Comment les centrales électriques virtuelles pourraient améliorer le système énergétique

Depuis plus d’un siècle, une centrale électrique a été imaginée comme un bâtiment doté de hautes cheminées et de turbines bruyantes alimentées au charbon, au gaz ou au pétrole. Mais cette idée est dépassée. Les centrales électriques qui fourniront l’énergie du futur seront très différentes – et beaucoup d’entre elles n’auront peut-être même pas de forme physique : bienvenue dans l’ère des centrales électriques virtuelles (VPP) !

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Le passage des sources d’énergie conventionnelles comme le charbon et le gaz à des alternatives renouvelables variables comme le solaire et l’éolien signifie changer la façon dont nous exploitons notre système énergétique, vieille de plusieurs décennies. Les gouvernements et les entreprises privées souhaitent exploiter le potentiel des VPP pour réduire les coûts et prévenir la congestion du réseau. Mais comment fonctionne la technologie ?

Que sont les centrales électriques virtuelles et comment fonctionnent-elles ?

Une centrale électrique virtuelle est un système de ressources énergétiques décentralisées – telles que des panneaux solaires sur les toits, des bornes de recharge pour véhicules électriques ou des chauffe-eau ou pompes à chaleur intelligents – qui fonctionnent ensemble pour équilibrer l’offre et la demande d’énergie. Ils sont généralement exploités par des compagnies d’électricité locales qui surveillent l’ensemble du système. Rudy Shankar, directeur de l’Institut d’ingénierie des systèmes énergétiques de l’Université Lehigh, a déclaré qu’un VPP est un moyen de rassembler un portefeuille de ressources qui peuvent aider le réseau à répondre à une demande énergétique élevée tout en réduisant l’empreinte carbone de l’ensemble du système énergétique.

L’aspect « virtuel » d’un VPP vient de l’absence d’une installation physique centrale comme une centrale électrique traditionnelle au charbon ou au gaz. En produisant de l’électricité et en équilibrant la charge énergétique, les unités groupées telles que les batteries et les panneaux solaires assument de nombreuses fonctions des centrales électriques traditionnelles. Mais ils présentent aussi de nouveaux avantages. Kevin Brehm, directeur du Rocky Mountain Institute qui se concentre sur la production d’électricité neutre en carbone, affirme que comparer les VPP aux centrales électriques conventionnelles n’est qu’une « analogie utile ». Les VPP « font certaines choses différemment et peuvent donc offrir des services que les centrales électriques traditionnelles ne peuvent pas offrir ».

Une différence importante par rapport aux systèmes conventionnels réside dans la capacité des VPP à influencer la consommation énergétique des consommateurs en temps réel. Contrairement aux centrales électriques traditionnelles, les VPP peuvent également communiquer avec des ressources énergétiques distribuées, permettant ainsi aux opérateurs de réseau de gérer pour la première fois la demande des utilisateurs finaux. Les thermostats intelligents connectés aux systèmes de climatisation peuvent réguler la température dans la maison et contrôler la consommation électrique des systèmes. Par exemple, lors des chaudes journées d’été, ces thermostats peuvent pré-refroidir les maisons avant les heures de pointe, lorsque la consommation de climatisation monte en flèche. Des temps de refroidissement échelonnés peuvent aider à éviter des pics soudains de demande qui pourraient surcharger le réseau électrique et entraîner des pannes. De même, les systèmes de recharge des véhicules électriques sont conçus pour s’adapter aux demandes du réseau en fournissant ou en tirant de l’énergie de la batterie de la voiture.

Les sources d’énergie décentralisées sont connectées au réseau via des technologies de communication telles que le WiFi, le Bluetooth et les services cellulaires. Dans l’ensemble, le recours aux VPP peut accroître la résilience de l’ensemble du système. En coordonnant des centaines de milliers d’appareils, les VPP ont alors un impact significatif sur le réseau : en gérant la demande, en fournissant de l’énergie et, en fin de compte, en garantissant un flux d’électricité fiable.

Dans quelle mesure les VPP sont-ils déjà populaires ?

Jusqu’à récemment, les VPP étaient principalement utilisés pour gérer la consommation énergétique des consommateurs. Mais à mesure que la technologie solaire et les batteries ont progressé, les services publics peuvent désormais les utiliser pour réinjecter de l’énergie dans le réseau en cas de besoin. Aux États-Unis, le ministère de l’Énergie estime actuellement la capacité des VPP entre 30 et 60 gigawatts. Cela correspond à environ 4 à 8 pour cent de la demande de pointe en électricité du pays, soit une proportion assez faible du système global. Cependant, certains États et services publics agissent rapidement pour ajouter davantage de VPP à leurs réseaux.

Green Mountain Power, le plus grand service public du Vermont, a fait la une des journaux l’année dernière en élargissant un programme de batteries domestiques. Les clients avaient la possibilité de louer une grande batterie Tesla à un tarif réduit ou d’acheter la leur, recevant jusqu’à 10 500 $ d’aide s’ils acceptaient de partager l’énergie stockée avec la compagnie d’électricité. La Vermont Public Utility Commission, qui a approuvé le programmeaffirme qu’il peut également fournir une alimentation de secours en cas de panne de courant.

Dans le Massachusetts, trois sociétés de fourniture d’énergie (National Grid, Eversource et Cape Light Compact) en possèdent une. Programme PPV introduit où les clients sont payés pour abandonner le contrôle de leurs batteries domestiques. Pendant ce temps, des efforts sont en cours au Colorado pour déployer le premier système VPP de l’État : la Commission des services publics du Colorado pousse Xcel Energy, le plus grand service public de l’État, à développer un projet pilote pleinement opérationnel d’ici cet été.

Pourquoi les VPP sont-ils importants pour la transition énergétique propre ?

Les gestionnaires de réseaux doivent toujours couvrir la « pointe de charge » annuelle ou quotidienne, c’est-à-dire le moment de la plus forte demande d’électricité. Pour y parvenir, ils s’appuient souvent sur des centrales électriques de pointe alimentées au gaz, qui sont inactives la majeure partie de l’année et peuvent être mises en marche en période de forte demande. On espère que les VPP réduiront la dépendance du réseau à l’égard de ces centrales électriques. Le ministère américain de l’Énergie vise actuellement à augmenter la capacité nationale VPP de 80 à 160 GW d’ici 2030. Cela correspond à environ 80 à 160 centrales fossiles qui ne nécessitent pas de construction, explique l’expert Brehm.

De nombreux services publics espèrent que les VPP pourront réduire non seulement les émissions, mais également les factures énergétiques des consommateurs. Des études ont montré que l’utilisation de sources d’énergie décentralisées pendant les périodes de pointe est jusqu’à 60 % plus rentable que l’utilisation de centrales électriques au gaz.

Un autre avantage important, bien que moins tangible, des VPP est qu’ils encouragent les gens à participer davantage au système énergétique. Normalement, les clients ne reçoivent que de l’électricité. Dans un système VPP, ils consomment tous deux de l’électricité et la réinjectent. Ce double rôle pourrait améliorer leur compréhension du réseau et les amener à s’engager davantage dans la transition énergétique propre.

Quelle est la prochaine étape pour les VPP ?

La capacité des sources d’énergie distribuées augmente rapidement en raison de l’adoption généralisée des véhicules électriques, de leurs stations de recharge et des appareils électroménagers intelligents, selon le ministère américain de l’Énergie. La connexion de ces systèmes aux systèmes VPP améliore la capacité du réseau à équilibrer la demande et l’offre d’électricité en temps réel. Une intelligence artificielle améliorée peut également aider les VPP à coordonner leurs actifs avec plus de précision, explique Shankar, ingénieur en systèmes énergétiques.

Les régulateurs américains sont également de la partie. La National Association of Regulatory Utility Commissioners a commencé à organiser des panels et des ateliers pour informer ses membres sur les VPP et leur mise en œuvre dans leurs États. La California Energy Commission financera des recherches pour étudier les avantages de l’intégration des VPP dans son réseau. Ce type d’intérêt de la part des régulateurs est nouveau mais prometteur, estime Brehm.

Cependant, il reste encore des obstacles. L’enregistrement nécessaire pour faire partie d’un VPP peut être déroutant pour les consommateurs américains, car le processus varie selon l’État et l’entreprise. Une simplification aiderait les services publics à utiliser de manière optimale les ressources énergétiques décentralisées telles que les véhicules électriques et les pompes à chaleur. La normalisation de la mise en œuvre des VPP peut également accélérer leur croissance au niveau national, dans la mesure où il serait plus facile de reproduire des projets réussis dans d’autres régions. «Cela dépend vraiment de la politique», explique Brehm. “La technologie est là. Nous sommes encore en train d’apprendre comment mettre en œuvre au mieux ces solutions et comment interagir avec les consommateurs.”

(jl)