui peut faire partie d’une centrale électrique virtuelle ? Chaque acteur du marché de l’électricité qui produit, accumule ou consomme de façon décentralisée.

L’ensemble des unités individuelles est dirigé par un système de gestion centrale qui se base sur un algorithme spécial pour coordonner les installations individuelles dans la centrale électrique virtuelle, et pour réagir à l'état du réseau ainsi qu’aux instructions d’émission d’énergie de régulation des gestionnaires des réseaux de transport, exactement comme le fait une grande centrale. De plus, en ce qui concerne le commerce d’électricité, la centrale électrique virtuelle peut répondre efficacement et rapidement aux signaux de prix lancés par les marchés de l’électricité et adapter son mode opératoire selon les besoins.

Évolution vers un ensemble de centrales électriques des installations de production individuelles

Une installation à elle seule ne signifie pas encore une révolution énergétique : pour pouvoir s'imposer sur le marché de l’électricité, il est clair que le producteur d’électricité créée à partir d’énergies renouvelables doit rejoindre des unités fonctionnelles plus importantes. C’est avec cette idée que de grands concepts de centrales électriques virtuelles encore au stade théorique à l’époque, ont vu le jour dans la foulée de la libéralisation générale du marché de l’électricité à la fin des années 1990. Le degré de développement de la technique informatique et du réseau ainsi que le contexte de régulation de l'époque ont fait qu’il n’était pas encore possible de mettre sur pied des projets correspondants de plus grande envergure qui soient profitables et systématiquement utiles.

L’année 2010 a vu deux événements simultanés dont le développement des centrales électriques virtuelles a largement profité : d’une part,l’informatique est devenue nettement plus performante, ce qui a permis la création d’un système de gestion puissant, avec une infrastructure en temps réelet hautement disponible . La sortie du nucléaire, décidée par le gouvernement fédéral allemand, imposait, d’autre part, une nouvelle approche du marché de l’électricité, tandis quemoyennant l’amendement de la loi sur les énergies renouvelables (Erneuerbare-Energien-Gesetzes, EEG) établissait les bases légales et d’économie du marché de la transition énergétique – il s’agissait de l'avènement des centrales électriques virtuelles.

L’intelligence collective d’un ensemble d’unités décentralisées

Les centrales électriques virtuelles jouent au sein du marché, un rôle similaire à celui d'une grande centrale électrique, et peuvent, en fonction de leur puissance installée, atteindre la taille d’une ou de plusieurs centrales nucléaires. Toutefois, leur production connaît continuellement des changements, étant donné qu’elles se fondent essentiellement sur la base d’installations connectées qui produisent de l’électricité à partir d’énergies renouvelables. Si, par exemple, le soleil ne brille pas et/ou que le vent est trop faible, les installations éoliennes et photovoltaïques alimentent très peu la centrale électrique virtuelle. Outre une multiplicité théorique illimitée de producteurs d’électricité, des consommateurs d’électricité, des dispositifs de stockage d’électricité et des solutions Power-to-X comme Power-to-Gas (P2G) ou Power-to-Heat (PtH) peuvent également être intégrés dans l’ensemble d’installations.

Il est particulièrement important, pour éviter un déséquilibre du bilan énergétique, de disposer d’installations de production d’électricité avec différentes sources énergétiques dans une centrale électrique virtuelle. En effet, au vu des possibilités de stockage réduites, il est possible de stocker qu'une quantité d'électricité équivalente aux quantités prélevées simultanément, avec des tolérances minimes. Outre des sources énergétiques volatiles comme le vent ou le soleil, le portefeuille d’une centrale électrique virtuelle se compose dès lors de sources énergétiques réglables comme le biogaz et l’énergie hydraulique (centrales au fil de l'eau et centrales à pompage-turbinage), ainsi que de consommateurs d’électricité flexibles, de dispositifs de stockage d’électricité et d’installations Power-to-X particulièrement précieux. L’ensemble de ces unités peuvent rétablir - positivement ou négativement - des écarts au niveau des quantités injectées, écarts qui sont apparus en raison de l’absence de vent et de la présence d’une certaine nébulosité. L'offre et la demande en termes de flexibilité : gestionnaire de réseau, bourse de l’électricité et centrale électrique virtuelle.

Les centrales électriques virtuelles garantissent une flexibilité sur le marché de l’électricité

Cette capacité d’équilibrage rapide et multiple, qui est également connue sous le nom de flexibilité, est le principal atout des centrales électriques virtuelles et les distingue nettement par rapport aux grandes centrales traditionnelles : le fait qu’elles puissent s’adapter rapidement à la quantité d’électricité présente sur le réseau leur permet, grâce à leur performance globale, de suivre de façon optimale les prix sur la bourse de l’électricité et de proposer d’une façon particulièrement efficace, l'électricité qu'elles produisent. En effet, l'électricité ne présente pas toujours la même valeur : le prix de l’électricité change 96 fois par jour pour ce qui est des transactions intrajournalières sur la bourse de l’électricité et des différences de prix pouvant aller jusqu’à deux ou trois chiffres (Spreads) par mégawatt-heure sont monnaie courante.

L’électricité ne présente pas toujours la même valeur - et le volume d’électricité disponible n’est pas fixe.

Basées sur un approvisionnement continu avec de puissants producteurs d’électricité de plusieurs centaines de mégawatts, les grandes centrales électriques, quant à elles, arrivent rapidement à leurs limites techniques : tout comme un grand porte-conteneurs, une centrale au lignite doit tenir compte d'une importante « distance de freinage » avant de pouvoir réagir, par exemple, à une production éolienne accrue en raison d'une tempête, par le ralentissement des turbines. Afin d’éviter une surcharge du réseau, il faut alors supprimer du réseau des turbines éoliennes climatiquement neutres.

En revanche, la centrale électrique virtuelle régule tout simplement la production de ses centrales hydrauliques et au biogaz lors d’une phase éolienne excédentaire, via un ordre aux installations connectées. Si, par contre, le volume d’électricité sur le réseau est trop faible, le système de gestion augmente la production par les centrales hydrauliques et au biogaz. Ainsi, la centrale électrique virtuelle compense immédiatement et en temps réel d'éventuelles fluctuations dans la production d’électricité, et évite une surcharge du réseau électrique public. Le système de gestion transmet les ordres d’augmentation ou de réduction des quantités injectées via des interfaces IT (API) ou des commandes à distance intégrées dans l’installation.

Interfaces et connexion au réseau dans la centrale électrique virtuelle

Cette transmission des ordres et données se fait au niveau de la centrale électrique virtuelle entre les installations et le système de gestion redondant hautement sécurisé, au moyen de connexions de données via tunnel spécialement sécurisées qui utilisent l’infrastructure de communication publique. Elles sont toutefois protégées de tout autre trafic de données au niveau de leurs protocoles. À ce propos, l'on pourrait également choisir les termes à la mode comme « Internet des choses », « Industrie 4.0 » et « M2M » – en pratique, il s’agit de connexions fixes et mobiles protégées et très sûres.

Ces connexions de données bidirectionnelles d’installations individuelles à une centrale électrique virtuelle permettent non seulement d’échanger des ordres, mais aussi de fournir continuellement et en temps réel des données valides sur l’état d’utilisation des installations connectées et, dès lors, de la centrale électrique virtuelle. Des pronostics précis peuvent ainsi être établis pour le commerce d’électricité ainsi que la planification future des centrales réglables, par exemple sur la base de la capacité d’injection transmise par des installations éoliennes et photovoltaïques, mais aussi par le biais des données de consommation et des états des batteries de stockage. L’exploitation et la préparation des données sont essentiellement autonomes via l’architecture logicielle de la centrale électrique virtuelle, qui réalise également des tâches essentielles lors de l’ébauche et de la concrétisation des transactions commerciales à la bourse de l’électricité.

Énergie de réglage issue des centrales électriques virtuelles

La caractéristique particulière des installations réglables pour la production d’électricité au départ d’énergies renouvelables, comme des installations au biogaz ou des centrales hydrauliques, ainsi que des centrales de cogénération thermique et des générateurs de secours ? Ils permettent non seulement de réduire ou d'interrompre la production d’électricité en cas d’offre excédentaire (énergie de réglage négative), mais aussi d’injecter de l’électricité supplémentaire dans le réseau en cas de manque (énergie de réglage positive).

Une installation de production d’électricité doit au moins pouvoir afficher une performance d’un mégawatt (auparavant cinq mégawatts) afin de pouvoir proposer une énergie de réglage.Une installation peut se rassembler avec d’autres dans une centrale électrique virtuelle pour atteindre ce seuil. Le réseau de centrales électriques honore ainsi des demandes plus importantes d’énergie de réglage de la part des gestionnaires des réseaux de transport, et le revenu de la commercialisation de l’énergie de réglage est réparti. Les consommateurs d’électricité peuvent également proposer une énergie de réglage négative : une entreprise industrielle connectée à la centrale électrique virtuelle peut, par exemple, recevoir de la centrale électrique virtuelle l’ordre d’augmenter sa production ou de retirer l’électricité excédentaire du réseau.

Les consommateurs d’électricité au sein des centrales électriques virtuelles

Grâce aux flux de données rassemblées dans la centrale électrique virtuelle, les consommateurs d’électricité commerciaux et industriels peuvent également profiter directement des signaux de prix du marché de l’électricité. Il est ainsi possible d’utiliser l’électricité au moment où celle-ci est disponible en surabondance à la bourse, et donc à un prix plus avantageux. Si une entreprise de production déplace la plus grande partie de sa consommation d’électricité vers ces périodes de prix avantageux, elle peut épargner jusqu’à un tiers des frais d’électricité.

Cette optimisation peut être réalisée à la demande de façon entièrement automatique par la centrale électrique virtuelle : le système de gestion de la centrale électrique virtuelle envoie alors des signaux au poste de commande de l’entreprise. Ce système intervient bien entendu uniquement dans les processus de consommation lorsque c’est possible et nécessaire. Pour ce faire, il faut installer un compteur électrique de puissance enregistrée qui n’est prévu qu'à partir d’une consommation annuelle de 100 000 kWh.

Introduction de compteurs intelligents attendue par les ménages

Étant donné que les ménages privés n’atteignent pas de telles consommations, ils ne pourront être intégrés dans une centrale électrique virtuelle qu’avec l’introduction généralisée de compteurs intelligents qui viendront rapidement remplacer, espérons-le, les anciens compteurs datant des années 1920, soit environ cent ans après l'introduction de ces derniers. Il est possible d’utiliser plus efficacement les appareils électriques dans le ménage grâce à l’optimisation intelligente des temps de fonctionnement du chauffage, de la cuisinière, du lave-linge, du congélateur et du chauffe-eau en fonction de l’évolution temporelle du prix de l’électricité.

Numérisation de l’économie énergétique par les centrales électriques virtuelles

L’avenir est à la numérisation et l’économie énergétique n'y fait pas exception. Comme dans tous les autres secteurs d’entreprise, l’approvisionnement en électricité connaît un changement structurel au niveau mondial : fini les grandes centrales fossiles – vive les petites unités décentralisées interconnectées grâce aux possibilités qu’offre la numérisation en plein essor.

Comme pour les plateformes d’hôtels, qui ne possèdent plus leurs propres hôtels, et pour les plateformes de partage de véhicules, qui ne disposent plus de leur propre flotte, les centrales électriques virtuelles connaissent une démocratisation de l’approvisionnement en électricité qui rend la responsabilité de l’approvisionnement à la société : après tout, l’opérateur d’une centrale électrique virtuelle ne possède plus aucune centrale puisqu’il optimise uniquement l’utilisation des petites centrales électriques connectées qui appartiennent à autrui. Aujourd'hui déjà, les plus grandes centrales électriques virtuelles ont largement dépassé les plus grandes installations nucléaires en termes de capacité installée, et produisent dans l’ensemble des centrales de l’électricité climatiquement neutre pour relever les défis futurs du marché de l’électricité.

En effet, tant l’électrification du secteur des transports que le nombre exponentiel de nœuds de réseau et de centres de données généré par la numérisation exigent de grands volumes d’électricité - qui ne peut être produite de façon conventionnelle et/ou à partir d’une seule source énergétique, en raison de la protection du climat. Les centrales électriques virtuelles offrent les outils pour le monde de l’énergie de demain par leur approche décentralisée, hybride et ouverte tant au niveau de la technologie que des sources d’énergie.