L’intégration d’une part croissante d’énergies renouvelables dans le réseau électrique représente un défi, car les sources d’énergies renouvelables sont intermittentes par nature : les éoliennes et les panneaux solaires ne produisent de l’énergie que lorsque le vent souffle et que le soleil brille. Pour remédier à ce problème, le consortium ACA-MODES a développé et testé des systèmes de gestion intelligents à l’échelle régionale. Adrian Bürger et Parantapa Sawant étaient directeurs techniques du projet, respectivement à la Hochschule Karlsruhe et à la Hochschule Offenburg. Ils ont terminé leurs thèses pendant le projet et ont ensuite poursuivi en tant que chercheurs post-doctorants.
Adapter le réseau électrique afin d’intégrer une part croissante d’énergies renouvelables est un enjeu crucial
Le « Green Deal » européen ambitionne d’atteindre la neutralité carbone d’ici 2050. Afin de décarboner son système énergétique, l’Union Européenne soutient le développement d’un réseau électrique basé en grande partie sur les énergies renouvelables. Mais cela soulève de nouveaux défis. Premièrement, il s’agit d’intégrer une production qui est à la fois inégalement répartie sur le territoire et intermittente par nature. Les parcs éoliens et solaires sont en effet concentrés dans des zones où les conditions naturelles sont favorables, et leur production varie selon les saisons, voire au cours d’une même journée. Aujourd’hui, pour répondre à la demande d’électricité, les gestionnaires de réseau veillent à ce que les centrales produisent la quantité adéquate d’électricité au bon moment. Les capacités de stockage étant limitées, l’équilibre entre l’offre et la demande doit être maintenu en permanence pour éviter toute rupture du système. Pour que le réseau devienne en mesure de gérer la variabilité de l’offre due aux énergies renouvelables, différents leviers de flexibilité sont envisagés : mieux interconnecter les systèmes énergétiques, augmenter la capacité de stockage ou mettre en place des systèmes de gestion intelligents. Un deuxième défi se présente avec l’accroissement des énergies renouvelables : celui du changement d’échelle. Les bâtiments de type « prosommateur », qui non seulement consomment de l’énergie, mais en produisent également à partir de sources renouvelables, se développent de plus en plus. Les réseaux locaux joueront donc un rôle important dans le réseau énergétique du futur, ce qui ouvre la voie à un système électrique de plus en plus décentralisé.
Le consortium ACA-MODES a conçu des systèmes de gestion intelligents et les a testés dans dans un espace transfrontalier réunissant trois pays
Le projet ACA-MODES avait pour ambition d’améliorer la flexibilité du réseau en concevant des algorithmes de contrôle avancés pour les systèmes énergétiques. « En raison de la nature fluctuante des sources d’énergie renouvelables, le contrôle prédictif d’un grand nombre de prosommateurs décentralisés est nécessaire pour gérer l’énergie de manière intelligente. Nous avons travaillé sur la coordination de ces systèmes », explique Adrian Bürger. Le consortium a développé des algorithmes, puis les a testés en situation réelle. Ces algorithmes ont été conçus pour prévoir l’offre et la demande, ainsi que pour coordonner et stabiliser le réseau. « Bien sûr, il s’agissait d’un projet très technique portant sur les systèmes énergétiques des bâtiments, mais les solutions que nous avons trouvées contribueront à la résolution de problèmes environnementaux, en permettant de réduire l’usage des combustibles fossiles », ajoute Parantapa Sawant.
Les algorithmes développés par le consortium ont été testés dans le cadre de cinq laboratoires énergétiques coordonnés, répartis dans la région du Rhin supérieur. Cet espace transfrontalier, avec ses fournisseurs d’énergie et ses coopératives, est un terrain intéressant pour développer et tester des systèmes énergétiques hybrides compatibles avec le réseau. Chaque laboratoire était composé d’un dispositif d’énergie renouvelable, de systèmes de stockage et de divers composants de chauffage, de ventilation et de climatisation (par exemple des pompes à chaleur, des panneaux photovoltaïques ou des capteurs solaires thermiques). « Dans ces cinq laboratoires, nous avons couvert toutes les technologies énergétiques typiques des bâtiments », explique Parantapa Sawant. « Le fait d’avoir cinq laboratoires fonctionnant en parallèle était un challenge », ajoute Adrian Bürger. « Lorsque nous avons testé les algorithmes, une défaillance technique pouvait survenir dans un laboratoire, ce qui était regrettable pour les autres laboratoires, mais cela dépeint la réalité, car les défaillances peuvent survenir à tout moment. Cela donne donc un bon aperçu de l’applicabilité dans le monde réel ».
De nouveaux projets en cours au service de l’efficacité énergétique
Adrian Bürger et Parantapa Sawant continuent tous deux à travailler dans le domaine de l’informatique énergétique. Adrian Bürger a cofondé PATH TO ZERO, une société de développement de logiciels dans le domaine de l’énergie. Elle fournit des solutions d’optimisation qui aident les entreprises à prendre les bonnes décisions en matière de décarbonation. Parantapa Sawant est maintenant ingénieur en recherche et développement dans le groupe de technologie de la Fachhochschule Nordwestschweiz. Son prochain projet portera sur des systèmes plus petits, tels que des installations de pompes à chaleur individuelles ou des unités de cogénération capables de produire, stocker et consommer de l’énergie de manière intelligente.
Le projet ACA-MODES (pour “Advanced Control Algorithm for the Management of Decentralised Energy Systems », soit “Gestion sectorielle et économique de prosommateurs décentralisés à l’aide d’algorithmes de contrôle avancés”), initié en septembre 2019, a pris fin en août 2022. Cofinancé par l’Union européenne dans le cadre du programme Interreg V Rhin Supérieur et par les partenaires régionaux français et allemands de l’initiative “Offensive Sciences”, il a réuni six partenaires académiques : la Hochschule Offenburg, l’INSA Strasbourg, l’Université de Fribourg-en-Brisgau, la Hochschule Karlsruhe, la Hochschule Koblenz et la Fachhochschule Nordwestschweiz.
Le dispositif Offensive Sciences: fort de son succès, le dispositif est amené à être reconduit pour la période 2021-2027, pour laquelle deux appels à projets sont prévus. Capitalisant sur le dynamisme de la coopération scientifique transfrontalière, les partenaires co-financeurs de l’Offensive Sciences souhaitent désormais soutenir le transfert et la valorisation des résultats de la recherche publique et renforcer l’influence positive des travaux scientifiques sur les entreprises et la société, au service du développement économique, social et environnemental de la Région Métropolitaine Trinationale du Rhin supérieur. Le quatrième appel à projet de l’Offensive Sciences est désormais lancé depuis le janvier 2023 (clotûre le 24 mars) et met l’accent sur le transfert de connaissances et de technologie tout en contribuant à la réalisation des objectifs de la Région Métropolitaine Trinationale du Rhin supérieur (RMT). Toutes les informations sur le dispositif sont disponibles sur le site internet du Pilier Sciences.