L’Agence internationale pour les énergies renouvelables (IRENA) estime que 90 % de l’électricité mondiale peut, et doit, provenir des énergies renouvelables d’ici à 2050. C’est pourquoi les grandes entreprises technologiques concentrent leurs efforts sur la création de technologies vertes.
Le changement climatique est une urgence mondiale, un problème qui nécessite des solutions coordonnées à tous les niveaux et une coopération internationale pour aider les pays à évoluer vers une économie à faible émission de carbone. Pour faire face à ce problème et à ses effets négatifs, les dirigeants mondiaux réunis à la Conférence des Nations unies sur le changement climatique (COP21) ont réalisé une avancée significative le 12 décembre 2015 avec l’accord historique de Paris.
À ce jour, 193 pays plus l’Union européenne ont signé cette alliance pour un avenir plus vert et fixé leurs objectifs de neutralité carbone.
Cela signifie qu’il faut parvenir à une transformation énergétique et à un développement sans carbone dès que possible, en utilisant davantage de ressources renouvelables, en changeant la façon dont l’énergie est utilisée et en utilisant de nouvelles technologies pour réduire les émissions. La science nous dit que si nous ne réduisons pas la production de combustibles fossiles de 6 % par an d’ici à 2030, la situation empirera.
Dans les cinq prochaines années, le monde incorporera autant d’énergie renouvelable qu’il l’a fait au cours des 20 dernières années.
Selon Renewables 2022, la dernière édition du rapport annuel de l’AIE sur le secteur, la capacité mondiale en matière d’énergies renouvelables devrait augmenter de 2 400 gigawatts (GW) au cours de la période 2022-2027, soit l’équivalent de la capacité énergétique totale de la Chine aujourd’hui.
L’énorme augmentation prévue sur cette période de cinq ans est supérieure de 30 % à la croissance prévue il y a tout juste un an, ce qui souligne la rapidité avec laquelle les gouvernements ont donné plus de poids politique aux énergies renouvelables.
Selon le rapport, les énergies renouvelables représenteront plus de 90 % de la croissance mondiale de l’électricité au cours des cinq prochaines années, dépassant le charbon et devenant la première source d’électricité au monde au début de 2025.
Selon un rapport de Huawei, les 10 principales tendances en matière d’énergie numérique pour un avenir plus vert sont les suivantes :
Intégration PV+ESS.
Alors que de plus en plus d’énergies renouvelables alimentent les réseaux électriques, plusieurs problèmes techniques complexes se posent en termes de stabilité du système, d’équilibrage de la puissance et de qualité de l’énergie. Un nouveau mode de contrôle est donc nécessaire pour accroître la contrôlabilité et la réactivité de la puissance active/réactive et atténuer activement les fluctuations de fréquence et de tension.
Grâce à l’intégration des systèmes photovoltaïques et de stockage de l’énergie, ainsi qu’à la technologie de formation des réseaux, nous pouvons construire des “générateurs PV+ESS intelligents” qui utilisent le contrôle de la source de tension au lieu du contrôle de la source de courant, fournissent un soutien d’inertie important, une stabilisation transitoire de la tension et une capacité de traitement des pannes. La puissance photovoltaïque passera ainsi d’un suivi du réseau à une formation du réseau, ce qui contribuera à l’augmentation de la puissance photovoltaïque.
Haute densité et fiabilité.
La tendance sera à la puissance élevée et à la fiabilité des équipements dans les centrales photovoltaïques. Prenons l’exemple des onduleurs photovoltaïques ; aujourd’hui, la tension continue des onduleurs passe de 1100 V à 1500 V.
Avec l’application de nouveaux matériaux tels que le carbure de silicium (SiC) et le nitrure de gallium (GaN), ainsi que l’intégration des technologies numériques, de l’électronique de puissance et de la gestion thermique, on estime que la densité de puissance des onduleurs augmentera d’environ 50 % au cours des cinq prochaines années, et qu’une fiabilité élevée pourra être maintenue.
Électronique de puissance au niveau du module (MLPE).
Sous l’impulsion des politiques industrielles et des avancées technologiques, l’énergie photovoltaïque distribuée a connu un développement vigoureux au cours des dernières années. Nous sommes confrontés à des défis tels que l’amélioration de l’utilisation des ressources des toits, la garantie d’un rendement énergétique élevé et la sécurité du système PV+ESS. Une gestion plus fine est donc indispensable.
Tendance 4 : stockage modulaire de l’énergie. Par rapport aux solutions ESS centralisées traditionnelles, la solution ESS Smart String adopte une architecture distribuée et une conception modulaire. Elle utilise des technologies innovantes et une gestion numérique intelligente pour optimiser la puissance au niveau du bloc-batterie et contrôler la puissance au niveau du rack. Il en résulte une décharge d’énergie plus importante, un investissement optimal, une facilité d’exploitation et de maintenance, ainsi qu’une sécurité et une fiabilité tout au long du cycle de vie de l’ESS.
Amélioration de la gestion au niveau des cellules.
À l’instar des systèmes photovoltaïques qui évoluent vers la MLPE, les BESS au lithium évolueront vers un niveau de gestion inférieur. Seule une gestion affinée au niveau de la cellule de la batterie peut permettre de mieux répondre aux questions d’efficacité et de sécurité. Actuellement, le système traditionnel de gestion de la batterie (BMS) ne peut que résumer et analyser des données limitées, et il est presque impossible de détecter les défauts et de générer des alertes à un stade précoce.
Le système de gestion de la batterie doit donc être plus sensible, plus intelligent et même plus prédictif. Cela repose sur la collecte, le calcul et le traitement d’une grande quantité de données et de technologies d’intelligence artificielle pour trouver le mode de fonctionnement optimal et faire de la prévention.
Intégration PV+ESS+Grid.
En ce qui concerne la production d’électricité, nous observons de plus en plus de pratiques de construction de bases d’énergie propre PV+ESS qui fournissent de l’électricité aux centres de charge via des lignes de transmission UHV. En ce qui concerne la consommation d’énergie, les centrales électriques virtuelles deviennent de plus en plus populaires dans de nombreux pays.
Les centrales virtuelles combinent des systèmes photovoltaïques distribués massifs, des systèmes de stockage d’énergie et des charges contrôlables, et mettent en œuvre une programmation flexible pour les unités de production d’énergie et les unités de stockage afin d’écrêter les pointes de consommation, etc. Par conséquent, la mise en place d’un système électrique stable intégrant PV+ESS+réseau pour soutenir la fourniture d’énergie PV et l’alimentation du réseau deviendra une mesure clé pour garantir la sécurité énergétique.
Renforcement de la sécurité.
La sécurité est la pierre angulaire du développement de l’industrie PV et ESS. Pour cela, nous devons envisager systématiquement tous les scénarios et tous les liens et intégrer pleinement l’électronique de puissance, l’électrochimie, la gestion thermique et les technologies numériques afin d’améliorer la sécurité des systèmes.
Dans une installation photovoltaïque, les pannes causées par le côté CC représentent plus de 70 % de toutes les pannes. L’onduleur doit donc prendre en charge la déconnexion intelligente des chaînes et la détection automatique des connecteurs.
Dans le scénario du photovoltaïque distribué, la fonction AFCI (protection contre les arcs électriques) deviendra un paramètre standard, et la fonction d’arrêt rapide au niveau du module garantira la sécurité du personnel de maintenance et des pompiers.
Dans le scénario ESS, de multiples technologies, telles que l’électronique de puissance, l’informatique dématérialisée et l’intelligence artificielle, devraient être utilisées pour mettre en œuvre une gestion ESS affinée, depuis les cellules de batterie jusqu’à l’ensemble du système. Le mode de protection traditionnel basé sur la réponse passive et l’isolation physique est remplacé par une protection active automatique, mettant en œuvre une conception de sécurité multidimensionnelle du matériel au logiciel et de la structure à l’algorithme.
Sécurité et fiabilité.
Outre les avantages qu’ils procurent, les systèmes photovoltaïques présentent également plusieurs risques, notamment en ce qui concerne la sécurité des équipements et la sécurité de l’information. Les risques liés à la sécurité des équipements se rapportent principalement aux temps d’arrêt causés par les pannes. Les risques liés à la sécurité de l’information concernent les attaques sur les réseaux externes.
Pour relever ces défis et faire face à ces menaces, les entreprises et les organisations doivent mettre en place un ensemble complet de mécanismes de gestion de la “sécurité et de la fiabilité”, y compris la fiabilité, la disponibilité, la sécurité et la résilience des systèmes et des dispositifs. Nous devons également mettre en place la protection de la sécurité personnelle et environnementale, ainsi que la confidentialité des données.
La numérisation.
Les installations photovoltaïques conventionnelles sont gourmandes en équipement et manquent de canaux d’information et de collecte d’informations. La plupart des équipements ne peuvent pas “communiquer” entre eux, ce qui rend très difficile la mise en œuvre d’une gestion affinée.
Avec l’introduction de technologies numériques avancées telles que la 5G, l’Internet des objets (IoT), l’informatique en nuage, les technologies de détection et le big data, les centrales photovoltaïques peuvent envoyer et recevoir des informations, en utilisant des “bits” (flux d’informations) pour gérer des “watts”. (flux d’énergie). L’ensemble du lien production-transmission-stockage-distribution-consommation est visible, gérable et contrôlable.
Application de l’IA.
Alors que l’industrie de l’énergie entre dans une ère axée sur les données, la meilleure façon de collecter, d’utiliser et de maximiser la valeur des données est devenue une préoccupation majeure dans l’ensemble de l’industrie. Les technologies de l’IA peuvent être largement appliquées aux domaines des énergies renouvelables et jouer un rôle indispensable dans l’ensemble du cycle de vie du PV+ESS, y compris la fabrication, la construction, l’exploitation et la maintenance, l’optimisation et l’exploitation.
La convergence de l’IA et des technologies telles que l’informatique en nuage et le big data s’approfondit et enrichira la chaîne d’outils axée sur le traitement des données, la formation, le déploiement et la surveillance de la sécurité. Dans les énergies renouvelables, l’IA, tout comme l’électronique de puissance et les technologies numériques, sera le moteur d’une transformation profonde de l’industrie.
Ces tendances en matière d’énergie intelligente, qui feront évoluer le monde vers un avenir plus vert, sont une réalité. Selon le World Energy Transitions Outlook de l’Agence internationale pour les énergies renouvelables (IRENA), les technologies éprouvées pour un système énergétique net zéro existent déjà dans une large mesure. Les énergies renouvelables, l’hydrogène vert et les bioénergies modernes domineront le monde de l’énergie à l’avenir afin de limiter la hausse des températures à 1,5 °C et d’enrayer le réchauffement irréversible de la planète.
En 2050, 90 % des solutions de dé-carbonisation proviendront des énergies renouvelables grâce à l’approvisionnement direct en électricité à faible coût, à l’efficacité, à l’électrification de l’utilisation finale basée sur les énergies renouvelables, ainsi qu’à l’hydrogène vert. Les technologies de captage et d’élimination du carbone, associées à la bioénergie, permettront de réduire les émissions de CO₂ sur le “dernier kilomètre” en vue d’un système énergétique net zéro.
