Walenstadt: l'île de l'énergie

Walenstadt se trouve à l'extrémité du lac Walensee, près du Liechtenstein, dans une étroite vallée montagneuse où elle bénéficie d'une abondance d'énergie renouvelable provenant de trois centrales hydroélectriques ainsi que de générateurs photovoltaïques et à gaz. Outre 5 000 ménages, elle abrite également un hôpital et d'autres infrastructures essentielles, ce qui en fait un microcosme du système énergétique du pays, tant du point de vue de l'offre que de la demande.

La municipalité de Walenstadt y voit une opportunité économique de tirer profit de ses ressources naturelles, en vendant l'excédent d'électricité au réseau national, et de renforcer sa résilience aux catastrophes naturelles ainsi qu'aux chocs économiques (tels que l'évolution des prix de l'énergie).

Nous voyons une opportunité d'apprentissage pour explorer des questions urgentes dans la conception de systèmes énergétiques entièrement automatisés qui intègrent les énergies renouvelables. Étant donné que ces sources d'énergie intermittentes introduisent de l'incertitude, des solutions ingénieuses sont nécessaires pour garantir que l'approvisionnement énergétique futur ne soit pas seulement durable, mais aussi robuste et fiable. Dans ce domaine de recherche émergent, il y a de nombreuses directions à explorer.  

• Comment pouvons-nous créer et maintenir un réseau électrique durable, avec la possibilité de stocker de l'énergie en prévision de besoins futurs et de l'échanger avec l'extérieur ?  
• Que pouvons-nous apprendre sur les taux de distribution de l'électricité, l'utilisation et les besoins de flexibilité ?
• Quelles solutions pouvons-nous explorer pour relever les défis anticipés ?
• Quels sont les problèmes imprévus qui pourraient survenir ?

Ce qui rend Walenstadt si intéressante, c'est qu'elle présente déjà une forte densité d'innovation, avec la production d'énergie solaire, hydraulique et gazière au sein d'une petite région. La ville transforme déjà activement son approvisionnement en énergie ; la centrale hydroélectrique a été construite il y a quelques années seulement et elle se prépare à remplacer le gaz utilisé par une option plus respectueuse de l'environnement. Tout cela signifie qu'il est urgent d'étudier comment l'ensemble du marché local de l'énergie (offre, demande et interaction) peut être mieux géré, afin de tenir compte de la nature complètement différente des énergies renouvelables par rapport à la production d'énergie électromécanique classique.

Comment gérer l'incertitude accrue des énergies renouvelables ?

Alors que l'on peut compter sur un onduleur classique pour produire de l'électricité exactement selon les spécifications, les sources d'énergie renouvelables capricieuses (telles que l'énergie solaire) rendent beaucoup plus difficile la fourniture de la bonne tension au bon moment. Un réseau basé sur les énergies renouvelables s'appuiera généralement sur plusieurs petites centrales électriques qui devront être gérées d'une manière ou d'une autre comme un réseau unique si elles doivent remplacer une seule grande centrale prévisible. L'un des défis consiste donc à développer des contrôles algorithmiques pour stabiliser ce réseau, en mesurant la production distribuée et en envoyant des instructions à chaque centrale. Il s'agit d'un tout nouveau domaine où les solutions sont encore en cours d'élaboration et n'ont jusqu'à présent été démontrées que sur de petits bancs d'essai.

Voilà pour l'offre ; du côté de la demande, il y a le comportement humain, qui est tout aussi imprévisible que le temps. Bien que nous sachions, dans les grandes lignes, quand plus d'énergie est nécessaire (par exemple, les ménages utiliseront plus d'appareils de cuisine à l'heure des repas, tandis que les bureaux seront largement fermés pendant la nuit), il est impossible de contrôler exactement le comportement des clients. Les incitations classiques de la tarification dynamique ne s'appliquent pas bien au marché des énergies renouvelables, qui a besoin d'une plus grande flexibilité. Nous devons explorer les moyens d'automatiser des fonctions telles que le chargement des voitures, afin de tirer de l'énergie lorsqu'elle n'est pas nécessaire ailleurs.

Sur le plan organisationnel, le nouveau paysage énergétique fera apparaître de nouvelles tâches et de nouveaux rôles, que ce soit au niveau du gestionnaire du réseau de distribution ou des fournisseurs de services auxiliaires. Des questions se posent, telles que les besoins accrus en matière de cybersécurité ; l'activation algorithmique d'appareils ou de machines pourrait entraîner d'énormes pics de consommation d'énergie, avec les risques de sécurité que cela comporte.

Les chercheurs ont la possibilité de mettre au point de nouvelles solutions tout au long de cette chaîne, mais aussi de développer un cadre solide pour l'analyse statistique. À tous les niveaux, de la micro-échelle de temps de la production d'énergie à la vue d'ensemble de la gestion du système entier, nous devons développer des modèles algorithmiques pour les nouvelles idées ainsi que pour les systèmes existants, et effectuer des tests A/B approfondis afin d'optimiser les solutions.

L'équipe de recherche interdisciplinaire du PRN Automation collabore avec Walenstadt pour explorer ces questions et, par extension, développer le potentiel énergétique de toute la Suisse. C'est là que la recherche de pointe, mise en œuvre dans le monde réel, peut susciter de nouvelles idées pour un avenir véritablement durable.  

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