Alors que le réseau ajoute de l’énergie éolienne, les chercheurs doivent repenser la récupération après les pannes d’électricité • Service d’actualités • Iowa State University

Les éoliennes tournent au-dessus des champs agricoles au nord d’Ames. Hugo Villegas Pico, de l’Iowa State, dirige le développement d’une stratégie de contrôle qui restaure les réseaux électriques à dominante éolienne après les pannes. Photo plus grande. Photo de Christopher Gannon.

AMES, Iowa – Lorsque le réseau électrique tombe en panne, il y a un processus de récupération étape par étape – un «démarrage noir» qui dépendait jusqu’à présent de l’énergie des turbines à gaz ou hydrauliques tournant à l’intérieur d’une centrale électrique.

Tout était relativement facile à contrôler. Démarrez les turbines, utilisez-les pour faire tourner des générateurs et regardez les électrons circuler régulièrement et de manière prévisible pour redynamiser un réseau et résister aux courts-circuits et autres défauts.

Et si on parlait d’une centrale éolienne ? Celui qui s’étend à travers la campagne. Un qui n’est pas si stable et prévisible. Celle qui dépend du vent qui souffle. Que se passe-t-il lorsqu’une grille dominée par le vent devient noire ? Comment les ingénieurs obtiennent-ils un parc éolien avec des centaines de générateurs d’électricité individuels travaillant ensemble pour ramener l’électricité aux maisons et aux entreprises ?

C’est l’un des trois grands défis de la science de l’énergie éolienne, selon un titre et un article d’octobre 2019 dans la revue Science. (Paul Veers du National Renewable Energy Laboratory du Colorado en est l’auteur principal.)

Hugo Villegas Pico, professeur adjoint Harpole-Pentair de génie électrique et informatique à l’Iowa State University, a vu ce papier et a pensé qu’il pourrait concevoir des solutions pour le grand défi trois, « l’optimisation et le contrôle de flottes de centrales éoliennes comprenant des centaines de générateurs individuels travaillant en synergie ». au sein du système de réseau électrique plus large.

En 2020, l’Office of Basic Energy Sciences du Département américain de l’énergie lui a accordé, ainsi qu’à son groupe de recherche, une subvention de 729 349 $ sur trois ans pour déterminer comment orchestrer la restauration des réseaux électriques à dominante éolienne après une panne de courant.

Dans un document de recherche accepté pour publication dans IEEE Transactions on Energy Conversion et récemment publié en ligne, Villegas Pico et Vahan Gevorgian, ingénieur en chef au National Renewable Energy Laboratory, décrivent le développement de contrôleurs de formation de grille et d’un sous-système de prévention de décrochage qui permet certaines éoliennes pour démarrer un réseau électrique.

Il s’agit d’une étape cruciale pour renforcer la résilience des parcs éoliens face aux pannes.

« Si les centrales éoliennes ne sont pas en mesure de restaurer un système électrique, l’incorporation des ressources éoliennes dans les réseaux électriques pourrait être limitée par la capacité de démarrage », ont écrit les chercheurs dans leur article.

L’Iowa, avec 11 660 mégawatts de capacité installée (et 437 autres en construction), produit 55 % de son électricité à partir des vents de l’État. Cela fait des centrales éoliennes une réalité actuelle dans tout l’État.

Alors, que faudrait-il pour les utiliser pour redémarrer un réseau après une panne de courant ?

Villegas Pico affirme que le premier défi pour les turbines de «type 4», qui comportent des convertisseurs électroniques entièrement dimensionnés pour transférer toute leur capacité de production au réseau, était de concevoir une stratégie de contrôle de formation de réseau qui permet aux turbines de fonctionner sur le réseau indépendamment de tout gaz ou turbines hydroélectriques, ce qui n’est pas possible actuellement.

« La stratégie de contrôle est un algorithme logiciel », a déclaré Villegas Pico. « Il dirige le fonctionnement des éoliennes afin qu’elles soient capables de restaurer de manière fiable les systèmes électriques. »

Plus précisément, le logiciel aide les turbines à fonctionner ensemble et à résister aux défauts de réseau asymétriques tels que ceux causés par les arbres qui détruisent et court-circuitent une partie du réseau de transport et de distribution.

Le deuxième défi consistait à concevoir un système de protection active qui empêcherait les éoliennes de caler – de s’arrêter – si la demande d’énergie est supérieure au vent disponible pendant la reprise après une panne de courant.

En connectant leurs idées à un modèle informatique, les chercheurs ont montré via des simulations détaillées que leurs nouveaux systèmes de contrôle peuvent redynamiser un réseau électrique à dominante éolienne, traverser des failles asymétriques et survivre à des vents à faible vitesse.

Dans un endroit comme l’Iowa où il y a de plus en plus de parcs éoliens, Villegas Pico a déclaré que l’utilisation de l’énergie éolienne pour restaurer les réseaux électriques pourrait accélérer le processus. Il y a tout simplement beaucoup de turbines avec lesquelles travailler de nos jours.

Villegas Pico a déclaré que l’équipe de recherche applique également ces avancées à d’autres classes d’éoliennes et aux systèmes d’alimentation qui utilisent des batteries pour stocker l’énergie. Le projet développe également des outils d’intelligence artificielle et de prévision météorologique qui aideraient les opérateurs à orchestrer la restauration des réseaux à dominante éolienne.

Villegas Pico a déclaré que les nouvelles avancées pourraient n’être utilisées que dans quelques années dans les centrales éoliennes et bénéficier aux services publics et à leurs clients.

« Nos contributions sont importantes pour satisfaire les normes de restauration, de fiabilité et d’interopérabilité », ont écrit les chercheurs. « Il est également important de ne pas : compromettre les processus de restauration, causer des pertes économiques et mettre des vies en danger, par exemple, si l’électricité est essentielle pour le chauffage par temps froid. »