Les systèmes énergétiques modernes sont soumis à une pression sans précédent due au vieillissement des infrastructures, à la hausse de la demande et à l'accélération des impacts du changement climatique. À mesure que les phénomènes météorologiques extrêmes deviennent plus fréquents et plus graves, les collectivités cherchent des moyens de maintenir les lumières lorsque le réseau s'éteint. L'une des solutions les plus prometteuses ne réside pas dans l'expansion des centrales électriques, mais dans les bâtiments où les gens vivent et travaillent.

Définition de bâtiments intelligents prêts à fonctionner sur réseau

Contrairement aux bâtiments classiques qui consomment de l'énergie passivement, ces bâtiments peuvent sentir les conditions du réseau, ajuster leur propre consommation et même contribuer à la production d'énergie du système. Les composants principaux comprennent généralement des compteurs intelligents, des sous-mètres, des capteurs, des thermostats programmables, des systèmes de gestion de l'énergie (SGE), des commandes automatisées pour le chauffage, la ventilation, la climatisation (CVAC) et l'éclairage.

La caractéristique déterminante d'un bâtiment intelligent prêt à utiliser le réseau est sa capacité à échanger des données en temps réel avec l'opérateur de réseau ou d'utilité.Cette communication bidirectionnelle permet à l'immeuble de participer à des stratégies de gestion du réseau avancées, telles que la réponse à la demande, la régulation de la fréquence et la tarification dynamique.Par exemple, le système de gestion de l'énergie d'un bâtiment peut recevoir un signal indiquant que le réseau est sous tension, peut-être parce qu'une vague de chaleur entraîne des charges de climatisation, et réduit automatiquement les charges non essentielles ou le captage dans le stockage de la batterie pour abaisser son tirage net.

Un bâtiment intelligent prêt à être équipé d'un réseau est conçu en interopérabilité, ce qui signifie que ses systèmes peuvent communiquer en utilisant des protocoles standard (tels que OpenADR ou IEEE 1547) qui permettent une intégration harmonieuse avec les systèmes d'utilité publique, d'autres bâtiments et les plates-formes d'agrégation. Cette interopérabilité est cruciale pour atteindre le niveau communautaire, où des dizaines ou des centaines de bâtiments peuvent coordonner leurs actions afin de créer un effet de résilience collective.

Comment les bâtiments intelligents prêts à la construction de réseaux renforcent la résilience énergétique de la collectivité

La résilience énergétique communautaire se réfère à la capacité d'une communauté à se préparer, à résister et à se remettre rapidement des perturbations énergétiques, qu'elles soient causées par des catastrophes naturelles, des cyberattaques ou des défaillances d'équipement.

Améliorer la stabilité du réseau et réduire les risques de panne

L'un des avantages les plus immédiats des bâtiments intelligents prêts à construire une grille est leur capacité à réduire le stress sur la grille pendant les périodes de pointe de la demande. Lorsqu'un bâtiment peut se décharger automatiquement de la charge – dire en hésitant les lumières, en ajustant les points de consigne des thermostats ou en éloignant les équipements non critiques – cela aide à prévenir la cascade de défaillances qui entraînent des pannes.

Au-delà de l'éviction à court terme, les bâtiments intelligents peuvent également fournir des services de régulation de fréquence. Lorsque le réseau connaît des fluctuations rapides, en raison d'une chute soudaine de la production solaire ou de la perte d'un générateur, les bâtiments dotés de commandes à réaction rapide peuvent ajuster leur consommation en millisecondes pour aider à stabiliser la fréquence.

Réponse de la demande en tant que ressource communautaire

Dans un événement en RD, l'utilitaire demande aux participants de réduire la consommation d'électricité pendant une fenêtre spécifique. Les bâtiments intelligents prêts à utiliser le réseau peuvent participer pleinement à la réponse automatisée à la demande (ADR), où l'appareil répond aux signaux sans intervention humaine.

Au niveau communautaire, la réponse de la demande globale des bâtiments intelligents peut fonctionner comme une centrale électrique virtuelle. Par exemple, pendant une vague de chaleur, des centaines de bâtiments équipés de thermostats intelligents peuvent augmenter leurs points de refroidissement de quelques degrés, libérant collectivement des mégawatts de capacité.Cela réduit le risque de défaillances en cascade et permet à l'utilité d'éviter les pannes de rotation.Dans certaines juridictions, les résidents peuvent même recevoir une compensation pour avoir permis à leur bâtiment de participer aux programmes de RD, transformant une mesure de résilience en un avantage économique.

Intégration de stockage d'énergie pour la puissance de secours

Les bâtiments intelligents prêts à utiliser le réseau peuvent intégrer des batteries à différentes échelles, d'une seule unité résidentielle à une installation commerciale de taille. En fonctionnement normal, ces batteries peuvent être chargées lorsque l'électricité est bon marché (ou lorsque la production d'énergie renouvelable est abondante) et déchargées lorsque les prix sont élevés ou que le réseau est stressé.

Un bâtiment intelligent bien conçu avec un stockage de batterie peut automatiquement s'isoler du réseau pendant une panne, alimentant des charges essentielles comme la réfrigération, l'équipement médical et l'éclairage pendant des heures ou même des jours. Combiné à des panneaux solaires, le système peut se recharger pendant la journée, prolongeant la période de sauvegarde indéfiniment. À l'échelle communautaire, un réseau de ces bâtiments peut assurer que les installations essentielles – les abris, les pharmacies, les épiceries, les casernes – restent opérationnelles même lorsque le réseau est plus grand.

Faciliter l'intégration des énergies renouvelables

Les sources d'énergie renouvelables, en particulier les systèmes photovoltaïques solaires, deviennent omniprésentes sur les toits de nombreuses collectivités. Cependant, la production variable de l'énergie solaire, nuageuse, heure de la journée, saisons, peut créer des défis pour les opérateurs de réseau. Des bâtiments intelligents prêts à utiliser les systèmes de gestion de l'énergie pour adapter la consommation à la production renouvelable en temps réel. Par exemple, un bâtiment peut pré- refroidir sa masse thermique pendant un matin ensoleillé où la production solaire est élevée, puis réduire la demande de refroidissement dans l'après-midi lorsque les nuages réduisent la production.

Au niveau communautaire, cet alignement réduit le besoin de production de remplacement de combustibles fossiles et réduit les émissions de gaz à effet de serre. Un quartier où tous les bâtiments sont prêts à utiliser le réseau intelligent peut maximiser l'utilisation de l'énergie solaire produite localement, minimiser les importations du réseau central et renforcer l'autosuffisance énergétique.

Exemples et modèles de mise en œuvre dans le monde réel

La théorie est convaincante, mais des exemples pratiques montrent que les bâtiments intelligents prêts à fonctionner sur le réseau offrent déjà des avantages en matière de résilience.En Californie, le California Independent System Operator (CAISO) a utilisé des programmes d'intervention de la demande pendant des années, avec des bâtiments allant de grands complexes commerciaux aux petits campus participants.

Un autre exemple notable est le accélérateur de bâtiments intelligents du département de l'Énergie des États-Unis, qui a travaillé avec plusieurs villes pour adopter des politiques qui encouragent la construction de réseaux intelligents. Des villes comme Denver et Seattle ont mis à jour leurs codes énergétiques pour exiger ou encourager la capacité de mesure intelligente et de réponse de la demande dans de nouveaux bâtiments commerciaux.

En Europe, le projet Horizon 2020 -RESILIENT-- a testé des grappes de construction intelligente en Suède et aux Pays-Bas, montrant que le contrôle et le stockage coordonnés des charges pourraient maintenir les charges critiques alimentées pendant de longues périodes pendant les pannes simulées.

Difficultés rencontrées pour une adoption généralisée

Malgré les avantages évidents, plusieurs obstacles ralentissent le déploiement de bâtiments intelligents prêts à être construits sur le réseau. Le coût est le plus important. La rénovation d'un bâtiment existant avec des compteurs intelligents, des capteurs, des commandes et un stockage de batteries peut être coûteuse, ce qui nécessite souvent une période de récupération de cinq à dix ans.

Cybersécurité et confidentialité des données

Un bâtiment intelligent compromis pourrait être utilisé comme point d'entrée pour perturber le réseau plus large, une préoccupation mise en évidence par Cybersecurity and Infrastructure Security Agency (CISA) guidance.Les propriétaires et les exploitants de bâtiments doivent mettre en œuvre des mesures de cybersécurité robustes, y compris le chiffrement, la segmentation du réseau et les mises à jour régulières du firmware.

Interopérabilité et normes

Un bâtiment intelligent prêt à être équipé d'un réseau n'est que aussi efficace que sa capacité de communiquer avec le réseau et d'autres bâtiments. Les protocoles propriétaires de différents fournisseurs peuvent créer une fragmentation, ce qui rend difficile l'agrégation des actions dans une communauté.

Les facteurs politiques et réglementaires

Les codes énergétiques peuvent exiger que les nouveaux bâtiments soient ----interactifs ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

De même, les taux d'utilisation et les prix de pointe critiques récompensent les bâtiments qui se déplacent à l'écart des périodes de pointe. L'ordonnance 2222 du FERC, publiée par la Federal Energy Regulatory Commission des États-Unis, ouvre les marchés de gros aux ressources énergétiques réparties agrégées, y compris les bâtiments intelligents. Cela signifie qu'un groupe de bâtiments intelligents peut participer aux marchés de l'énergie en tant que ressource unique, débloquant de nouveaux flux de revenus qui peuvent compenser le coût des mises à niveau.

Au niveau communautaire, les centres de résilience, dotés d'espaces publics dotés d'énergie solaire et de stockage qui servent de centres d'intervention d'urgence, sont de plus en plus sollicités. Ces centres intègrent souvent des fonctions intelligentes prêtes à être mises en place et peuvent servir de modèle pour des améliorations plus vastes des bâtiments.

Perspectives d'avenir: Élargir et intégrer la technologie

La trajectoire est claire. À mesure que les coûts technologiques diminuent et que la modernisation du réseau s'accélère, les bâtiments intelligents prêts à construire le réseau deviendront la norme plutôt que l'exception. L'intelligence artificielle et l'apprentissage des machines amélioreront la capacité des systèmes de gestion de l'énergie à prévoir les conditions du réseau et à optimiser les actions sans sacrifice des occupants.

Une autre frontière est l'intégration de véhicules à réseau (V2G). À mesure que l'adoption de véhicules électriques augmente, les batteries dans les voitures garées représentent une énorme ressource de stockage distribuée. Un bâtiment intelligent prêt à réseau peut coordonner la charge et le déchargement de V2G, en utilisant des batteries EV pour compléter la puissance du bâtiment pendant les heures de pointe ou les pannes.

Les microréseaux communautaires, qui peuvent se déconnecter du réseau principal et fonctionner de façon autonome, sont l'expression ultime d'un travail commun de constructions prêtes à l'emploi. Dans un microréseau, les bâtiments partagent l'énergie des sources renouvelables et du stockage, en équilibrage des charges entre eux. Les bâtiments prêts à l'emploi sont les nœuds essentiels de ces microréseaux, fournissant les données en temps réel et le contrôle nécessaires à l'exploitation des îles.

Conclusion

Les bâtiments intelligents prêts à être mis en réseau ne sont pas un concept futuriste; ils constituent une solution pratique et évolutive pour améliorer la résilience énergétique de la collectivité. En permettant aux bâtiments de communiquer avec le réseau, d'ajuster leur propre consommation, de stocker l'énergie et d'intégrer les énergies renouvelables, ils créent une intelligence distribuée qui rend l'ensemble du système énergétique plus robuste.Les avantages sont clairs: moins d'interruptions, moins de factures pour les participants, une énergie plus propre et une plus grande autosuffisance pour les quartiers et les villes.