Au bord du fjord de Roskilde, une ville danoise située à une soixantaine de kilomètres de Copenhague, l’université technique du Danemark (DTU) bénéficie d’une nouvelle installation de recherche. Son campus de Riso héberge désormais l’« hybrid power plant », appelée HPP, une centrale énergétique hybride composée de deux éoliennes de 225kW, de 1600 m² de panneaux solaires, d’une batterie de stockage Saft d’une capacité de 1,25 mégawatt et d'un petit bâtiment gris, hébergeant notamment les tableaux de distribution et quatre transformateurs de puissance.
Avec vue sur le fjord et une poignée de moutons noirs, cette installation a été inaugurée par DTU et TotalEnergies le 21 octobre. C’est la première pierre d’un partenariat signé il y a deux ans entre les deux acteurs, dans lequel l’énergéticien français a investi environ 10 millions d’euros pour la construction de la centrale, mais aussi l’embauche de doctorants et la formation. «Notre objectif est de savoir comment apporter l’énergie au réseau au bon moment et dans la bonne quantité, ce qui demande de progresser sur le stockage et le contrôle de la centrale, résume Marie-Noëlle Semeria, directrice de la R&D chez TotalEnergies. HPP va nous permettre de reproduire les problématiques que nous rencontrons dans nos centrales en production et de trouver un moyen de les résoudre.»
Tester le "grid forming"
Le sujet ne se pose pas tellement au niveau d’une centrale éolienne ou solaire, mais pour le passage à l’échelle des renouvelables. «Aujourd’hui, 30% de l’électricité provient des renouvelables en Europe. La question c’est comment on passe à 60 voire 70% sans générer trop d’instabilités», analyse Julien Cabrera, responsable du programme de R&D électricité hybride et stockage chez OneTech, le pôle central d'ingénieurs créé en 2020 au sein de TotalEnergies.
Pour comprendre le défi, il faut rappeler que la fréquence du courant alternatif, fixée autour de 50 hertz à travers l’Europe, est historiquement stabilisée par les grandes centrales thermiques. Donc plus la part du nucléaire et des combustibles fossiles (gaz et charbon) diminue dans le mix énergétique, plus cette stabilité doit être apportée par d’autres voies. «Le solaire et l’éolien fonctionnent avec des onduleurs dits "grid following", qui suivent le signal du réseau, rappelle Julien Cabrera. Mais il y a d’autres technologies possibles, comme le "grid forming", où chaque énergie génère son propre signal pour mieux stabiliser le réseau. C’est une des pistes qu’on va tester avec HPP.»
«Un plafond de verre dans les renouvelables»
Sans compter que, non seulement les renouvelables ne jouent pas le rôle de stabilisateur du réseau, mais ils créent en plus de nouvelles perturbations. «On a comme un plafond de verre dans les renouvelables : plus il y en a sur le réseau, plus on génère des interactions entre les signaux qui peuvent créer des perturbations, détaille Julien Cabrera. Il faut donc mettre beaucoup d’intelligence dans les contrôleurs et le pilotage du système, sinon c’est comme utiliser une voiture sans amortisseurs, c’est impossible à conduire.»
En tout, 75 personnes de DTU et de TotalEnergies doivent participer aux recherches qui seront menées sur HPP. La centrale devrait bientôt être équipée d’un émulateur de réseaux, un équipement qui coûte environ un million d’euros et permettra de générer un petit réseau dédié à la R&D. «Avec l’émulateur de réseaux, on va pouvoir observer comment le réseau réagit à l’instabilité permanente créée par les renouvelables et voir comment on peut la gérer, anticipe Julien Cabrera. Ces tests en conditions réelles vont nous permettre d’accumuler des données qui iront enrichir et améliorer nos algorithmes de pilotage utilisés dans nos centrales.»
Optimiser les revenus générés
Dans le détail, les recherches menées par les chercheurs de DTU sur HPP porteront sur quatre axes, selon la présentation faite à l’inauguration par Poul Sorensen, professeur en intégration et contrôle de l’énergie éolienne à TDU : la conformité des réseaux (intégration et connectivité, services auxiliaires pour la stabilité du réseau, qualité de l’électricité, …), l’architecture et le contrôle électrique, le fonctionnement optimal de la centrale (contrats d’achats d’électricité, prévision de l’offre et de la demande, …), l’architecture de l’installation (la taille idéale, le design physique, l’hybridation entre solaire et éolien, …), le contrôle du champ d’éoliennes.
«L’enjeu est délivrer l’énergie au bon moment, à partir des prévisions météorologique et de marché pour anticiper la demande et optimiser les revenus générés», fait valoir Poul Sorensen. De quoi mettre le doigt sur un problème que le Danemark a bien identifié : le modèle d’affaires des parcs renouvelables, alors que dans le pays, les centrales solaires concentrées sur un même périmètre peuvent vendre à perte les jours de grande exposition. Un sujet que TotalEnergies a aussi en tête, reconnaissant que «si une centrale émet des perturbations, elle sera coupée du réseau». L’intégration des renouvelables est un sujet autant économique qu’écologique.
