Les centrales électriques virtuelles ont le potentiel de changer complètement la façon dont nous répondons à nos besoins énergétiques. Voici comment.
L’avenir probable de la production d’électricité peut être entrevu en Allemagne, où, en 2022, la société d’énergie Next Kraftwerke a « franchi la barre des 10 000 mégawatts de capacité en réseau », soit suffisamment d’énergie pour alimenter environ 5 millions de foyers.
Selon le ministère fédéral allemand de l’économie et de l’action climatique, Next Kraftwerke n’a pas accompli cet exploit en brûlant des combustibles fossiles, mais en regroupant les capacités de production de « plus de 13 000 installations indépendantes de production d’énergie renouvelable, notamment éolienne, photovoltaïque, hydroélectrique et bioénergétique, ainsi que les consommateurs d’électricité, les prosommateurs et les unités de stockage du réseau ». La majeure partie de l’énergie, soit 60 %, provient de l’énergie solaire.
Ce modèle est appelé centrale électrique virtuelle (Virtual Power Plant ou VPP). L’agence allemande explique qu’il « utilise des contrôles intelligents pour regrouper l’électricité de ses membres et la distribuer de manière flexible, imitant ainsi une centrale électrique centrale. C’est l’équivalent, sur le plan énergétique, d’un réseau d’ordinateurs individuels reliés entre eux plutôt que d’un ordinateur central.
Les VPP ont de grandes implications dans le monde entier, y compris aux États-Unis, car ils permettent aux plus petits producteurs d’énergie, tels que les panneaux solaires et les batteries de secours de votre maison et de celle de vos voisins (et peut-être même la batterie d’un véhicule électrique), de fournir de l’énergie aux clients d’une compagnie d’électricité, en particulier pendant les périodes de forte consommation.
Essentiellement, les VPP pourraient contribuer à prévenir les pannes de courant et les coupures d’électricité, et potentiellement permettre à chacun de réaliser des économies. Comment cela se passe-t-il ?
Le problème des pics de demande
Le réseau s’effondre si l’offre d’électricité ne répond pas à la demande. Cela signifie que le réseau doit augmenter l’offre pour alimenter tous les appareils de chauffage, de ventilation et de climatisation ainsi que les téléviseurs lorsque tout le monde rentre du travail à la même heure.
Pour répondre à ces pics, les services publics pourraient être amenés à acheter de l’énergie à un prix élevé sur le marché libre, selon le cabinet de conseil en énergie Advanced Energy, un organisme à but non lucratif. Les services publics pourraient proposer de construire une nouvelle centrale électrique, comme les plus de 1 000 centrales dites de pointe en service aux États-Unis, selon le Clean Energy Group, une organisation à but non lucratif qui préconise l’élimination progressive des centrales de pointe dans le cadre d’un mouvement plus large en faveur de l’adoption d’énergies propres. Ces centrales ne fonctionnent que par intermittence et sont généralement alimentées par des combustibles fossiles.
Les propriétaires de centrales pour les pics de demande sont payés pour produire de l’électricité, mais aussi pour être à la disposition des services publics en cas de besoin. Par conséquent, l’électricité produite par les centrales « de pic » est plus chère : Un rapport de la 2020 Peak Coalition (PDF) a révélé que l’électricité de « pic » à New York était 1 300 % plus chère que le coût moyen de l’électricité dans la ville. (Selon le rapport, l’électricité de « pic » de la ville de New York est également l’une des plus chères du pays).
Outre les émissions liées au réchauffement climatique, les centrales de « pic » à combustibles fossiles polluent l’air avec des oxydes d’azote, du dioxyde de soufre et des particules qui peuvent nuire au système respiratoire et provoquer de l’asthme. Pour ces raisons et d’autres encore, certains services publics tentent de trouver d’autres solutions pour répondre à la demande de pic.
Cette illustration montre une configuration possible de batteries et d’un chargeur de véhicule électrique, qui pourraient tous deux être intégrés dans certaines centrales électriques virtuelles.
Qu’est-ce qu’une centrale électrique virtuelle et comment fonctionne-t-elle ?
Commençons par le « virtuel » dans la centrale électrique virtuelle : « Ce qu’elles font, c’est combiner différentes sources d’énergie renouvelable : éolienne, solaire, hydraulique et généralement une batterie de secours », explique Joshua M. Pearce, ingénieur en matériaux qui étudie les systèmes d’énergie solaire à l’université Western de London, en Ontario au Canada. « Peu importe où elles se trouvent géographiquement, mais combinées, toutes ensemble, elles offrent des capacités de suivi de la charge. Si vous êtes un service public et que vous avez besoin d’un nombre X de kilowattheures à cet endroit et à ce moment-là, cette centrale électrique virtuelle, avec un ensemble d’éléments différents fonctionnant ensemble, peut vous fournir cette énergie ».
Les avancées technologiques qui rendent cela possible sont des onduleurs plus efficaces, des compteurs intelligents et des systèmes de batteries économiques.
Joshua Pearce donne l’exemple d’un immeuble d’habitation, où la consommation d’électricité est constante parce que les appareils tels que les réfrigérateurs sont toujours allumés. Lorsque les gens rentrent du travail et commencent à allumer les lumières, la demande d’électricité augmente considérablement.
« Le travail d’un opérateur de centrale électrique est de s’assurer que l’électricité est disponible lorsque les gens en ont besoin », précise Joshua Pearce. « Si la centrale n’est pas en mesure de suivre la charge, lorsque vous arrivez et que vous allumez les lumières, elles commencent à vaciller ou il peut y avoir une panne ou un black-out. Ce que fait une centrale électrique virtuelle, c’est s’assurer que lorsque la charge augmente, la fourniture d’électricité augmente en fonction de cette charge ».
La force d’une centrale électrique virtuelle réside dans le fait que si une source ne peut pas répondre à cette charge, par exemple si le temps est nuageux dans une région ou si le vent n’est pas fort, elle peut s’appuyer sur d’autres sources d’énergie au sein de son réseau.
Les centrales électriques virtuelles existent déjà
Les centrales électriques virtuelles peuvent prendre différentes formes, mais des exemples hypothétiques simples pourraient ressembler à ce qui suit.
Un service public passe un contrat avec une entreprise tierce pour répondre aux pics de demande tout au long de l’année. Cette entreprise obtient des clients du service public qu’ils lui accordent un contrôle limité sur leurs thermostats intelligents.
Les clients acceptent que, moyennant un préavis de 24 heures, l’entreprise puisse augmenter le réglage de leur thermostat de quelques degrés Celsius pendant un certain nombre de jours parmi les plus chauds de l’année. En échange de l’abandon d’un certain contrôle sur son thermostat, le client a besoin de moins d’énergie pour son climatiseur et est rémunéré pour sa contribution à la réduction de la demande.
Un service public paie ses clients pour qu’ils renoncent à un certain contrôle de leur batterie domestique. Pendant les périodes de pointe et moyennant un préavis d’une journée, le service public peut réinjecter une certaine quantité d’énergie de votre batterie dans le réseau pour répondre à la demande accrue. Les batteries augmentent l’offre plutôt que de réduire la demande, mais le résultat final est le même : les clients qui inscrivent leurs batteries reçoivent une prime en espèces.
La compagnie d’électricité du Vermont, Green Mountain Power, exploite une centrale électrique virtuelle qui a été un succès. En 2017, elle s’est associée à Tesla pour subventionner les batteries Powerwall de ses clients. Les clients ont obtenu une source d’électricité de secours plus abordable en cas de panne de courant.
Le service public a obtenu une source d’énergie stockée dans laquelle il peut puiser pendant les jours de forte demande. Le programme a évolué au fil du temps. Dans l’itération actuelle, 500 clients par an peuvent louer deux batteries Powerwall pour 10 ans à 55 dollars par mois ou pour un paiement unique de 5 500 dollars. (Une batterie Powerwall se vend 10 500 dollars chez Tesla).
Green Mountain Power propose également un programme « bring-your-own-device » (apportez votre propre appareil). Les clients peuvent souscrire une certaine quantité d’énergie provenant de batteries en échange d’argent. Pour chaque kilowatt de stockage d’énergie enregistré, la compagnie d’électricité donnera au client 850 dollars s’il le décharge pendant trois heures ; 950 dollars s’il le décharge pendant quatre heures.
Dans les régions où les besoins sont importants, elle ajoutera 100 dollars supplémentaires (soit 950 dollars et 1 050 dollars, respectivement). Les clients s’engagent à n’utiliser la batterie que pour sauvegarder leur maison en cas de panne de courant.
Green Mountain Power affirme que ces paiements sont les plus élevés de tous les services publics des États-Unis, vous pouvez donc vous attendre à un peu moins de la part de votre service public local. Selon Josh Castongua, directeur de l’innovation et vice-président de Green Mountain Power, les programmes ont inscrit environ 4 000 clients et environ 18 mégawatts de stockage d’énergie dans de petites batteries. L’entreprise inscrit également d’autres appareils intelligents et des chargeurs de VE personnels afin de pouvoir déplacer la charge des voitures en dehors des heures de pointe.
Selon la compagnie d’électricité, elle a économisé 3 millions de dollars en pics d’énergie en 2020, en partie grâce à ses efforts dans le cadre du VPP. Selon M. Castonguay, cet argent réduit la « pression tarifaire » pour la compagnie, ce qui lui permet de maintenir les tarifs à un niveau inférieur à ce qu’ils seraient autrement.
Selon l’Administration américaine d’information sur l’énergie, le tarif moyen de l’électricité résidentielle en Nouvelle-Angleterre était de 22,04 cents par kilowatt. Dans le Vermont, il était de 19,60 cents par kilowatt. Le tarif résidentiel de Green Mountain Power était de 18,06 cents par kilowatt.
Qui participe à un VPP ?
Presque toutes les sources de production d’énergie peuvent participer à un VPP. Par exemple, un parc éolien, un parc solaire, une centrale hydroélectrique et même des maisons individuelles équipées de panneaux solaires et d’une batterie de stockage peuvent contribuer à la VPP.
« Vous faites la même chose que les grandes compagnies d’électricité pour l’ensemble du réseau, mais pour votre propre micro-réseau », a déclaré M. Pearce. Par exemple, « un campus universitaire qui compte un grand nombre de bâtiments, avec toutes sortes de charges différentes, peut délibérément se retirer du réseau principal et fournir toute son énergie. Pour ce faire, il utilise généralement une combinaison d’énergie solaire et éolienne, un peu de batterie et peut-être un générateur ».
Quels sont les problèmes qui peuvent être résolus grâce aux centrales électriques virtuelles ?
Les centrales électriques virtuelles constituent un changement fondamental dans le fonctionnement du système énergétique. Elles peuvent résoudre certains problèmes qui existent dans le système plus traditionnel de l’électricité de la centrale au consommateur.
Elles peuvent aider à répondre aux pics de demande
L’intérêt de l’énergie solaire sur les toits et des batteries de secours est de ne pas avoir à dépendre du principal moyen de production d’électricité de la compagnie d’électricité, par exemple une centrale au gaz naturel. Des problèmes se posent parce que toutes les personnes desservies par le service public s’approvisionnent à la même source. Lorsque vous ajoutez plusieurs sources d’énergie au mélange par l’intermédiaire d’un VPP, vous renforcez le système car vous augmentez la production globale d’énergie. En théorie, cela signifie que tout le monde reçoit l’énergie dont il a besoin.
Elles peuvent aider à éviter les pannes de courant et les baisses de tension
Quelles sont les causes des pannes d’électricité et des coupures de courant ? Lorsqu’une compagnie d’électricité ne dispose pas de suffisamment d’énergie pour répondre à la demande. Cela entraîne soit une défaillance du système, soit l’obligation pour l’entreprise de limiter la consommation d’énergie de ses clients afin de ramener sa production à un niveau stable. Un VPP peut contribuer à éviter les pannes d’électricité et les pannes brunes, car les sources de production d’énergie sont plus diversifiées. En cas de défaillance d’une source, par exemple lorsque le soleil ne brille pas, le service public peut tirer de l’énergie d’un parc éolien et de batteries.
Elles peuvent contribuer à réduire les coûts
Les énergies renouvelables occupent une place de plus en plus importante dans le bouquet énergétique américain, mais de nombreux services publics dépendent encore des combustibles fossiles pour produire de l’électricité. Les combustibles fossiles sont coûteux, surtout par rapport à l’énergie éolienne et solaire. L’ajout d’énergies renouvelables au bouquet énergétique par l’intermédiaire d’un VPP contribuerait à réduire les coûts de l’énergie pour toutes les personnes desservies par le service public.
Quels sont les inconvénients des VPP ?
Les partenariats public-privé peuvent être utiles au système dans son ensemble, mais ils limitent ce que vous pouvez faire avec votre propre équipement énergétique. Voici quelques inconvénients potentiels.
Vous risquez de vous retrouver sans stockage
Les propriétaires d’habitations équipées de batteries de secours qui participent à des VPP doivent renoncer au contrôle de l’énergie qu’ils stockent. Pendant les périodes de pointe, la VPP peut drainer toute l’énergie contenue dans la batterie pour alimenter le réseau. Le propriétaire se retrouve alors sans solution de secours en cas de panne de courant, et le fait de vider la batterie de manière répétée peut réduire sa durée de vie.
Les participants ne peuvent pas profiter des tarifs en fonction de l’heure de consommation
Lorsque vous adhérez à une VPP, vous cédez le contrôle de votre système de batterie à la compagnie d’électricité. Cela limite vos options quant au moment où vous choisissez d’utiliser la batterie par rapport au moment où vous tirez sur le réseau. Certains propriétaires avisés peuvent utiliser leurs batteries pendant les pics de demande d’énergie, lorsque l’électricité est chère, puis s’approvisionner auprès du réseau lorsque les prix baissent. Le fait de faire partie d’un VPP leur enlèvera probablement cette possibilité.
Ils pourraient être vulnérables au piratage informatique
Les services publics de l’énergie sont souvent la cible de pirates informatiques. Si vous choisissez de participer à un VPP, votre système est désormais connecté à la compagnie d’électricité. Il y a donc de fortes chances que des pirates et des acteurs malveillants aient accès à votre système.
Les avantages et les inconvénients des centrales électriques virtuelles
« La mise en place d’une centrale électrique virtuelle est beaucoup plus compliquée que le modèle conventionnel », assure Joshua Pearce. « Elle implique des niveaux de logiciel plus élevés, des ingénieurs plus intelligents et une meilleure planification.
Pour les particuliers équipés de panneaux solaires et de batteries, l’adhésion à une centrale électrique virtuelle présente à la fois des avantages et des inconvénients.
Les avantages des VPP
La diversité des sources d’énergie dans un VPP rend le réseau électrique beaucoup plus résistant, de sorte qu’il devrait y avoir moins de pannes d’électricité et de coupures de courant.
Le fait de s’appuyer davantage sur les sources d’énergie renouvelables est meilleur pour l’environnement.
L’ajout d’énergies renouvelables au bouquet énergétique devrait réduire le coût de l’électricité pour tous les clients d’une compagnie d’électricité.
Les inconvénients des VPP
Pour les particuliers, faire partie d’une VPP signifie céder le contrôle de leur batterie de secours. Le service public peut la vider entièrement pendant les périodes de pointe, ce qui risque de raccourcir sa durée de vie.
Elle peut également déterminer la manière dont votre système est utilisé (à l’instar des thermostats intelligents), ce qui signifie que vous avez moins de choix lorsqu’il s’agit de profiter des tarifs en fonction de l’heure de consommation (essentiellement en utilisant votre batterie de secours pendant les heures de pointe et en vous alimentant sur le réseau pendant les heures creuses).
Les VPP reposent sur de nombreuses technologies et pourraient être vulnérables aux pirates informatiques et à d’autres acteurs malveillants.
https://www.cnet.com/home/energy-and-utilities/what-is-a-virtual-power-plant/
https://www.german-energy-solutions.de/GES/Redaktion/EN/News/2022/20220504-virtual-powerplants.html
https://www.advancedenergy.org/2018/03/13/why-is-peak-demand-a-concern-for-utilities/
https://www.eng.uwo.ca/electrical/faculty/pearce_j/index.html
