Prévision, Surveillance et IA : L'intelligence en essaim au service de la transition énergétique à EM-Power Europe

La transition énergétique va au-delà de la simple modification des technologies de production d'énergie. Elle exige également une modernisation des réseaux électriques. De nos jours, au lieu d'une douzaine de grandes centrales électriques, notre réseau électrique est alimenté par un vaste essaim de centrales électriques : en Allemagne, un nombre considérable de parcs éoliens, atteignant plusieurs milliers, ainsi que plus de 2,6 millions de systèmes photovoltaïques, ont été installés. De plus, cette tendance est en constante augmentation. Notre production d'électricité devient donc tributaire des conditions météorologiques : par des journées sans vent ou nuageuses, il peut y avoir un déséquilibre entre l'offre et la demande d'énergie, ce qui entraîne des contraintes sur le système ou, dans les cas les plus graves, des interruptions de fourniture d'électricité. Pour maintenir la fréquence du réseau à un niveau stable de 50,2 hertz, les opérateurs du réseau ont besoin de prévisions de rendement. L'intelligence artificielle (IA) joue un rôle essentiel dans le traitement de ces informations extrêmement complexes et dans leur intégration au sein du système énergétique.

Avec le nombre croissant de millions d'installations solaires, de boîtes murales, de pompes à chaleur, de systèmes de stockage domestique et de batteries de voiture qui pourraient potentiellement réinjecter de l'électricité dans le réseau, la complexité du réseau électrique actuel est telle que les services publics et les opérateurs de réseau se retrouveraient dans l'incapacité de gérer efficacement ces systèmes sans la numérisation de leurs systèmes. Plus les services publics et les opérateurs de réseau sont informés sur le moment, l'emplacement et la quantité d'électricité produite, injectée dans le réseau et demandée par les consommateurs, plus ils peuvent ajuster précisément leur offre pour répondre à la demande. Cela se traduit également par une plus grande rentabilité de l'électricité, car compenser les pénuries engendre des coûts considérables. Lorsque la production d'énergie ne parvient pas à couvrir la demande au sein d'un groupe d'équilibrage, les gestionnaires de réseau se voient contraints de supporter les coûts liés à l'équilibrage. Ainsi, la précision accrue des prévisions météorologiques et de rendement des centrales éoliennes et solaires contribue directement à la prospérité des entreprises. Les particuliers qui souhaitent maximiser leur autoconsommation en utilisant des batteries ou des dispositifs consommateurs contrôlables tels que les voitures électriques ou les pompes à chaleur ont également besoin de prévisions précises pour planifier leur utilisation d'électricité de manière optimale. Il en va de même pour la gestion énergétique des bâtiments.

Prévisions météorologiques pour l'industrie de l'énergie

EM-Power Europe, le salon international de la gestion de l'énergie et des solutions énergétiques intégrées, offre une plateforme aux entreprises du monde entier pour présenter leurs concepts de numérisation, ainsi que des technologies et des services innovants destinés à l'optimisation du réseau énergétique de demain. Selon Jan Remund, responsable du département Énergie et climat chez Meteotest AG, un fournisseur suisse de prévisions météorologiques, « l'apprentissage automatique et l'intelligence artificielle jouent un rôle crucial dans les prévisions d'irradiation ». Cette entreprise a développé une capacité à prévoir les mouvements des nuages grâce à la combinaison des modèles physiques traditionnels et des algorithmes d'auto-apprentissage alimentés par des images satellites. Il ajoute que « La précision pour les prochaines heures est assez élevée. Cependant, à mesure que la période prévisionnelle s'étend, la précision diminue. » Son entreprise collecte des données sur l'irradiation et la température, puis les utilise pour effectuer des analyses, établir des profils et réaliser des prévisions. Ces informations peuvent ensuite être intégrées dans des logiciels de surveillance ou de contrôle des systèmes photovoltaïques. Les entreprises peuvent, soit utiliser les prévisions météorologiques comme base de calcul de l'irradiation solaire en s'appuyant sur un logiciel spécialisé, soit acheter ces calculs. Les gestionnaires de réseau se basent sur les prévisions d'irradiation pour équilibrer l'approvisionnement et la distribution d'électricité en fonction des prévisions de production et de demande.

Meteocontrol, une entreprise basée dans le sud de l'Allemagne, se spécialise dans le suivi et les prévisions. Ils calculent les rendements en se basant sur les données fournies par divers fournisseurs de prévisions météorologiques. Cette entreprise étudie également la façon dont les aérosols, tels que les cendres ou le sable, affectent la formation des nuages. « Les 3 et 4 mars 2021, notre projet de recherche « PermaStrom » a démontré l'importance cruciale de cette question », déclare Stijn Stevens, directeur général de Meteocontrol. « Il y avait une grande quantité de poussière saharienne en Europe pendant ces deux jours. Mais grâce à des prévisions optimisées, une économie d'environ trois millions d'euros a été réalisée en termes de coûts d'équilibrage énergétique, uniquement en Allemagne.

L'intégration d'applications intelligentes et de l'IA dans le réseau électrique crée un essaim numérique intelligent. En combinant les prévisions de production et de consommation d'électricité avec la capacité des centrales électriques conventionnelles, les gestionnaires de réseau peuvent anticiper les moments et les endroits où les réseaux et les transformateurs atteindront leur capacité maximale. Cela leur permet de prendre les précautions nécessaires.

Les prosommateurs : des acteurs clés sous-estimés

Les prosommateurs joueront un rôle essentiel dans les systèmes énergétiques de demain : À titre d'exemple, les particuliers et les ménages ont la possibilité d'injecter l'excédent d'électricité provenant de leurs voitures électriques dans le réseau électrique, ce qui constitue une contribution significative à la stabilité de ce réseau. La société Hive Power propose déjà un logiciel appelé « Vehicle-to-Grid », lequel permet le retour intermittent de l'électricité depuis les batteries des voitures vers le réseau électrique. À ce niveau, l'intelligence artificielle joue également un rôle très important : Le logiciel acquiert une connaissance précise des périodes d'utilisation et de non-utilisation des véhicules, ce qui lui permet d'injecter de l'électricité dans le réseau en cas de surplus de capacité. Cette méthode pourrait ainsi permettre aux prosommateurs de gagner jusqu'à 1 000 euros par an.

La technologie intelligente pour les bâtiments

Les prévisions météorologiques et de rendement sont également cruciales pour la gestion énergétique des bâtiments. Lorsque le soleil brille, les pompes à chaleur ont la capacité de charger le dispositif de stockage de chauffage, puis de libérer cette énergie dans le circuit de chauffage le soir. Lorsqu'un logiciel approprié est utilisé, les pompes à chaleur peuvent intégrer les prévisions de rendement fournies par le système de gestion de l'énergie à leurs programmes d'exploitation. Cela empêche les pompes à chaleur d'utiliser l'électricité fournie par le réseau pour chauffer le stockage d'énergie thermique lorsqu'une quantité suffisante d'énergie solaire est attendue dans l'heure qui suit. Une autre possibilité consiste à programmer le chargement des véhicules électriques de manière à maximiser la part de l'énergie solaire. Les systèmes Solar-Log sont basés sur le même principe. Ils facilitent une autoconsommation optimale de l'électricité dans les immeubles de bureaux et les installations industrielles en utilisant des dispositifs de stockage par batterie et en exploitant des charges flexibles telles que les pompes à chaleur ou les stations de recharge.

En plus des entreprises mentionnées plus haut, de nombreux autres exposants participeront à EM-Power Europe, salon qui se déroulera à Munich du 14 au 16 juin. Ces exposants auront ainsi l'occasion de présenter leurs solutions dans les domaines des prévisions météorologiques et de rendement, de la connexion au réseau ainsi que des logiciels de surveillance et d'analyse. Les visiteurs pourront en apprendre davantage sur les possibilités offertes par les systèmes de prévision et de surveillance lors de la session du Forum EM-Power.« Prévisions et surveillance : Toujours une longueur d'avance » (« Forecasting & Monitoring: Immer einen Schritt voraus sein »).

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