Réseaux de puissance décentralisés – L’avenir de la sécurité énergétique

Beaucoup considèrent les réseaux de puissance décentralisés comme la meilleure option pour améliorer la sécurité énergétique. Ces réseaux améliorent les infrastructures de réseau traditionnelles en utilisant des ressources énergétiques communautaires aux côtés de centrales électriques centralisées. Voici comment une équipe d’ingénieurs du MIT cherche à améliorer les réseaux de puissance décentralisés et à aider à maintenir les foyers énergisés à l’avenir.

Pertes de puissance en augmentation

Les rapports montrent que les pertes de puissance augmentent dans le monde entier pour plusieurs raisons. Un manque d’entretien et de maintenance est responsable d’un système vieillissant et d’une performance réduite dans de nombreux domaines. De plus, les conditions météorologiques extrêmes sont plus probables qu’autrefois, ajoutant du stress à la vieille infrastructure.

Un autre facteur contribuant aux pertes de puissance que beaucoup de gens ne pensent pas est le passage aux énergies renouvelables. Les panneaux solaires sont des exemples de systèmes qui fournissent une énergie à faible coût mais qui ont des moments et des scénarios dans lesquels ils ne peuvent rien produire.

Pendant la nuit ou des périodes prolongées de temps nuageux, les systèmes solaires ne peuvent pas fournir l’énergie nécessaire pour soutenir les communautés. Contrairement aux pannes de courant traditionnelles, les lacunes prévisibles dans la production d’énergie renouvelable (comme les jours nuageux ou la nuit pour le solaire) peuvent être atténuées en coordonnant les appareils de bord de réseau pour ajuster la consommation et la distribution en temps réel..

Statistiques sur les pertes de puissance

Une enquête américaine sur le logement de 2023 a mis en lumière à quel point la crise énergétique est devenue grave. Le rapport a montré qu’au moins un ménage américain sur quatre a connu une panne de courant au cours de la dernière année. Il a également révélé que plus de 70 % de ceux interrogés ont connu une panne de courant pendant plus de 6 heures.

Il est intéressant de noter que les statistiques révèlent que les communautés rurales sont plus susceptibles de connaître des pertes de puissance prolongées. Cependant, il a mis en évidence certaines villes comme Détroit, qui souffrent de pannes de courant anormalement élevées en raison de mauvaises infrastructures et d’autres facteurs.

Préoccupations mondiales

Vous pouvez voir ce problème s’amplifier de manière exponentielle lorsque vous examinez les pannes de courant mondiales. Il y a de nombreux cas de nations entières plongées dans l’obscurité pendant des jours, voire des semaines. Dans un incident, le réseau électrique vieillissant de Cuba a échoué, laissant plus de 10 millions de personnes sans électricité pendant des jours.

Réseaux de puissance locaux en évolution

Lorsque vous pensez à votre réseau de puissance local, vous imaginez probablement une centrale électrique centralisée, des postes de transformation et des lignes de transmission. Cette infrastructure est toujours la plus courante, mais elle a connu certains changements importants en raison de l’évolution de l’électronique domestique.

Source – MIT

Appareils de bord de réseau

Le terme bord de réseau fait référence aux appareils qui se trouvent loin de l’alimentation électrique centrale. Ces appareils ont souvent des capacités avancées, notamment la possibilité de générer de la puissance, de stocker et de régler. Les appareils de bord de 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 de ressources énergétiques distribuées crée de nouvelles opportunités sur le marché. Ces appareils intelligents offrent la possibilité de surveiller, de contrôler, de communiquer et d’effectuer des tâches. C’est cette flexibilité que l’équipe d’ingénieurs du MIT a cherché à utiliser dans leur dernière stratégie pour améliorer la résilience du réseau, protéger contre les attaques cybernétiques et stabiliser le réseau.

Étude sur les réseaux de puissance décentralisés

Une étude récente publiée dans la revue de l’Académie nationale des sciences, intitulée “Résilience du réseau électrique grâce à des actifs coordonnés par IoT“¹, présente un cadre novateur pour exploiter les appareils de bord de réseau pour sécuriser la résilience du réseau contre divers scénarios. Le nouveau système exploite les appareils de bord de réseau coordonnés pour rééquilibrer ou soutenir le réseau.

Appareils IoT

Au cœur de l’étude se trouve l’utilisation d’appareils IoT (Internet des objets). Pour être qualifié d’appareil IoT, l’unité doit avoir un capteur et être en mesure de communiquer des données à Internet. Notamment, il existe des milliards de ces appareils intelligents situés dans le monde entier actuellement. Par conséquent, les chercheurs se sont concentrés sur l’utilisation de ces appareils, car ils devraient constituer la majeure partie des appareils de bord de réseau dans les 5 prochaines années.

La stratégie consisterait à ce que les propriétaires de maisons souscrivent à un marché régional. Cette souscription rendrait leurs appareils IoT éligibles au micro-réseau. Une fois approuvés, les appareils approuvés seraient capables de coordonner la consommation et la distribution d’énergie déterminées par l’algorithme propriétaire développé par les ingénieurs.

EURIEKA (Efficient, Ultra-Résilient, IoT-Coordinated Assets)

L’algorithme EURIEKA est au cœur de l’étude des ingénieurs. L’algorithme scanne le réseau pour les appareils de bord de réseau participants. Il détermine ensuite s’il faut compléter le réseau électrique ou réduire la consommation d’énergie à partir des appareils IoT en fonction de critères prédéfinis. Ce qui rend l’algorithme si efficace, c’est qu’il est basé sur chaque marché d’électricité local.

Opérateur

Les opérateurs de marché locaux jouent un rôle essentiel dans cette approche. Chaque marché a un opérateur chargé de gérer et de communiquer avec les participants au réseau et d’autres opérateurs. Ils sont les nœuds responsables de l’initiation de l’algorithme EURIEKA et de son bon fonctionnement.

Établir la confiance

La première étape de ce processus consiste à établir la confiance. Il existe tellement d’appareils IoT qu’il est crucial pour le système de ne fonctionner qu’avec des unités vérifiées et approuvées pour prévenir les risques de sécurité. L’algorithme peut vérifier et approuver de manière indépendante les appareils IoT de confiance, en déterminant la meilleure combinaison pour atténuer efficacement les défaillances de puissance et stabiliser le système.

Marché d’électricité local

Une partie de cette stratégie crée un marché d’électricité local où les participants IoT peuvent sécuriser des récompenses pour leurs efforts. Le système suit automatiquement les actions de chaque participant et verse des récompenses en fonction de leurs contributions énergétiques. Notamment, les ingénieurs ont conçu diverses façons dont les participants au réseau pourraient recevoir une compensation, allant de paiements directs à des crédits de facture.

Test des réseaux de puissance décentralisés

Les ingénieurs du MIT utilisent divers appareils et algorithmes pour tester leur nouvelle approche. Plus précisément, les ingénieurs ont utilisé un simulateur convivial pour les services publics, une validation en temps réel du matériel dans le circuit et une plate-forme de co-simulation.

Algorithme de réseau de puissance

Les tests comprenaient plusieurs scénarios qui allaient de pertes de puissance mineures à des défaillances catastrophiques. Les scénarios ont pris en compte des défaillances à tous les niveaux du système. Dans certains cas, la perte était d’environ 5 % de défaillance. Dans d’autres cas, le réseau a connu des défaillances catastrophiques allant jusqu’à 40 %.

Scénarios d’attaque du réseau

Les chercheurs ont testé le système contre une attaque cybernétique majeure. Dans ce scénario, l’équipe a imaginé un thermostat intelligent piraté. Les appareils piratés ont ensuite été réglés pour augmenter le stress sur le réseau électrique à des niveaux dangereux. Le stress accru aurait provoqué une défaillance du réseau électrique traditionnel. Cependant, les systèmes de bord de réseau ont prouvé leur résilience.

Catastrophes naturelles

L’équipe a testé son réseau contre des événements météorologiques. Ils ont imaginé une catastrophe naturelle majeure qui a endommagé un grand pourcentage 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 de puissance décentralisés

Les tests de l’algorithme ont prouvé que les réseaux d’appareils de bord de réseau peuvent suppléer la perte d’énergie due à diverses attaques. Le système a réussi à restabiliser le réseau en ajustant la topologie du réseau. De plus, le nouvel algorithme peut déterminer automatiquement quels appareils sont fiables et quels sont leurs capacités.

Avantages des réseaux de puissance décentralisés

Il existe de nombreux avantages que les réseaux de puissance décentralisés apportent sur le marché. Tout d’abord, ils offrent une production d’énergie adaptée qui prend en compte la consommation d’énergie de chaque appareil pour fournir de l’efficacité. Ce système est une alternative plus verte et plus durable au statu quo.

Les appareils IoT sont partout

Un autre avantage est l’utilisation d’appareils IoT. Il existe des milliards de ces unités situées dans le monde entier avec le potentiel d’aider à stabiliser les réseaux de puissance. 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.

Remplir les lacunes dans les énergies renouvelables

Les technologies comme l’énergie éolienne et solaire sont excellentes pour créer de l’énergie propre. Cependant, elles ont des moments où elles ne sont pas capables de produire l’électricité requise pour alimenter les foyers. Dans ces scénarios, les ingénieurs imaginent les appareils de bord de réseau prenant le relais pour assumer la charge supplémentaire.

Rentable

L’un des avantages potentiels de cette stratégie est un marché d’électricité local plus dynamique, où les participants pourraient être indemnisés pour leurs contributions. Même si les chercheurs du MIT proposent ce concept, des incitations financières spécifiques telles que des crédits de facture ou des paiements dépendraient de la mise en œuvre du marché et des cadres réglementaires. Il serait agréable de recevoir un mois d’électricité gratuit parce que le mois précédent, votre réfrigérateur intelligent et votre thermostat ont fait leur part pour aider à maintenir le réseau stable.

Chercheurs sur les réseaux de puissance décentralisés

L’étude sur les réseaux de puissance décentralisés a été menée par une équipe d’ingénieurs du MIT. L’article cite les auteurs principaux comme Vineet Nair et John Williams. La recherche a été co-écrite par Anu Annaswamy. Notamment, elle a reçu un financement de l’Indian Institute of Technology, du National Renewable Energy Laboratory, du Département de l’Énergie des États-Unis et de l’Initiative énergétique du MIT.

Cette étude s’appuie sur les travaux antérieurs du chercheur principal Nair dans le domaine de la théorie de contrôle adaptatif. La théorie de contrôle adaptatif consiste à créer des systèmes qui peuvent détecter et corriger automatiquement les problèmes sans intervention humaine. Ce protocole dernier s’inscrit dans cette recherche et pourrait un jour aider à maintenir les foyers énergisés tout au long de l’année.

Entreprises leaders dans les solutions énergétiques

La course pour fournir les solutions énergétiques les plus résilientes sur le marché a abouti à l’émergence de plusieurs acteurs clés. Ces entreprises ont investi des millions dans la recherche et le développement pour améliorer la production et la distribution d’énergie sur le marché. Voici une entreprise idéalement positionnée pour tirer parti de toute amélioration du réseau de puissance.

Duke Energy Corp

Duke Energy Corp (DUK ) est entré sur le marché en 1904 en tant que centrale hydroélectrique située sur la rivière Catawba. L’entreprise a été fondée par James Buchanan Duke et Benjamin Newton Duke et a son siège social 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 entreprises de production d’électricité aux États-Unis.

La montée en puissance de Duke Energy sur le marché s’est produite au fil de nombreuses décennies, d’acquisitions et de mouvements de marché. En 1997, l’entreprise a fusionné avec PanEnergy Corporation pour élargir ses offres. En 2005, Duke Energy a acquis Cinergy Corporation, augmentant ainsi sa pénétration sur le marché dans des États clés.

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

Sa position et son histoire permettraient à Duke Energy d’intégrer les résultats de l’étude sur les réseaux de puissance décentralisés pour améliorer ses offres. Par conséquent, DUK est considéré comme un ajout solide à tout portefeuille.

Dernières nouvelles sur Duke Energy Corp

Avenir des réseaux de puissance décentralisés

Il existe encore de nombreux obstacles à l’adoption que les ingénieurs reconnaissent devoir surmonter pour réussir. Tout d’abord, le système nécessitera que les clients et les entreprises adhèrent au réseau. À partir de là, ils devront accepter d’intégrer certains matériels pour permettre au système d’injecter de l’énergie dans le réseau et de suivre leurs efforts. Toutes ces étapes nécessiteront l’éducation des masses et la fourniture de solutions à faible coût et accessibles.

Atteindre la résilience du réseau de puissance

Il faut reconnaître à cette équipe de penseurs hors de la boîte leur approche unique. Leur concept a utilisé des appareils de bord de réseau facilement disponibles pour aider à stabiliser l’ensemble du système. Cette stratégie a du sens, ne nécessite pas de coûts ou de changements importants dans le réseau, et utilise les réseaux IoT massifs en place aujourd’hui. Par conséquent, vous pouvez vous attendre à voir des recherches plus approfondies sur les réseaux de puissance décentralisés à l’avenir.

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Référence à l’étude :

^{1. V.J. Nair, P. Srivastava, V. Venkataramanan, P.S. Sarker, A. Srivastava, L.D. Marinovici, J. Zha, C. Irwin, P. Mittal, J. Williams, J. Kumar, H.V. Poor, & A.M. Annaswamy, Resilience of the electric grid through trustable IoT-coordinated assets, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 122 (8) e2413967121, https://doi.org/10.1073/pnas.2413967121 (2025).}