Avec la montée en puissance des énergies renouvelables dans le monde, la technologie de formation des réseaux s'est imposée comme l'outil essentiel permettant au solaire et à l'éolien de devenir des sources d'énergie primaires fiables plutôt que des compléments intermittents.
Le paysage énergétique mondial subit la transformation la plus importante depuis un siècle. La production d'énergie renouvelable dépassant désormais 30% sur de nombreux marchés, les opérateurs de réseaux du monde entier sont confrontés à des défis sans précédent pour maintenir la stabilité dans le cadre de ce changement fondamental. Les systèmes électriques traditionnels reposent sur des générateurs synchrones qui assurent une stabilité inhérente grâce à l'inertie de rotation, une caractéristique absente des parcs solaires et éoliens.
C'est là qu'intervient la technologie de stockage de l'énergie par formation de réseau (GFM), une approche révolutionnaire qui permet aux ressources basées sur les onduleurs d'imiter et même d'améliorer les fonctions de stabilité des centrales électriques conventionnelles. Cette innovation ne représente pas simplement une amélioration progressive, mais une réorganisation fondamentale de la gestion des réseaux électriques à l'ère des énergies renouvelables.
Le défi de la stabilité du réseau à l'ère des énergies renouvelables
Alors que le monde s'achemine à grands pas vers la décarbonisation, les réseaux électriques sont soumis à des facteurs de stress inimaginables jusqu'à présent. Le réseau conventionnel, conçu pour un flux d'énergie unidirectionnel provenant de grandes centrales, doit désormais accueillir des flux multidirectionnels provenant de millions de ressources énergétiques distribuées. Cette transition crée trois défis fondamentaux en matière de stabilité :
L'instabilité de la tension et de la fréquence se produit parce que les ressources solaires et éoliennes n'ont pas la masse rotative des générateurs traditionnels qui amortissent naturellement les perturbations du réseau. Système après système, à mesure que la pénétration des énergies renouvelables augmente, les opérateurs de réseau signalent des excursions de tension et des écarts de fréquence plus fréquents qui menacent de déclencher des défaillances en cascade.
Le phénomène de "réseau faible" est devenu monnaie courante, en particulier dans les régions isolées à fort potentiel d'énergies renouvelables mais à l'infrastructure de réseau limitée. Lorsque le rapport de court-circuit du réseau (SCR) tombe en dessous de seuils critiques (généralement <3), les onduleurs conventionnels ne peuvent pas maintenir un fonctionnement stable, ce qui oblige les centrales renouvelables à réduire leur production ou à se déconnecter complètement.
Le plus préoccupant est peut-être la diminution de l'inertie du système. Les générateurs thermiques et hydrauliques traditionnels offrent une résistance inhérente aux changements de fréquence grâce à leur masse rotative. Au fur et à mesure que ces ressources sont mises hors service, l'inertie du système diminue, ce qui signifie que les changements de fréquence se produisent plus rapidement lorsque l'équilibre entre la production et la charge se modifie. Sans intervention, cette situation crée des risques inacceptables pour la fiabilité.
Comment la technologie de formation des réseaux réimagine la stabilité des réseaux
Les onduleurs de formation de réseau diffèrent fondamentalement des onduleurs conventionnels de suivi de réseau par leur philosophie de fonctionnement. Alors que les onduleurs qui suivent le réseau ont besoin d'une forme d'onde de tension stable pour se synchroniser et injecter de l'énergie, les onduleurs de formation de réseau créent de manière autonome des références de tension et de fréquence stables que d'autres ressources peuvent suivre.
Ce changement de paradigme permet d'assurer quatre fonctions de stabilité essentielles :
1. Stabilisation de la tension et de la fréquence : Les onduleurs GFM ajustent en permanence leur puissance de sortie pour maintenir les conditions nominales du réseau, en fournissant effectivement une inertie virtuelle qui imite le comportement des masses en rotation.
2. Capacité de redémarrage en cas de panne : Contrairement aux énergies renouvelables conventionnelles qui nécessitent une connexion au réseau existant, les systèmes de stockage GFM peuvent redémarrer un réseau effondré à partir de conditions de black-out complet de manière indépendante.
3. Fonctionnement sur réseau faible : Les onduleurs GFM avancés maintiennent la stabilité dans des scénarios de réseau extrêmement faibles (SCR aussi bas que 1,0), ce qui permet le développement des énergies renouvelables dans des zones auparavant considérées comme inadaptées.
4. Amortissement des oscillations : Les algorithmes de contrôle sophistiqués des systèmes de GFM peuvent identifier et supprimer les oscillations émergentes du réseau avant qu'elles ne se transforment en problèmes à l'échelle du système.
*Tableau 1 : Comparaison des technologies de suivi de grille et de formation de grille
| Capacité | Onduleurs à suivi de réseau | Onduleurs à formation de réseau |
| Synchronisation | Requiert la forme d'onde de tension existante | Crée une forme d'onde de tension de manière autonome |
| Faible fonctionnement du réseau | Limité (typiquement SCR>3) | Excellent (SCR inférieur à 1,0) |
| Soutien à la fréquence | Réponse limitée | Emulation de l'inertie active |
| Capacité de démarrage à froid | Non | Oui |
| Traversée des failles | Conformité de base | Amélioré par l'amplification du courant |
| Stabilisation du réseau | Limitée | Régulation active de la tension/fréquence |
Leadership dans l'industrie : Solutions de Huawei pour la formation de réseaux selon un scénario complet
Les pionniers de l'industrie ont reconnu que pour relever le défi de la stabilité du réseau, il fallait des solutions à tous les niveaux de l'écosystème électrique. Huawei Digital Power s'est imposé comme un leader d'opinion avec sa solution de stockage d'énergie intelligente FusionSolar 9.0 à l'échelle du réseau, qui représente l'une des mises en œuvre les plus complètes de la technologie GFM à l'échelle..
Cette solution présente trois avancées majeures par rapport aux systèmes de la génération précédente :
Capacités réelles de formation de grilles dans tous les scénarios
Le système offre six fonctions essentielles de formation du réseau : prise en charge du courant de court-circuit, prise en charge de l'inertie virtuelle, suppression des oscillations sur une large bande, réponse rapide à la fréquence primaire, démarrage à vide au niveau de la minute et commutation transparente entre le réseau et l'absence de réseau.. Cet ensemble complet de capacités garantit la stabilité dans tous les scénarios de production, de transmission, de distribution et de consommation, ce qui représente un progrès considérable par rapport aux approches antérieures fondées sur un seul scénario.
Intelligence numérique de bout en bout
La mise en œuvre de Huawei intègre ce qu'elle appelle la première architecture collaborative "end-edge-cloud" de l'industrie pour les centrales renouvelables (FusionSolar Agent).. Ce système permet une gestion intelligente de l'ensemble du cycle de vie, de la planification à l'exploitation, et apporte des améliorations mesurables en termes de précision de la construction (réduction des erreurs de 40%), d'efficacité opérationnelle (amélioration de l'efficacité de la maintenance de 50%) et de rendement financier (augmentation des recettes de 10%+)..
Architecture de sécurité multicouche
Reconnaissant que la sécurité est à la base de toutes les opérations du réseau, la solution met en œuvre cinq couches de protection couvrant les cellules, les packs de batteries, les clusters, les systèmes de conteneurs et les interfaces du réseau.. Cette approche globale comprend ce qui pourrait être le protocole d'essai le plus rigoureux de l'industrie - y compris des essais de combustion extrême validés par des tiers indépendants où les systèmes ont continué à fonctionner en toute sécurité malgré des emballements thermiques intentionnels dans des composants individuels..
Validation dans le monde réel : Projets de formation de grilles à l'échelle
Les avantages théoriques de la technologie de formation de grilles sont validés par des projets pionniers dans le monde entier, qui démontrent une fiabilité et des avantages financiers tangibles :
Projet de stockage en réseau Tibet Ali 30MW PV + 6MW/24MWh
Dans l'environnement de haute altitude et de froid extrême du Tibet, un système de stockage formant un réseau a permis d'obtenir une production photovoltaïque stable de 12 MW alors qu'auparavant, seule une puissance de 1,5 MW pouvait être intégrée de manière fiable.. Le projet démontre qu'un MWh de stockage en réseau peut libérer environ 1,75 MW de capacité photovoltaïque supplémentaire dans des conditions de réseau faible - une mesure cruciale pour les planificateurs qui évaluent les investissements en matière de stockage..
Philippines MTerra Solar Mega-Project
Cette initiative d'infrastructure massive associe 3,5 GW de photovoltaïque à 4,5 GWh de stockage en réseau, ce qui constitue l'une des plus grandes intégrations de ce type au niveau mondial.. Une fois achevé, il alimentera environ 2,4 millions de foyers tout en réduisant les émissions de carbone de plus de 4,3 millions de tonnes par an. La première phase du projet est déjà achevée à plus de la moitié, ce qui démontre l'évolutivité de la technologie actuelle de formation de réseaux..
Essais et validation à l'échelle mondiale
Au-delà des projets individuels, des régimes d'essai complets ont permis de valider les capacités de formation du réseau dans diverses conditions. Dans un centre d'essais de 20 000 mètres carrés, Huawei a effectué plus de 2 300 tests au niveau du système, notamment pour le passage des basses et hautes tensions, l'adaptabilité des réseaux faibles, la réponse à l'inertie et les capacités de démarrage à froid.. Ces essais ont confirmé un fonctionnement stable dans une gamme sans précédent de forces de réseau (SCR de 40 à 1,0).
*Tableau 2 : Mesures de performance du stockage en grille dans diverses applications*.
| Scénario d'application | Principaux avantages de la formation de grilles | Performance démontrée |
| Faible intégration au réseau | Stabilité accrue à faible SCR | L'intégration photovoltaïque a augmenté de 800% (de 1,5MW à 12MW) dans le projet du Tibet. |
| Régulation de la fréquence | Soutien à l'inertie virtuelle | Temps de réponse <100ms pour les événements de tension/fréquence |
| Capacité de démarrage à froid | Démarrage automatique sans référence de grille | Restauration à l'échelle de la minute contre des heures/jours pour les systèmes conventionnels |
| Suppression des oscillations | Contrôle actif de l'amortissement | Efficace sur une gamme de fréquences de 1 à 1500 Hz |
| Renforcement de la capacité des énergies renouvelables | Contrôle du taux de rampe | Permettre des micro-réseaux renouvelables de 100% avec un îlotage transparent |
Le changement d'architecture : De l'optimisation au niveau du composant à l'optimisation à l'échelle du système
Ce qui distingue les solutions de formation de réseau de la prochaine génération, c'est leur approche holistique de l'architecture du système. Contrairement aux solutions traditionnelles qui optimisent les composants individuels de manière isolée, les systèmes tels que FusionSolar 9.0 de Huawei font appel à une intelligence inter-composants qui synchronise les réponses dans l'ensemble des centrales.
L'architecture au niveau de la chaîne représente une avancée particulière. En appliquant l'optimisation au niveau de chaque chaîne de batterie plutôt qu'au niveau des conteneurs entiers, ces systèmes permettent d'obtenir des améliorations significatives en termes d'efficacité et de fiabilité. Huawei fait état d'une amélioration de la profondeur de décharge de 100% et d'une efficacité de cycle de 91,3% - des paramètres essentiels pour la viabilité économique..
Cette approche architecturale s'avère particulièrement précieuse pour les déploiements de stockage évolutifs. Les systèmes de stockage centralisés traditionnels sont confrontés à des problèmes d'inadéquation des modules qui dégradent les performances au fil du temps. L'approche au niveau des chaînes maintient la cohérence des performances dans des systèmes allant de petites installations commerciales à des projets de plusieurs gigawatts à l'échelle de l'utilité publique.
Pour ceux qui mettent en œuvre des projets de stockage d'énergie, des solutions conteneurisées comme le Conteneur de 40 pieds refroidi à l'air ESS
offrent une flexibilité préétablie, réduisant considérablement le temps de déploiement tout en maintenant les performances dans diverses conditions environnementales.
FAQs : La technologie de formation des grilles démystifiée
Qu'est-ce qui distingue les onduleurs à formation de réseau des onduleurs à suivi de réseau ?
Les onduleurs de formation de réseau établissent de manière autonome des références de tension et de fréquence pour le réseau, tandis que les onduleurs de suivi de réseau ont besoin d'une forme d'onde de réseau stable existante pour se synchroniser avant de fonctionner. Cette différence fondamentale permet aux systèmes de formation de réseau de stabiliser les réseaux plutôt que de dépendre de la stabilité existante.
Le stockage en réseau peut-il remplacer complètement les services traditionnels de stabilité du réseau ?
Dans de nombreuses applications, oui. Les systèmes avancés de formation de réseau fournissent un soutien de la tension, une réponse à la fréquence et une inertie équivalente ou supérieure à celle des générateurs conventionnels. Pour les exigences de stabilité les plus élevées, les systèmes hybrides combinant le stockage de formation du réseau et les ressources traditionnelles peuvent s'avérer être des solutions optimales.
Quel est l'impact de la technologie de formation des réseaux sur l'économie des projets ?
En permettant une plus grande pénétration des énergies renouvelables dans les zones où le réseau est faible, en réduisant les réductions et en donnant accès aux marchés des services auxiliaires, la technologie de formation de réseau améliore de manière significative l'économie des projets. Les données de l'industrie indiquent que les coûts des projets énergétiques peuvent être réduits de 21,7% avec une mise en œuvre correcte de la formation de réseau..
Quels sont les délais de mise en œuvre de la technologie de formation de grilles ?
La capacité de formation de grilles est principalement une fonction définie par logiciel qui peut souvent être déployée sur du matériel déjà en production. Cela signifie des cycles d'adoption rapides par rapport aux innovations centrées sur le matériel. De grands projets mettant en œuvre la technologie de formation de grille sont déjà opérationnels sur les marchés mondiaux.
Comment la formation de réseaux soutient-elle les applications de micro-réseaux ?
La formation de réseau permet aux micro-réseaux 100% renouvelables de fournir des services de stabilité traditionnellement assurés par des générateurs diesel ou le réseau principal. Cela permet aux installations critiques de continuer à fonctionner pendant les pannes du réseau tout en utilisant l'énergie renouvelable 100%.
La voie à suivre : La formation de grilles comme nouvelle norme
Le secteur est parvenu à un consensus sur le fait que la capacité de formation de réseau passera d'une caractéristique supérieure à une exigence standard pour les nouveaux déploiements de stockage d'énergie. Les organismes internationaux de normalisation intègrent déjà les exigences de formation de réseau dans les codes de réseau, et les principaux marchés sont susceptibles d'imposer des capacités de formation de réseau de base d'ici 2 à 3 ans.
L'évolution technologique se poursuit à un rythme soutenu. Les instituts de recherche et les leaders de l'industrie travaillent sur des algorithmes de nouvelle génération qui amélioreront encore les marges de stabilité tout en réduisant les coûts. Les domaines de développement actif comprennent le contrôle prédictif de la stabilité à l'aide de l'intelligence artificielle et la formation coordonnée de réseaux multi-actifs qui optimisent les diverses ressources réparties sur de vastes zones géographiques.
Pour les développeurs de projets et les opérateurs de systèmes, l'implication est claire : pour assurer l'avenir des nouveaux investissements, il faut adopter dès aujourd'hui une infrastructure capable de former un réseau. L'orientation de l'industrie a été succinctement décrite par Ansgar Hinz, PDG de VDE, qui a noté que "dans les réseaux électriques dominés par l'électronique de puissance, la capacité de formation de réseau devient une condition préalable à l'exploitation du système".
Conclusion : Jeter les bases d'un réseau basé sur les énergies renouvelables
Alors que la transition énergétique mondiale s'accélère, le stockage de l'énergie dans les réseaux est peut-être l'innovation la plus importante pour garantir la fiabilité dans un contexte de changement fondamental. La technologie est passée du concept théorique à la solution éprouvée en un temps record, avec des déploiements à une échelle suffisante pour démontrer les avantages tangibles du système.
Pour les acteurs du secteur de l'énergie, la question n'est plus de savoir s'il faut adopter la technologie de formation des réseaux, mais de savoir à quelle vitesse ils peuvent l'intégrer dans leur planification et leurs opérations. Grâce à des leaders du secteur tels que Huawei, qui proposent des solutions complètes allant des applications résidentielles aux applications à grande échelle, les outils de gestion du réseau dominé par les énergies renouvelables sont désormais disponibles dans le commerce et validés sur le terrain.
Chez MateSolar, nous sommes conscients que cette transition technologique nécessite des partenaires qui comprennent à la fois les principes techniques fondamentaux et les défis pratiques de la mise en œuvre. En tant que fournisseur de solutions photovoltaïques et de stockage de l'énergie, nous nous engageons à fournir à nos clients du monde entier ces avancées en matière de formation du réseau, afin de garantir que la transition vers les énergies renouvelables se déroule de manière fiable et efficace.
Le futur réseau sera dominé par les ressources renouvelables, mais sa stabilité sera garantie par des systèmes de stockage intelligents qui forment le réseau et assurent la stabilité fondamentale dont dépend notre économie électrifiée.
MateSolar est un fournisseur de solutions photovoltaïques et de stockage d'énergie qui s'engage à fournir des technologies de pointe qui permettent à nos clients de construire des systèmes énergétiques plus propres et plus résistants. Notre expertise couvre l'ensemble du cycle de vie du projet, du conseil technique initial à l'exploitation et à l'optimisation à long terme.