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Stabiliser les variations de fréquence d’un réseau grâce à une régulation efficace
En règle générale, lorsque la demande en électricité dépasse la production anticipée, les centrales électriques augmentent leur production jusqu’à la limite de leur « spining reserve » ou des générateurs additionnels sont utilisés pour accroître la « spining reserve ». Toutefois, ces méthodes sont souvent très limitées dans le cas d’une production thermique et même hydraulique, car l’efficacité des groupes aux brusques augmentations de la demande diminue lorsque l’on s’éloigne de leur puissance optimale. En revanche, les systèmes d’énergies renouvelables qui utilisent des systèmes de stockage d’énergie (SSE) peuvent réagir beaucoup plus rapidement. Par ailleurs, plus la production à base d’onduleurs augmente et plus l’inertie du réseau diminue, ce qui provoque davantage de variations soudaines de la fréquence. Une réponse rapide et précise aux fluctuations de la demande est cruciale pour maintenir la stabilité de la fréquence. Les variations de fréquence sont une bonne mesure de performance du réseau, car l’équilibre entre l’offre et la demande en électricité conduit à une fréquence stable à l’intérieur d’une plage réduite.
Les hausses quotidiennes de la demande en électricité étant de plus en plus fréquentes, notamment en raison de l’augmentation des phénomènes météorologiques comme les vagues de chaleur et de froid, la prise en compte de ce problème dès la phase de conception prépare les fournisseurs d’énergie à faire face aux éventualités. Si la demande dépasse la capacité de production d’un système, les dispositifs de protection peuvent se déclencher, entraînant des défauts de fiabilité.
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Le « service de délestage des charges importées » (Load Shed Service for imports ou LSSi) est une solution permettant de traiter les variations rapides de la fréquence 1 .Cette approche, actuellement utilisée par l’AESO, s’attaque aux variations rapides de la fréquence en mettant promptement les charges hors ligne afin d’atténuer l’effet des pertes soudaines d’importations d’électricité. Essentiellement, cette stratégie permet à un système de diminuer les effets négatifs des baisses de fréquence lorsque la demande en électricité dépasse la capacité de production en cours, au détriment de la continuité de service.
Une fois les charges délestables hors ligne, la capacité de production du système peut être accélérée de nouveau. Lorsque l’alimentation dispose à nouveau de suffisamment de capacité de spining reserve, les charges peuvent être remises en ligne. Configurer une installation de production d’une telle façon permet de réduire au minimum les variations de fréquence et le risque conséquent de délestage. La limitation au minimum des variations de fréquence est fortement souhaitable dans les réseaux comportant une proportion élevée de production à base d’onduleurs.
Au fil des ans, diverses approches ont été explorées pour améliorer la régulation de la fréquence dans les systèmes nouveaux et existants, chacune ayant des vitesses de réaction et des contraintes opérationnelles différentes.
La méthode la plus courante pour répondre rapidement aux pics de la demande en électricité consiste à utiliser des systèmes de stockage d’énergie (SSE). Ces systèmes peuvent absorber ou fournir de l’énergie au réseau en quelques secondes. Les systèmes de stockage d’énergie se présentent sous différentes formes, notamment les batteries, les systèmes mécaniques et les systèmes thermiques 2.
Une autre méthode concerne les centrales éoliennes, où l’angle d’inclinaison et la vitesse des éoliennes peuvent être ajustés en fonction des changements de fréquence. Ce mode de réglage permet aux éoliennes de fonctionner au point de puissance maximale, fournissant ainsi au besoin l’énergie supplémentaire au réseau 2.
De plus, les véhicules électriques (VÉ) peuvent fournir une réponse de fréquence relativement rapide lorsqu’ils sont en cours de chargement. Les VÉ ont des taux de réponse énergétique élevés, car l’alimentation à la demande est essentielle à leur fonctionnement et à leur sécurité. Cette approche est actuellement étudiée en tant que solution viable pour l’avenir, notamment lorsque les VÉ deviendront plus répandus 2.
La capacité à répondre rapidement aux variations de fréquence s’avère un élément clé de la conception des nouveaux systèmes de production d’énergie. Au moment où la tendance mondiale vers les sources renouvelables se poursuit, l’inertie du réseau diminue en raison de l’utilisation accrue de technologies de production basées sur des onduleurs. Les systèmes de stockage d’énergie par batterie au lithium-ion deviennent de plus en plus populaires, car ils offrent un coût relativement faible par kWh et améliorent la fiabilité du réseau.
Sources:
- Alberta Electric System Operator, « Load Shed Service for imports », Market Participation, 2024, https://www.aeso.ca/market/market-participation/ancillary-services/load-shed-service-for-imports/
- Hassan Alsharif, Mahdi Jalili, Kazi N. Hasan, « Fast frequency response services in low inertia power systems—A review », Energy Reports, volume 9, supplement 10, 2023, pages 228-237, ISSN 2352-4847, https://doi.org/10.1016/j.egyr....(https://www.sciencedirect.com/...)
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