L'équipe du PRN Automation remporte le Watt d'Or pour son approvisionnement en électricité efficace et durable grâce au photovoltaïque
Pour la dix-septième fois, l'Office fédéral de l'énergie a décerné le prix suisse de l'énergie Watt d'Or - et l'ETH Zurich est l'un des lauréats. L'ETH a reçu le prix dans la catégorie Technologies énergétiques en collaboration avec AEW Energie AG. Le Watt d'Or récompense depuis 2007 des projets pionniers et des réalisations dans le secteur de l'énergie.
Les chercheurs de l'ETH Lukas Ortmann et Saverio Bolognani du groupe dirigé par Florian Dörfler, professeur au Laboratoire de contrôle automatique de l'ETH, ont reçu le Watt d'Or pour avoir développé un algorithme, ainsi qu'un logiciel d'optimisation de rétroaction en ligne associé, qui peut être utilisé pour résoudre un problème d'optimisation dans le réseau électrique. Plus précisément, ils ont mis en œuvre leur algorithme dans l'environnement réel du réseau électrique AEW Energie de manière à ce que les systèmes photovoltaïques fournissent non seulement de l'électricité renouvelable, mais contribuent également à optimiser la puissance réactive.
Un fonctionnement optimisé et sans faille du réseau grâce à des données en temps réel
La collaboration des chercheurs de l'ETH avec AEW Energie est née dans le cadre du Pôle de recherche national « Automatisation fiable et omniprésente » (PRN Automation). M. Ortmann, aujourd'hui professeur d'ingénierie de contrôle à la Haute école spécialisée de Suisse orientale à Rapperswil, indique qu'ils ont mené un projet pilote pour tester leur logiciel d'optimisation sur une installation solaire d'AEW Energie. Les informations en temps réel fournies par le logiciel sont utilisées pour contrôler la puissance réactive de la centrale afin de se conformer le plus possible à la puissance réactive du réseau, par exemple pour réduire rapidement les tensions trop élevées.
La puissance réactive est un flux d'énergie électrique que les consommateurs n'utilisent pas. Dans un réseau à courant alternatif, elle peut être utilisée pour gérer la tension. Le réseau électrique a besoin de puissance réactive pour fonctionner en toute sécurité. Les onduleurs convertissent le courant continu d'un générateur tel qu'un système photovoltaïque en courant alternatif pour le réseau. Grâce au logiciel ETH, les onduleurs produisent maintenant une puissance réactive qui réduit ou augmente la tension, ce qui permet d'optimiser la puissance réactive disponible dans le réseau.
L'innovation et l'utilité de l'algorithme de l'EPF résident dans le fait qu'il est basé sur des données en temps réel du réseau électrique AEW, ce qui lui permet d'ajuster la puissance réactive à la situation actuelle de manière à optimiser le flux local de puissance réactive. L'algorithme apprend, à partir des relevés en temps réel de la tension et de la puissance réactive, à guider le réseau vers son état de fonctionnement optimal.
Ayant déjà démontré en laboratoire que leur concept de contrôle fonctionne en théorie et dans les simulations, les chercheurs de l'ETH ont maintenant montré, en collaboration avec AEW Energie, que l'algorithme est également robuste dans des conditions réelles. Au cours de la phase de test chez AEW, la gestion du réseau électrique a été sans faille. L'algorithme fonctionne désormais en continu.
Approvisionnement stable en électricité grâce aux énergies renouvelables
Les résultats du projet pilote de la centrale solaire AEW sont très prometteurs : « En principe, à partir de l'exemple d'une seule centrale solaire AEW existante, nous avons démontré que notre logiciel d'optimisation peut contribuer à la stabilité du réseau en Suisse », explique M. Ortmann.
L'algorithme et le logiciel peuvent être appliqués non seulement aux centrales solaires, mais aussi à toutes les centrales électriques qui utilisent un onduleur pour générer de la puissance réactive. On trouve des onduleurs dans les systèmes photovoltaïques ainsi que dans les centrales hydroélectriques modernes, les éoliennes, les stations de recharge pour voitures électriques et les pompes à chaleur.
Si le logiciel d'optimisation fonctionnait sur tous les systèmes, la capacité du réseau - en d'autres termes, la quantité d'électricité pouvant être fournie par le réseau - pourrait être augmentée d'environ 10 %, sans qu'AEW, en tant qu'opérateur du réseau, n'ait à construire d'infrastructure supplémentaire. Au cours des prochaines années, la gestion de la prolifération des systèmes photovoltaïques constituera un défi pour les gestionnaires de réseau suisses. Si leurs réseaux doivent transporter cette quantité croissante d'électricité, ils devront être étendus à grands frais. Mais s'ils utilisent l'algorithme d'optimisation et le logiciel, ils peuvent réduire leurs coûts d'investissement à court et à moyen terme, tout en contribuant à la stabilité du réseau et donc à la sécurité de l'approvisionnement en électricité au fur et à mesure de l'expansion de l'énergie solaire dans les années à venir.
Il s'agit d'une préoccupation cruciale pour la Suisse, l'infrastructure du réseau électrique devant faire l'objet d'une attention particulière compte tenu de son importance pour l'approvisionnement énergétique du pays, dont les hôpitaux et les centres de données, par exemple, ne peuvent absolument pas se passer. C'est pourquoi les chercheurs et AEW ont également veillé à ce que le logiciel d'optimisation fonctionne de manière fiable et sans faille.
De la recherche théorique aux avantages pratiques
En outre, le projet pilote a montré que le logiciel est techniquement, opérationnellement et financièrement avantageux pour les fournisseurs régionaux d'électricité qui exploitent un réseau de distribution à basse tension. D'une part, ils peuvent optimiser l'exploitation de leur réseau - sans expansion coûteuse de leur infrastructure - afin de garantir que l'électricité atteint de manière fiable les prises de courant des ménages. L'optimisation des flux de puissance réactive a également un impact sur les rapports de tension locaux et, enfin, une gestion plus rentable du réseau peut également avoir un impact positif sur les tarifs d'utilisation du réseau par les clients.
La clé du succès réside dans le fait que les chercheurs de l'ETH ont trouvé en AEW Energie un partenaire prêt à tester leur algorithme. M. Ortmann évoque le projet : « AEW Energie a reconnu que la transition énergétique nécessitait des approches et des solutions différentes, et a eu le courage d'essayer quelque chose de nouveau ».
Décrivant le projet du point de vue d'AEW Energie, Alessandro Scozzafava, chef d'équipe du développement du réseau et de la planification de la maintenance chez AEW, déclare : « Cette collaboration avec l'ETH Zurich nous a permis de nous rapprocher de notre objectif, qui est de rendre l'approvisionnement en énergie encore plus durable et plus efficace. En travaillant ensemble sur le projet pilote de contrôle de la puissance réactive, nous avons pu tester une technologie et une solution innovantes dans un environnement réel qui nous aidera à utiliser l'énergie plus efficacement tout en réduisant notre impact sur l'environnement. »
Text: Mira Wecker, ETH Zurich
