Par Tim Ledbetter
Des chercheurs du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) ont mis au point un système de contrôle qui pourrait faire de la plupart des foyers américains des partenaires plus capables de gérer les ressources électriques du pays.
Le système de contrôle transforme efficacement les unités de chauffage et de refroidissement domestiques existantes et les chauffe-eau en appareils intelligents capables de gérer leur consommation d’électricité de manière à aider le réseau à coordonner l’offre et la demande. Le système pourrait bénéficier à environ 120 millions de foyers.
« Dès le début, notre objectif a été de développer une solution peu coûteuse, simple à installer et à utiliser, et qui confie aux résidents la responsabilité de son fonctionnement », a déclaré Michael Brambley de PNNL, qui dirige le développement du système de contrôle. « En échange de l’aide au réseau, les ménages doivent recevoir une incitation, comme un tarif d’électricité plus favorable. »
Les travaux du système de contrôle ont été financés par le Bureau des technologies du bâtiment (BTO) du ministère de l’Énergie dans le cadre d’un projet de maisons connectées.
Qu’est-ce qu’une maison connectée ?
Une maison connectée contient des appareils intelligents avec des capacités de communication et de contrôle, qui permettent aux appareils de répondre automatiquement aux informations d’un service public d’électricité. Les exemples incluent les thermostats intelligents et connectés, qui connectent les systèmes de chauffage et de refroidissement, et les chauffe-eau spécialement équipés. Certaines maisons plus récentes ont déjà ces types d’appareils, mais la plupart des maisons n’en ont pas.
Les experts estiment que les maisons connectées joueront un rôle clé dans la transition des États-Unis vers un futur système énergétique décarboné, qui dépend moins des sources d’énergie traditionnelles non renouvelables et davantage de l’énergie solaire et éolienne propre.
Étant donné que l’énergie solaire et éolienne sont « variables », c’est-à-dire que leur puissance de sortie fluctue avec la montée et la chute du soleil et du vent, le réseau doit parfois pivoter rapidement vers d’autres types de production d’électricité ou gérer la demande de manière à éviter le réseau. l’instabilité et répondre économiquement aux besoins en électricité. Les sources de production qui aident actuellement à combler l’écart sont, en général, les centrales à combustible fossile, qui augmentent les émissions de dioxyde de carbone et contribuent au changement climatique mondial.
Les maisons connectées peuvent aider à faire face à la nature variable de l’énergie solaire et éolienne ainsi qu’à d’autres conditions sur le réseau. Les appareils électroménagers dotés de commandes intelligentes qui tiennent compte des préférences de confort des occupants, en collaboration avec les services publics et le réseau, peuvent modifier rapidement et automatiquement leur demande d’électricité pour aider à égaliser les variations et, en fin de compte, réduire la quantité de gaz à effet de serre pénétrant dans l’atmosphère.
Cette capacité de «demande flexible», si elle était réalisée dans des dizaines de millions de foyers, donnerait au réseau plus de marge de manœuvre pour coordonner l’offre et la demande à des moments où l’énergie propre peut ne pas être disponible. L’analyse menée par PNNL et d’autres montre que cette flexibilité peut également réduire les coûts pour les payeurs de factures et les services publics.
« Les maisons connectées deviennent de plus en plus courantes, que ce soit en raison de la demande des consommateurs ou de la mise à jour des codes énergétiques des bâtiments », a déclaré Marc Costa, directeur des politiques et de la planification chez The Energy Coalition. Costa a siégé à un comité d’examen par les pairs du BTO qui a évalué les progrès du système de contrôle du PNNL.
« Alors que les clients essaient d’économiser de l’argent sur leurs factures, remplacent les gros appareils électroménagers ou sont simplement intéressés par des moyens pratiques d’interagir avec leur maison, il existe un besoin majeur de recherche objective dans ce domaine. Le travail du PNNL est essentiel pour comprendre les impacts potentiels et les solutions pour les consommateurs et pour la décentralisation de notre système énergétique », a ajouté Costa.
Le système de contrôle offre une solution de maisons connectées
Les foyers utilisent plus d’un tiers de l’électricité du pays et représentent une énorme opportunité pour atteindre une demande flexible.
« Nous pensons qu’un système de contrôle efficace et peu coûteux installé dans les maisons existantes est non seulement bon pour le fonctionnement du réseau, mais aussi pour fournir de l’énergie à moindre coût aux ménages. Notre solution est conçue pour les millions de foyers qui pourraient bénéficier de cette méthode mais qui ne préfèrent pas ou ne peuvent pas se permettre d’acheter des appareils intelligents », a déclaré Brambley. « Notre système modernisable devrait leur permettre de profiter des programmes émergents qui offrent des tarifs d’électricité avantageux et d’autres incitations pour les foyers répondant aux besoins du réseau. »
PNNL a travaillé en collaboration avec BTO pour créer une stratégie de développement pour le système de contrôle et s’est associé au projet avec deux entreprises de technologie intelligente – ecobee et Shifted Energy – ainsi qu’avec l’Université de l’Oklahoma.
Le système de contrôle traite quatre types d’appareils
Les chercheurs se sont concentrés sur quatre appareils dans les maisons existantes : les fournaises à résistance électrique, les chauffe-eau à résistance électrique, les thermopompes et les climatiseurs. Le système de contrôle utilise une plate-forme logicielle conçue pour aider à connecter les appareils au réseau et à gérer leur demande.
Lors des tests, les résultats du chauffe-eau et de la climatisation ont été particulièrement prometteurs.
- Pour les chauffe-eau, le système de contrôle a démontré le potentiel de réduction de la demande d’électricité de 34 à 83 % sur sept heures, selon les niveaux d’utilisation de l’eau chaude.
- Le système de contrôle a aidé les climatiseurs à maintenir des températures fraîches et à réduire la consommation d’électricité. Dans un exemple, la demande d’électricité a été réduite jusqu’à 46 % au cours d’essais de quatre heures au cours desquels le refroidissement a été maintenu dans une plage de trois degrés considérée comme acceptable pour les occupants. Ceci était basé sur une différence de 20 degrés entre les températures intérieure et extérieure. Les réductions seront plus importantes pour des différences de température plus importantes.
Les tests de fours électriques ont également entraîné des réductions de la demande de 25 %. En faisant en sorte que la commande préchauffe automatiquement la maison de trois degrés au-dessus du réglage habituel du thermostat juste avant une période de pointe du réseau, la réduction peut être portée à près de 46 % sur une période de quatre heures.
En 2022, l’équipe projet préparera le système de contrôle pour un déploiement dans les maisons occupées. « Idéalement, nos résultats attireront des partenaires de l’industrie et conduiront à un produit commercial pouvant être utilisé à l’échelle nationale », a déclaré Brambley.
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