Comment expliquer l’essor des microréseaux?

Pendant plus d’un siècle, les pays développés ont privilégié le développement de grands réseaux pour assurer leur alimentation en électricité. Ils ont installé des milliers de kilomètres de lignes électriques pour relier les centrales aux habitations et aux entreprises. Aujourd’hui, si on mettait bout à bout les lignes électriques à haut voltage qui sillonnent les États-Unis, on pourrait faire six fois le tour de la terre. Certains affirment même que le réseau électrique américain est la plus grosse machine du monde.

L’expansion des réseaux électriques a été efficace. À l’heure actuelle, 84 % de la population mondiale est reliée à un réseau. Les grands réseaux ont toutefois leurs limites, la principale étant que leur défaillance peut avoir un effet domino. Un dommage sur une partie du réseau pourrait provoquer une panne pouvant s’étendre sur des kilomètres et priver d’électricité des millions d’abonnés. Il suffit, en effet, qu’un écureuil ronge un fil ou qu’un arbre s’abatte sur une pièce d’équipement pendant une tempête. On a pu constater la vulnérabilité du réseau électrique de multiples fois au cours des dernières années. Il y a eu notamment une panne majeure dans le nord-est des États-Unis en 2003, une autre en Inde en 2012 et d’autres pannes majeures provoquées par la tempête Sandy et l’ouragan Maria.

Pour éviter les réactions en chaîne, les planificateurs des systèmes électriques ont commencé à segmenter leurs réseaux afin d’en isoler de petites parties capables de produire de l’électricité de manière indépendante en cas de panne du réseau central. C’est ainsi que sont nés les microréseaux.

L’avènement des microréseaux, combiné à d’autres facteurs importants tels que le coût de l’expansion des réseaux électriques et les exigences des consommateurs, a induit un changement dans les mentalités. Il est ainsi devenu évident qu’il n’était plus indispensable de compter sur le service public ou sur l’État pour disposer d’électricité. Il est maintenant possible de gérer la production et la distribution d’électricité à l’échelle régionale, et les collectivités peuvent même posséder et exploiter leur propre réseau au profit de leurs utilisateurs. On obtient ainsi une forme de production décentralisée qui assure la gestion efficace de l’énergie, l’accès continu, la redondance et l’alimentation de secours en cas de panne.

Version miniature d’un grand réseau, un microréseau est composé de ressources énergétiques, de câbles de distribution et de bâtiments situés dans un territoire déterminé. Bien qu’il n’y ait pas de taille maximale, les microréseaux sont généralement peu étendus, se limitant à un parc d’affaires, un campus universitaire, un centre de soins de santé, une mine, un établissement militaire, un quartier ou aux services essentiels d’une municipalité (incendie, police, aqueduc). 

Les microréseaux peuvent utiliser tous les modes de production d’électricité, mais les projets les plus récents privilégient généralement l’énergie propre, comme la production d’énergie solaire ou le stockage d’énergie. Ces technologies sont intéressantes parce que leur coût est en baisse et qu’elles aident les entreprises, les institutions et les États à atteindre les cibles qu’ils se sont fixées en matière de réduction d’émissions de carbone et de développement durable. 

Leurs avantages ne se limitent toutefois pas à la production d’énergie propre. Les microréseaux se distinguent par leur technologie intelligente qui procure au système électrique des fonctionnalités dont ne peuvent pas bénéficier les projets énergétiques plus simples. Cette valeur ajoutée est non négligeable.

Premièrement, les microréseaux peuvent fonctionner en îlots, c’est-à-dire indépendamment du réseau central. Ils utilisent un contrôleur de microréseau, un logiciel qui désactive le point de couplage du microréseau au réseau principal lorsqu’il détecte une défaillance du réseau. On évite ainsi que la panne ne se propage au microréseau et à ses abonnés. Une fois le microréseau isolé du réseau central, ses génératrices s’activent pour desservir les clients locaux.

« Il n’y a pas de définition universelle du terme microréseau, précise David Healey, directeur pour le secteur Smart Energy. Dans certaines régions, en Afrique par exemple, on les appelle mini-réseaux. Quel que soit le nom qu’on leur donne, ils sont tous dotés de contrôleurs de microréseau et peuvent tous fonctionner en îlot. »

Le contrôleur de microréseau a aussi d’autres utilités. Fonctionnant en mode multitâche, il utilise de manière optimale les ressources énergétiques pour atteindre les objectifs fixés par l’exploitant. On peut programmer le microréseau en fonction d’un but visé, comme réduire le plus possible le coût de l’énergie, optimiser l’efficacité, maximiser l’utilisation d’énergie renouvelable, réduire les émissions au maximum ou améliorer la qualité de l’électricité. 

Quand le microréseau est branché au réseau central, il peut :

• étudier en continu les prix de l’énergie sur le marché afin de déterminer s’il est plus avantageux d’acheter l’électricité du réseau central ou d’utiliser ses propres génératrices; 
• générer des revenus en offrant au réseau central des services tels que la régularisation des fréquences ou la gestion de la demande de puissance;
• analyser les prévisions météorologiques afin d’estimer la production de ses panneaux solaires au cours de la journée et, à la vue de ces données, planifier la décharge des batteries ou la mise en fonction d’autres génératrices;
• analyser le système et planifier son exploitation et sa maintenance à long terme;
• fournir des services d’alimentation permanente aux établissements critiques tels que les hôpitaux, les centres de données ou les stations d’épuration. 

Les microréseaux permettent également d’intégrer les technologies intelligentes, comme les compteurs intelligents qui augmentent l’efficacité du système. Les technologies intelligentes améliorent aussi la capacité des microréseaux de participer à la gestion de la demande, de stocker l’énergie de manière stratégique et de fournir des services en réseau.

« Une autre tendance est à surveiller, selon Tim Strange qui oeuvre dans le secteur Energies renouvelables pour WSP aux États-Unis: l’utilisation de plus en plus répandue des microréseaux pour le partage d’énergie dans le cadre de nouvelles stratégies fondées sur les chaînes de blocs. Cette méthode en est encore au stade embryonnaire, mais elle fait l’objet de projets pilotes à Brooklyn, à New York et sur certains campus universitaires au Royaume-Uni. Les microréseaux utilisant la technologie des chaînes de blocs permettront aux ménages et aux entreprises de commercer de l’énergie directement sans passer par un service public ou une autre autorité centrale. »

En raison de ses capacités, certains comparent le microréseau à un chef d’orchestre. Le projet lancé à Livermore, en Californie, en est un bon exemple. Conçu par WSP, le microréseau de Las Positas College gère la production d’énergie solaire en utilisant deux modes de stockage : un système à batteries qui emmagasine l’énergie électrique et un système à glace qui emmagasine l’énergie thermique. 

Lorsque les panneaux solaires produisent suffisamment d’énergie durant la journée, l’université l’utilise pour faire fonctionner les refroidisseurs mécaniques qui servent à climatiser les bâtiments et pour recharger les batteries. Au coucher du soleil, la glace emmagasinée sert à refroidir les bâtiments et les batteries permettent de suppléer la production d’énergie aux heures de pointe. La nuit, quand le campus est fermé, les refroidisseurs mécaniques rechargent le système de stockage à glace. L’utilisation combinée de la capacité de refroidissement et de la décharge des batteries pour réduire la demande en période de pointe est avantageuse pour le service public local.

Le système a aussi été conçu pour alimenter les installations critiques du campus en cas de panne majeure du réseau. Ainsi, on a isolé les panneaux solaires, les batteries et le centre d’exploitation du réseau local de manière à utiliser l’énergie solaire, non polluante, au lieu de génératrices au diesel pour maintenir l’alimentation du campus. 

Le microréseau utilise des batteries au vanadium plutôt que les batteries courantes au lithium-ion. On estime que ces batteries ont une durée de vie plus longue et qu’elles sont moins susceptibles de s’enflammer. Par contre, elles sont plus volumineuses et nécessitent davantage d’entretien.

Le microréseau de Las Positas College communique avec le réseau du service public pour déterminer s’il est plus rentable de transmettre son énergie ou de l’emmagasiner. Il aide ainsi le réseau local à réduire les écarts de puissance et à répondre à la demande en période de pointe.

« Ces avantages se traduisent par des économies, explique Bruce Rich, gestionnaire de construction pour WSP.  Le projet est actuellement en période d’essai, mais quand le microréseau sera complètement fonctionnel, nous prévoyons réaliser des économies annuelles de 100 000 $ US. » 

La California Energy Commission a accordé une subvention de 1,5 million de dollars américains au projet pour qu’il devienne la vitrine de cette technologie et qu’il serve de modèle aux établissements qui envisagent de se doter d’un microréseau. 

Les microréseaux étant avantageux non seulement pour leurs utilisateurs, mais aussi pour le réseau central, les services publics et les États s’y intéressent de plus en plus.

Par exemple au Canada, Hydro-Québec a entrepris la conception d’un microréseau à Lac-Mégantic (Québec) pour mettre à l’essai les nouvelles technologies de l’énergie qu’elle prévoit ensuite implanter ailleurs. Développé avec l’aide de WSP, le projet inclura 30 immeubles résidentiels et commerciaux, jusqu’à 3 000 panneaux solaires photovoltaïques ayant une puissance installée totale de 300 kW, une capacité de stockage de 300 kWh et des bornes de recharge pour véhicules électriques.

Même si les microréseaux peuvent soutenir les services publics et les réseaux centraux, il est important de souligner qu’ils ne sont pas tous reliés à un réseau. En fait, certains d’entre eux sont justement mis en place en raison de l’absence de réseau central. Ces réseaux autonomes sont généralement installés sur des îles ou dans des régions rurales, surtout en Afrique, en Inde, dans des zones non développées d’Asie ou encore dans certaines communautés éloignées du nord du Canada. On voit les microréseaux comme un outil essentiel pour lutter contre la pauvreté énergétique et amener l’électricité aux 16 % de la population mondiale – plus d’un milliard de personnes – qui n’y a toujours pas accès.

Par ailleurs, l’implantation de microréseaux dans certaines îles permet de remplacer des génératrices inefficaces utilisant des combustibles fossiles, comme le diesel ou le mazout lourd, par des équipements utilisant des énergies renouvelables et, de préférence, un système de stockage. Ainsi, ces îles font non seulement un choix écologique, mais elles évitent aussi les frais élevés liés au transport du pétrole et à la volatilité du prix du mazout et du diesel.

Sur l’île de Robben Island, à 6,5 km du Cap en Afrique du Sud, un projet de WSP a permis de démontrer l’utilité d’un microréseau pour les habitants qui n’ont pas accès à un réseau central. Cette île, où Nelson Mandela a été détenu pendant 18 ans, fait partie du patrimoine national de l’Afrique du Sud.

Avant l’installation d’un microréseau d’énergie solaire en 2017, l’électricité de l’île provenait de génératrices au diesel. WSP s’est joint au projet quand le ministère du Tourisme de l’Afrique du Sud a engagé l’entreprise à titre d’expert-conseil dans le cadre de la conception de systèmes d’énergie renouvelable pour les sites touristiques de l’État. Maintenant dotée de génératrices propres, d’un système de stockage d’énergie et d’un contrôleur de microréseau, l’île a été en mesure de réduire considérablement sa consommation en diesel et de diminuer le coût de son électricité de 52 %.

Quel est l’avenir des microréseaux?

Étant donné leurs multiples avantages, il n’est pas étonnant que les analystes prévoient une expansion rapide de la technologie des microréseaux. La société Navigant Research évaluait le marché des microréseaux à 4,3 milliards de dollars américains en 2013 et prévoit maintenant que ce marché vaudra à tout le moins 19,9 milliards d’ici 2020, voire 36,2 milliards selon des hypothèses plus audacieuses. Quant à GlobalData, la société estime que la valeur du marché sera de 23 milliards de dollars en 2021.

Cette croissance est due au fait que les microréseaux sont la nouvelle tendance en électrification. Ils permettent d’atteindre les zones éloignées là où les grands réseaux ne peuvent pas se rendre et d’offrir un service plus fiable, plus propre et moins cher que dans les régions déjà desservies par les réseaux centraux.