Sur les installations off-grid, l’énergie solaire peut substituer jusqu’à 30 à 40 % de la consommation annuelle en carburant. Pour atteindre de tels taux de pénétration, la centrale photovoltaïque est alors combinée avec des systèmes de stockage et de prévision au moyen d’imageurs du ciel, qui jouent un rôle essentiel dans la gestion de la centrale hybride.
Dans les zones rurales isolées, les communautés ou sites industriels n’ont souvent pas accès au réseau électrique national pour l’alimentation électrique. La production d’électricité est communément basée sur des groupes électrogènes fonctionnant au diesel ou au fioul lourd (HFO), utilisés pour alimenter un micro-réseau. L’utilisation de systèmes hybrides basés sur des énergies renouvelables comme le solaire, l’hydraulique ou encore le biogaz dans un concept d’économie de carburant suscite un intérêt croissant dans l’industrie. Les systèmes hybrides solaire-diesel-(batterie) peuvent permettre de réaliser rapidement des économies substantielles de carburant et donc de réduire considérablement le coût de l’électricité pour les micro-réseaux. Ces systèmes peuvent passer en toute transparence d’une génération d’énergie à l’autre et d’une technologie de stockage à l’autre, garantissant ainsi une alimentation électrique fiable et sûre de la mine. La prévision solaire à très court terme de haute précision, élaborée à l’aide d’imageurs du ciel, joue un rôle essentiel dans la gestion de la réserve tournante, dans la planification du démarrage des groupes électrogènes, et dans la gestion du stockage le cas échéant.
Dans un précédent article sur les enjeux et défis du solaire off-grid, les différentes applications des centrales solaires hybrides en site isolé étaient présentées au travers de projets pionniers impliquant l’utilisation de prévisions de production. Nous partageons ici quelques bonnes pratiques pour la mise en place de tels systèmes de prévision.
Comment définir le besoin en prévision d’un projet solaire hybride ?
La valeur des prévisions est déterminée par les améliorations opérationnelles qu’elles rendent possibles. Les solutions de prévisions sont modulaires, et différentes configurations peuvent être envisagées. Il est donc conseillé de commencer par réfléchir aux leviers d’optimisation de la centrale hybride. Sur cette base, une spécification du service de prévision peut être définie grâce à des échanges entre les différents acteurs du projet, dont le prévisionniste mais aussi le fournisseur du système de contrôle et de gestion de l’énergie (EMS). La métrique utilisée est aussi un élément crucial pour piloter une installation hybride off-grid par rapport à des objectifs initiaux.
Deux attentes principales se retrouvent généralement dans le cas des systèmes de groupes électrogènes PV hors réseau (batterie) incluant une solution de prévision :
- Planification du fonctionnement des groupes thermiques: L’anticipation de la production d’énergie solaire à l’horizon de quelques heures permet une planification efficace de la répartition des groupes, ainsi qu’une optimisation des cycles de charge et de décharge de la batterie. Ce besoin est efficacement satisfait grâce à une combinaison de prévisions par satellite et par modèles météo.
- Détection des nuages à court terme: L’installation de caméras du ciel sur la centrale permet de recueillir des informations locales à hautes résolutions spatiale et temporelle sur l’état du ciel. Grâce à ces imageurs, des alertes à court terme sur les chutes de production solaire dans un horizon de 30 minutes peuvent être données. Ces informations permettent de démarrer un groupe électrogène à temps pour compenser ces rampes, ou à l’inverse d’éteindre des groupes si le ciel est dégagé.
Quelle rentabilité attendre du système de prévision pour un projet off-grid ?
Les prévisions sont un outil permettant d’améliorer les performances globales de la centrale. Par conséquent il est compliqué de généraliser la rentabilité de cet outil, car celle-ci sera sensible non seulement aux conditions climatiques du site, mais également à l’ensemble des composants et à la stratégie de pilotage. La mise en œuvre de simulations lors de la phase de développement du projet est donc importante pour optimiser le dimensionnement, les prévisions et le schéma de contrôle afin de maximiser la rentabilité du projet.
En ce qui concerne les prévisions, il est possible de reconstruire des « backtests de prévision », c’est-à-dire de générer des prévisions sur des données historiques à partir d’images satellites historiques du ciel et de modèles météorologiques. Ces backtests peuvent être utilisés comme données d’entrée pour la simulation du fonctionnement complet de la centrale. Afin de tester les performances d’un imageur du ciel, il est conseillé de mettre en place un test sur le terrain avant la mise en service du projet.
Comment réussir le passage de la théorie à la pratique ?
Afin de garantir le succès de la mise en œuvre opérationnelle du projet, quelques précautions sont à prendre en amont. En ce qui concerne le système de prévision, il convient de valider sa compatibilité avec le système de contrôle et de gestion de l’énergie. Cela implique de tester l’interface, le protocole de communication et la spécification des informations échangées. Il est également important de partager entre les différentes parties prenantes une documentation technique du projet comprenant :
- Une description de l’installation, y compris les caractéristiques techniques utiles pour la modélisation de la production solaire ;
- Une description des données en temps réel disponibles pour l’optimisation des prévisions ;
- Un document de contrôle d’interface (ICD). L’ICD contient une description exhaustive de l’interface du service de prévision avec l’infrastructure informatique du client (types et formats des données échangées, protocole d’échange). Le document sert de base au prévisionniste pour le déploiement des services et au client pour leur utilisation ;
- Une description de la configuration du réseau ;
- Toutes les informations nécessaires pour installer, tester puis exploiter la solution de prévision.
L’achèvement de toutes les étapes précédentes facilitera grandement la mise en œuvre pratique du projet, en limitant les imprévus. Enfin, il est également important de choisir des caméras du ciel robustes et éprouvées sur le terrain, pour limiter les opérations de maintenance. Les projets hors réseau se font généralement dans des conditions environnementales difficiles, et les interventions sur site y sont souvent compliquées.
La société Reuniwatt accompagne ses clients sur la mise en place de backtests en amont projet, sur le déploiement de caméras du ciel (l’entreprise a mis au point deux imageurs distincts) et sur l’accompagnement nécessaire pour identifier les types de prévisions les plus adaptées en fonction des spécificités de chaque projet.
Article initialement publié par pv magazine le 17 novembre 2020.
A propos de Reuniwatt (www.reuniwatt.com)
Reuniwatt est un acteur majeur de l’observation des nuages et de la prévision de l’ennuagement, au service des ENR, de la Recherche et du Spatial. Grâce à de solides travaux de Recherche et Développement, l’entreprise tire le meilleur parti de deux approches de la météo : physique de l’atmosphère et data science. Reuniwatt développe des solutions à la pointe pour améliorer la prédictibilité court-terme de la production solaire. Reuniwatt est lauréat de nombreux programmes, dont H2020 SME Phase 1, ce qui en fait un champion européen de l’innovation. L’entreprise possède des bureaux à La Réunion, Toulouse et Paris.