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Aug 31, 2023

Comment un appareil pourrait contribuer à transformer notre réseau électrique

Alors que de plus en plus d’énergies renouvelables sont mises en ligne et que les centrales à combustibles fossiles sont mises hors service, les réseaux électriques du monde entier ont besoin d’être mis à jour pour continuer à fonctionner de manière stable. JUAN MIGUEL CERVERA MERLO/ALAMY PHOTO DE STOCK Par

Alors que de plus en plus d’énergies renouvelables sont mises en ligne et que les centrales à combustibles fossiles sont mises hors service, les réseaux électriques du monde entier ont besoin d’être mis à jour pour continuer à fonctionner de manière stable.

JUAN MIGUEL CERVERA MERLO/ALAMY PHOTO DE STOCK

Par Alexandra blagues

24 août 2023 à 9h11

Du Colorado à Washington, de l’Ohio à la Pennsylvanie, les centrales électriques au charbon sont en train de fermer. Les États-Unis sont en passe de retirer la moitié de leur capacité de production d’électricité à partir du charbon d’ici 2026. Il s’agit d’un déclin remarquablement rapide par rapport au pic de 2011 – et d’une étape majeure dans la transition vers les énergies propres et la lutte contre le changement climatique.

Mais il y a un inconvénient surprenant à mettre hors service de grandes et vieilles centrales électriques. Ces centrales contribuent à maintenir la stabilité du réseau électrique. À mesure que de plus en plus d’entre eux se déconnectent, quelque chose d’autre doit intervenir pour faire ce travail.

Un réseau électrique est un réseau complexe impliquant des systèmes qui produisent de l'énergie, comme une centrale nucléaire ou une éolienne, et des systèmes qui stockent et transmettent de l'énergie, comme des batteries et des lignes de transmission. Un réseau peut cesser de fonctionner pour diverses raisons, comme la chute d'un arbre sur une ligne électrique ou une vague de chaleur qui dépasse la capacité du système. Aux États-Unis, l’électricité circule à travers le réseau comme un battement de cœur à une fréquence standard de 60 hertz. Cette fréquence peut changer si la demande augmente au-delà de l’offre ou si un élément du système, comme un grand générateur, tombe hors ligne. Même une petite interruption de ce battement de cœur de 60 hertz peut provoquer des effets d’entraînement dont le réseau a du mal à se remettre.

Les grandes centrales électriques sont conçues pour aider le réseau à résister à ces effets d’entraînement. L'inertie de leurs générateurs en rotation leur permet de gagner du temps en cas de panne de courant inattendue, et ils ajustent continuellement leur puissance de sortie en fonction de la fréquence du réseau, gardant ainsi tout stable. Mais un réseau électrique qui intègre de grandes quantités d’énergie renouvelable, comme celles provenant d’éoliennes et de panneaux solaires, fonctionne très différemment. Il s'appuie sur des dispositifs appelés onduleurs pour convertir l'électricité à courant continu, ou CC, produite par les installations éoliennes et solaires en électricité à courant alternatif, ou CA, pour le réseau. Et les systèmes d’énergie renouvelable impliquant des onduleurs ne se comportent pas comme le font les centrales électriques traditionnelles. «Nous avons affaire à un système physique complètement différent», explique Patricia Hidalgo-Gonzalez, ingénieure électricienne à l'Université de Californie à San Diego.

Une plus grande part de l’électricité américaine provient désormais de sources renouvelables. Les onduleurs formant réseau joueront probablement un rôle important dans l’acheminement de l’énergie en toute sécurité vers le réseau électrique.

Les chercheurs ont donc cherché des moyens de maintenir la stabilité du réseau alors que les grandes centrales électriques sont mises hors service et que les énergies renouvelables représentent un pourcentage plus important de la production d’électricité aux États-Unis. La réponse réside peut-être dans un type spécial d’onduleur, appelé onduleur formant réseau. Ces équipements électriques, dont la taille varie de plus petite qu'un micro-ondes à aussi grande qu'un conteneur d'expédition, sont spécialement programmés pour fonctionner à l'interface entre quelque chose qui produit ou stocke de l'énergie – comme les éoliennes, les panneaux solaires et les batteries – et le grille. Surtout, ils sont capables de contrôler le flux d’énergie renouvelable dans le réseau de manière rapide et réactive, d’une manière qui imite le contrôle exercé par les grandes centrales électriques.

En ajoutant des onduleurs formant réseau à un réseau électrique existant, les ingénieurs peuvent contribuer à remplacer les fonctions perdues lors de la mise hors service des grandes centrales. Les onduleurs formant réseau présentent également d'autres avantages, comme le redémarrage automatique d'un réseau hors ligne. Cela peut rendre la société plus résiliente aux pannes de courant liées aux conditions météorologiques extrêmes alimentées par le changement climatique, telles que les vagues de chaleur et les ouragans (SN : 15/02/20, p. 22).

La quantité d’électricité américaine produite par l’énergie solaire et éolienne a considérablement augmenté au cours de la dernière décennie.

Imaginez un onduleur formant un réseau comme une mère canard suivie d'un groupe de canetons, explique Dominic Gross, ingénieur électricien à l'Université du Wisconsin-Madison. Un onduleur formant réseau peut injecter de la tension dans un réseau, puis ajuster sa fréquence en fonction de la quantité d'énergie circulant dans le système. D'autres sources d'électricité circulant dans le réseau, les bébés canetons, peuvent alors se synchroniser avec cet onduleur formant le réseau, tout comme ils l'ont fait avec le flux d'électricité pulsé des centrales électriques.