Réseaux électriques décentralisés – L’avenir de la sécurité énergétique

Nombreux sont ceux qui considèrent les réseaux électriques décentralisés comme la meilleure solution pour améliorer la sécurité énergétique. Ces réseaux améliorent l'infrastructure traditionnelle en exploitant les ressources énergétiques locales en complément des centrales électriques centralisées. Voici comment une équipe d'ingénieurs du MIT cherche à améliorer les réseaux électriques décentralisés et à contribuer à l'alimentation électrique des foyers à l'avenir.

Les pannes de courant sont en hausse

Les rapports montrent que les pannes de courant sont en augmentation dans le monde entier pour plusieurs raisons. Le manque d'entretien et de maintenance est responsable du vieillissement du système et de la baisse des performances dans de nombreux domaines. De plus, les conditions météorologiques extrêmes sont plus probables que par le passé, ce qui accentue la pression sur les anciennes infrastructures.

Un autre facteur contribuant aux pannes de courant auquel beaucoup de gens ne pensent jamais est le passage aux énergies renouvelables. Les panneaux solaires sont de bons exemples de systèmes qui fournissent une énergie à faible coût, mais qui ont des périodes et des scénarios où ils ne sont pas en mesure de produire quoi que ce soit.

La nuit ou par temps nuageux prolongé, les systèmes solaires ne peuvent pas fournir l'énergie nécessaire aux communautés. Contrairement aux pannes de courant classiques, les interruptions prévisibles de production d'énergie renouvelable (comme les jours nuageux ou la nuit pour le solaire) peuvent être atténuées en coordonnant les dispositifs en périphérie du réseau afin d'ajuster la consommation et la distribution en temps réel.

Statistiques sur les pannes de courant

Enquête américaine sur le logement Le rapport a mis en lumière l'ampleur de la crise énergétique. Il a montré qu'au moins un foyer américain sur quatre a connu une panne de courant au cours de l'année écoulée. Il a également révélé que +70% des personnes interrogées ont connu une panne de courant pendant +6 heures.

Il est intéressant de noter que les statistiques révèlent que les communautés rurales sont plus susceptibles de connaître des pannes de courant prolongées. Cependant, elles mettent en évidence certaines villes comme Détroit, qui souffrent de pannes de courant inhabituellement fréquentes en raison de mauvaises infrastructures et d'autres facteurs.

Préoccupations mondiales

On constate que ce problème prend une ampleur exponentielle lorsqu'on examine les pannes de courant à l'échelle mondiale. De nombreux cas de pays entiers sont plongés dans le noir pendant des jours, voire des semaines. À Cuba, par exemple, le réseau électrique vieillissant est tombé en panne, privant plus de 10 millions de personnes d'électricité pendant plusieurs jours.

Les réseaux électriques locaux évoluent

Lorsque vous pensez à votre réseau électrique local, vous imaginez probablement une centrale électrique centralisée, des sous-stations et des lignes de transmission. Cette infrastructure est toujours la plus courante, mais elle a connu des changements majeurs en raison de l'évolution de l'électronique domestique.

Source – MIT

Dispositifs de pointe

Le terme « périphérie du réseau » désigne les appareils qui se trouvent loin de l'alimentation électrique centrale. Ces appareils ont souvent des capacités avancées, notamment la capacité de produire, de stocker et de régler l'énergie. Les appareils périphériques du réseau comprennent les panneaux solaires résidentiels, les batteries, les véhicules électriques, les pompes à chaleur, les chauffe-eau et les appareils IoT (Internet des objets).

Ressources énergétiques distribuées (DER)

L'utilisation croissante des ressources énergétiques décentralisées crée de nouvelles opportunités sur le marché. Ces appareils intelligents permettent de surveiller, de contrôler, de communiquer et d'exécuter des tâches. C'est cette flexibilité qu'une équipe d'ingénieurs du MIT a cherché à exploiter dans sa dernière stratégie visant à améliorer la résilience du réseau, à le protéger contre les cyberattaques et à le stabiliser.

Étude sur les réseaux électriques décentralisés

Une étude récente publiée dans la revue de l'Académie nationale des sciences, intitulée «Résilience du réseau électrique grâce à des actifs fiables coordonnés par l'IoT"¹ présente un nouveau cadre permettant d'exploiter les périphériques de périphérie pour garantir la résilience du réseau face à divers scénarios. Le nouveau système exploite des périphériques de périphérie de réseau coordonnés pour rééquilibrer ou soutenir le réseau.

Appareils IoT

L'étude porte sur l'utilisation des objets connectés (IoT). Pour être qualifié d'IoT, un appareil doit être équipé d'un capteur et être capable de communiquer des données à Internet. Il est à noter qu'il existe actuellement des milliards de ces appareils intelligents dans le monde. Les chercheurs se sont donc concentrés sur leur utilisation, car ils devraient représenter la part du lion des appareils connectés d'ici cinq ans.

Cette stratégie consisterait à permettre aux propriétaires de souscrire à un abonnement sur un marché régional. Cet abonnement rendrait leurs appareils IoT éligibles au micro-réseau. Une fois approuvés, les appareils de confiance seraient capables de coordonner la consommation et la distribution d'énergie déterminées par l'algorithme propriétaire développé par les ingénieurs.

EURIEKA (Actifs efficaces, ultra-résistants et coordonnés par l'IoT)

L'algorithme EURIEKA est au cœur de l'étude des ingénieurs. Il analyse le réseau à la recherche d'appareils périphériques participants. Il détermine ensuite s'il convient de compléter le réseau électrique ou de réduire la consommation d'énergie des appareils IoT, selon des critères prédéfinis. L'efficacité de cet algorithme réside dans son analyse du marché local de l'électricité.

Opérateur

Les opérateurs des marchés locaux jouent un rôle essentiel dans cette approche. Chaque marché dispose d'un opérateur chargé de gérer et de communiquer avec les participants au réseau et les autres opérateurs. Ce sont les nœuds responsables de l'initialisation de l'algorithme EURIEKA et de son bon fonctionnement.

Établir la confiance

La première étape de ce processus consiste à établir la confiance. Face à la multitude d'appareils IoT, il est crucial que le système fonctionne uniquement avec des unités vérifiées et approuvées afin de prévenir les risques de sécurité. L'algorithme peut vérifier et approuver de manière indépendante les appareils IoT fiables, déterminant ainsi la meilleure combinaison pour atténuer efficacement les pannes de courant et stabiliser le système.

Marché local de l'électricité

Cette stratégie crée un marché local de l'énergie où les participants à l'IoT peuvent être récompensés pour leurs efforts. Le système suit automatiquement les actions de chaque participant et verse des rémunérations en fonction de sa contribution énergétique. Les ingénieurs ont notamment imaginé différentes modalités de rémunération des participants au réseau, allant des paiements directs aux crédits de facture.

Tester les réseaux électriques décentralisés

Les ingénieurs du MIT utilisent une variété d'appareils et d'algorithmes pour tester leur nouvelle approche. Plus précisément, les ingénieurs ont utilisé un simulateur convivial, une validation matérielle en temps réel et une plate-forme de co-simulation.

Algorithme de réseau électrique

Les tests comprenaient plusieurs scénarios qui variaient les situations de panne de courant. Les scénarios prenaient en compte les pannes à tous les niveaux du système. Dans certains cas, la perte était de seulement 5 % de panne. Dans d'autres cas, le réseau a connu des pannes catastrophiques allant jusqu'à 40 %.

Scénarios d'attaque de réseau

Les chercheurs ont testé le système contre une cyberattaque majeure. Dans ce scénario, l’équipe a imaginé un thermostat intelligent piraté. Les appareils piratés ont ensuite été mis à rude épreuve pour augmenter la tension sur le réseau électrique à des niveaux dangereux. Cette tension accrue entraînerait la défaillance d’un réseau électrique traditionnel. Cependant, les systèmes périphériques du réseau se sont révélés résilients.

Catastrophes naturelles

L'équipe a également testé son réseau face à des événements météorologiques. Elle a imaginé une catastrophe naturelle majeure qui endommageait une grande partie des lignes de transmission. Ce scénario est courant dans le monde entier, car les catastrophes naturelles majeures sont plus fréquentes.

Résultats des tests des réseaux électriques décentralisés

Les tests de l'algorithme ont démontré que les réseaux d'appareils en périphérie du réseau peuvent compenser les pertes d'énergie dues à diverses attaques. Le système a réussi à stabiliser le réseau en ajustant sa topologie. De plus, le nouvel algorithme peut déterminer automatiquement quels appareils sont fiables et quelles sont leurs capacités.

Avantages des réseaux électriques décentralisés

Les réseaux électriques décentralisés présentent de nombreux avantages pour le marché. Tout d’abord, ils permettent une production d’électricité sur mesure qui prend en compte la consommation d’énergie de chaque appareil pour garantir l’efficacité. Ce système constitue une alternative plus verte et plus durable au statu quo.

Les appareils IoT sont partout

L’utilisation d’appareils IoT constitue un autre avantage. Il existe des milliards de ces appareils répartis dans le monde et susceptibles de contribuer à stabiliser les réseaux électriques. Cette stratégie prend en compte leurs capacités et les utilise ensemble pour créer un réseau électrique plus robuste, capable de gérer des conditions extrêmes sans défaillance.

Combler les lacunes en matière d'énergies renouvelables

Les technologies telles que l’énergie éolienne et solaire sont idéales pour créer une énergie propre. Cependant, il arrive parfois qu’elles ne soient pas capables de produire l’électricité nécessaire pour alimenter les foyers. Dans ces scénarios, les ingénieurs envisagent que des dispositifs de périphérie du réseau prennent le relais pour prendre en charge la charge de travail supplémentaire.

Rentable

L'un des avantages potentiels de cette stratégie réside dans un marché local de l'électricité plus dynamique, où les participants pourraient être rémunérés pour leurs contributions. Bien que les chercheurs du MIT proposent ce concept, des incitations financières spécifiques, telles que des crédits ou des paiements sur facture, dépendraient de la mise en œuvre du marché et des cadres réglementaires. Il serait appréciable de bénéficier d'un mois d'électricité gratuit parce que, le mois précédent, votre réfrigérateur et votre thermostat intelligents ont contribué à la stabilité du réseau.

Chercheurs sur les réseaux électriques décentralisés

L'étude sur le réseau électrique décentralisé a été réalisée par une équipe d'ingénieurs du MIT. Les auteurs principaux de l'étude sont Vineet Nair et John Williams. La recherche a également été co-écrite par Anu Annaswamy. Elle a notamment reçu un financement de l'Indian Institute of Technology, du National Renewable Energy Laboratory, du ministère américain de l'Énergie et de la MIT Energy Initiative.

Cette étude s'appuie sur les travaux antérieurs du chercheur principal Nair dans le domaine de la théorie du contrôle adaptatif. Cette théorie repose sur la création de systèmes capables de détecter et de corriger automatiquement les problèmes sans intervention humaine. Ce nouveau protocole s'inscrit dans la continuité de ces recherches et pourrait un jour contribuer à maintenir l'énergie des foyers toute l'année.

Entreprises leaders dans les solutions énergétiques

La course à la fourniture des solutions énergétiques les plus résilientes au marché a donné naissance à plusieurs acteurs clés. Ces entreprises ont investi des millions de dollars en recherche et développement pour améliorer la production et la distribution d'énergie sur le marché. Voici une entreprise idéalement placée pour tirer parti de toute amélioration du réseau électrique.

Duke Energy Corp.

Duke Energy Corp. (DUK + 0.32%) est entrée sur le marché en 1904 en tant que centrale hydroélectrique située sur la rivière Catawba. La société a été fondée par James Buchanan Duke et Benjamin Newton Duke et son siège social est à Charlotte, en Caroline du Nord. Depuis son lancement, Duke Energy Corporation a connu une croissance significative. Aujourd'hui, c'est l'une des plus grandes sociétés d'électricité des États-Unis.

L'ascension de Duke Energy vers la domination du marché s'est faite sur plusieurs décennies, au gré des acquisitions et des fluctuations du marché. En 1997, l'entreprise a fusionné avec PanEnergy Corporation pour élargir son offre. Puis, en 2005, Duke Energy a acquis Cinergy Corporation, augmentant ainsi sa pénétration du marché dans des États clés.

Aujourd'hui, Duke Energy demeure un leader du marché dans le secteur de la production d'énergie. L'entreprise continue d'innover et d'intégrer de nouvelles technologies dans le cadre de sa stratégie visant à offrir une énergie fiable et abordable à ses clients.

Son positionnement et son historique permettraient à Duke Energy d'intégrer les résultats de l'étude de périphérie du réseau pour améliorer ses offres. À ce titre, DUK est considéré comme un atout solide pour tout portefeuille.

Dernières nouvelles sur Duke Energy Corp

L'avenir des réseaux électriques décentralisés

Il reste encore de nombreux obstacles à surmonter pour que le système soit adopté. Les ingénieurs reconnaissent qu’il faut d’abord que les clients et les entreprises acceptent de rejoindre le réseau. Ensuite, ils devront accepter d’intégrer certains matériels pour permettre au système de réinjecter de l’énergie dans le réseau et de suivre leurs efforts. Toutes ces étapes nécessiteront d’éduquer le grand public et de fournir des solutions peu coûteuses et accessibles.

Atteindre la résilience du réseau électrique

Il faut reconnaître que cette équipe de penseurs novateurs a une approche unique. Leur concept a utilisé des dispositifs de périphérie de réseau facilement disponibles pour aider à stabiliser l'ensemble du système. Cette stratégie est logique, ne nécessite pas de coûts énormes ni de changements de réseau et tire parti des réseaux IoT massifs en place aujourd'hui. Ainsi, vous pouvez vous attendre à voir de nouvelles recherches sur les réseaux électriques décentralisés à l'avenir.

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Référence de l'étude :

^{1. VJ Nair, P. Srivastava, V. Venkataramanan, PS Sarker, A. Srivastava, LD Marinovici, J. Zha, C. Irwin, P. Mittal, J. Williams, J. Kumar, HV Poor et AM Annaswamy, Résilience du réseau électrique grâce à des actifs fiables coordonnés par l'IoT, Proc. Natl. Acad. Sci. États-Unis 122 (8) e2413967121, https://doi.org/10.1073/pnas.2413967121 (2025).}