Développement d’un régulateur commercial pour des microréseaux éloignés à forte pénétration d’énergie renouvelable

Promoteur principal : Hatch Ltd.
Lieu : Mississauga (Ontario)
Contribution de l’Initiative : 2 224 000 $
Total du projet : 3 483 000 $

Contexte du projet

Le Canada compte plus de 300 collectivités éloignées de même qu’un nombre important de compagnies du secteur des métaux et de l’exploitation minière hors réseau. Le coût variable du carburant diesel, les difficultés et les coûts de transport du carburant et le désir d’éviter les coûts environnementaux et sociaux de la production d’électricité au diesel sont autant de raisons qui poussent ces collectivités et compagnies vers la production renouvelable, afin de compenser leurs coûts énergétiques. Toutefois, la nature intermittente et les variations de production des sources d’électricité renouvelables comme l’énergie éolienne et l’énergie solaire, combinées à la faible inertie des petits systèmes de production d’électricité isolés, donnent lieu à des problèmes de qualité et de stabilité de l’électricité qui exigent un contrôle avancé et dynamique de l’équilibre entre la charge et la production. En outre, avec plusieurs actifs de production dans un système, la répartition économique des actifs se complique. Dans les microréseaux éloignés et isolés, un contrôle dynamique robuste et une répartition économique optimale utilisant des prévisions de la charge et de la production de sources renouvelables exigent le déploiement d’un système de contrôle en temps réel résilient. Reconnaissant ce besoin, Hatch a proposé le projet « Développement d’un régulateur commercial pour des microréseaux éloignés » aux fins de financement par l’Initiative écoÉNERGIE sur l’innovation. Le projet s’est vu octroyer 2,224 millions de dollars pour mettre au point un régulateur commercialement viable qui facilite l’intégration de l’énergie renouvelable et du stockage de l’énergie dans les microréseaux éloignés tout en optimisant le rendement et en maintenant la stabilité du système.

Résultats

La photographie montre un ingénieur de Hatch travaillant sur un terminal d’ordinateur branché au régulateur de microréseau Hatch dans un laboratoire de l’Alaska

Mise à l’essai du système de contrôle sur un microréseau isolé à l’échelle du laboratoire en Alaska

Hatch, en s’appuyant sur des recherches menées à l’Université de Waterloo, a conçu et mis au point le microréseau Hatch Microgrid (HμGrid) – un régulateur commercial qui assure la gestion énergétique et le contrôle du débit d’énergie des microréseaux avec production de source renouvelable. Le HμGrid intègre des modules pour : la mesure du système énergétique, l’adaptation dynamique de la livraison d’énergie, le contrôle et la répartition économique optimale, de même que le stockage d’énergie, la limite de la génératrice et la gestion intelligente de la charge et de la production. L’architecture logicielle du régulateur est constituée d’une couche de mesure rapide qui effectue des calculs de vecteur de phase en utilisant une fenêtre d’un demi-cycle, puis d’une couche en temps réel qui met en œuvre les algorithmes de contrôle et effectue des prévisions et des optimisations. La mise à l’essai du régulateur, employant une méthode dite « à matériel incorporé » (Hardware in the Loop – HIL), a été réalisée en collaboration avec l’Université de Toronto. La mise à l’essai HIL comprend une simulation en temps réel de système d’alimentation électrique qui fournit des mesures électriques au régulateur et en accepte les valeurs de réglage.

La photographie montre l’environnement de l’installation de mise à l’essai, avec quatre ingénieurs de Hatch qui travaillent à des terminaux d’ordinateur branchés à un simulateur en temps réel et au matériel de contrôle d’un microréseau

Essai « à matériel incorporé » (Hardware-in-The-Loop) du régulateur au moyen d’un simulateur en temps réel

Dans le cadre d’un projet distinct visant à évaluer l’incidence des volants d’inertie sur la stabilisation de microréseaux renouvelables isolés, une version du HμGrid a été installée à l’Alaska Center for Energy and Power. On a évalué son rendement et sa capacité de contrôler un volant d’inertie à haute vitesse en composite. Le régulateur a pu améliorer la qualité de l’électricité et faire fonctionner le microréseau en mode « sans diesel ». En outre, dans un autre projet de microréseau renouvelable isolé à la mine Raglan de Glencore dans le Nord du Québec, un HμGrid a été installé afin de surveiller la demande d’électricité d’origine éolienne et les variations dans l’approvisionnement, de même que d’assurer la répartition économique de la recharge et de la décharge de divers types d’unités de stockage énergétique, en vue de permettre une plus grande pénétration de l’énergie éolienne et de remplacer la production alimentée au diesel.

Une simulation sur ordinateur de bureau a été effectuée afin d’évaluer la capacité du régulateur d’optimiser le rendement économique de deux microréseaux éloignés interconnectés (au moyen d’une ligne d’interconnexion de 25kV), sans ajout de production d’énergie de sources renouvelables. Grâce à la simulation, on a déterminé que les deux collectivités pourraient réaliser des économies de carburant de jusqu’à 5,3 % tout en réduisant le temps de fonctionnement total des génératrices de 15 % et en réduisant le nombre de démarrages des génératrices de 70 %.

Enfin, une campagne de mesure d’un an a été réalisée en collaboration avec la communauté de la Première Nation du lac Kasabonika (Kasabonika Lake First Nation – KLFN). Plusieurs types d’instruments ont été installés dans la communauté pour mesurer différents aspects de la qualité de l’électricité dans le système d’alimentation en électricité, y compris la centrale au diesel, la ferme solaire, la ferme éolienne et les diverses charges. On a préparé un rapport catégorisant la qualité de l’électricité dans le système de la KLFN.

Avantages pour le Canada :

Le régulateur commercial pour microréseaux éloignés est une technologie habilitante : elle optimise l’utilisation des sources d’énergie renouvelables, minimise la consommation de diesel et garantit l’utilisation la plus efficace d’un système de stockage énergétique et des actifs de production d’électricité. Les collectivités et industries touchées profitent d’émissions réduites, d’une efficacité accrue de la production d’électricité et de coûts énergétiques réduits.

Prochaines étapes

Hatch entend continuer d’améliorer le concept HμGrid et de maintenir les efforts de commercialisation et d’exportation du régulateur pour les microréseaux éloignés. Des projets pilotes seront réalisés dans des collectivités canadiennes choisies.

Pour en savoir davantage