"Super Grids" pour sauver: exploiter le soleil et le vent contre les ouragans des Caraïbes

Des chercheurs de l'Oak Ridge National Laboratory (ORNL) ont mis au point un modèle permettant de maintenir l'électricité dans les Caraïbes pendant les ouragans en explorant les "super-réseaux". Ces réseaux interconnectés visent à compenser l'impact de la baisse de l'énergie solaire pendant les tempêtes, en améliorant la fiabilité et la résilience de l'énergie.

Lorsque les ouragans menacent les côtes tropicales, les "super-réseaux" pourraient venir à la rescousse. Les îles des Caraïbes se détournent de l'importation de combustibles fossiles coûteux et utilisent l'abondance du soleil et du vent pour produire de l'électricité. Toutefois, les ouragans fréquents peuvent réduire considérablement la production d'énergie solaire. Les chercheurs de l'ORNL ont mis au point une méthode de modélisation complète pour mieux prévoir la baisse de la production d'électricité lorsque les nuages d'orage recouvrent les panneaux solaires. L'équipe a étudié les moyens de compenser ces pertes d'énergie par des super-réseaux, un ensemble de réseaux interconnectés permettant à l'électricité de circuler à travers des chaînes d'îles ou entre des continents.

Rodney Itiki, chercheur principal, a souligné que cette planification des infrastructures est cruciale pour maintenir un accès équitable à l'électricité dans les 12 pays insulaires des Caraïbes et les territoires américains tels que Porto Rico et les îles Vierges américaines. Les habitants de ces îles, historiquement mal desservies, n'ont pas la possibilité d'évacuer facilement les nombreux ouragans qui frappent les Caraïbes chaque année. La perte d'énergie solaire lors des ouragans risque de devenir de plus en plus importante sur des îles comme Porto Rico, qui a pour objectif de se convertir à toutes les énergies renouvelables d'ici 2050.

Le modèle d'Itiki peut être utilisé pour comprendre l'impact des nuages des ouragans sur n'importe quel système électrique. Dans cette étude, M. Itiki et son équipe d'experts en intégration des réseaux, en énergies renouvelables et en méthodes informatiques avancées ont utilisé son algorithme pour explorer différentes approches de connexion au réseau. Ils ont modélisé l'impact de chaque approche sur la disponibilité de l'électricité, en analysant comment un ouragan de grande ampleur réduirait la puissance des installations solaires connues en empruntant 10 trajectoires possibles sur une période de 10 à 14 jours.

"C'est l'une des principales contributions de la recherche, car lorsque nous concevons le système électrique, nous devons le faire en tenant compte de tous les cas possibles, et surtout du scénario le plus défavorable", a déclaré M. Itiki, associé de recherche postdoctorale au sein du groupe de résilience des systèmes électriques de l'ORNL.

Les chercheurs ont utilisé des simulations pour comprendre la disponibilité de l'électricité pendant les ouragans si les réseaux électriques étaient reliés par des câbles à haute tension au fond de l'océan. Pour savoir si ces super-réseaux équilibreraient les flux d'énergie entre les régions, l'équipe a modélisé quatre combinaisons différentes : un réseau américain autonome, un super-réseau caribéen autonome reliant toutes les îles entre elles, un super-réseau États-Unis-Caraïbes et un super-réseau reliant les États-Unis, les îles des Caraïbes et l'Amérique du Sud.

La plus grande configuration de super-réseau comprenait 90 centrales photovoltaïques situées dans le couloir des ouragans, ainsi que des fermes solaires situées dans des endroits comme la Californie et le Brésil, qui ne sont pas touchés par ces ouragans. Le modèle a montré que certaines centrales solaires perdaient jusqu'à 88 % de leur capacité de production pendant deux jours lorsqu'elles étaient ombragées par les nuages de l'ouragan.

Les chercheurs ont constaté que le super-réseau États-Unis-Caraïbes était celui qui augmentait le plus la fiabilité de l'électricité. Le super-réseau autonome des Caraïbes s'est avéré le moins utile, en partie parce que les trajectoires des ouragans s'alignent généralement sur la chaîne d'îles. L'ajout d'un réseau sud-américain n'a pas permis de réduire de manière significative les variations de puissance, car le continent compte peu d'installations solaires. Toutefois, il pourrait assurer la sécurité énergétique en tant que source d'énergie alternative si les îles étaient déconnectées les unes des autres ou du système américain.

Lorsqu'il était étudiant de troisième cycle, M. Itiki a été intrigué par le succès de la liaison sous-marine entre les réseaux électriques du Royaume-Uni et de l'Allemagne. Il a étudié les avantages potentiels de connexions similaires jusqu'à ce qu'une catastrophe naturelle en 2017 réduise son champ d'action géographique.

"Peu après que l'ouragan Maria a frappé Porto Rico, j'ai commencé à penser à l'interconnexion de Porto Rico avec la Floride", a déclaré Itiki. Maria a laissé certains Portoricains sans électricité pendant près d'un an, la plus longue panne d'électricité de l'histoire des États-Unis.

Itiki s'est d'abord intéressé à l'énergie éolienne pendant les ouragans. Il a cherché à savoir comment un super-réseau États-Unis-Caraïbes pourrait réduire les baisses de tension causées par les ouragans qui endommagent les éoliennes portoricaines. Une fois que les améliorations apportées à la technologie des turbines les ont rendues plus résistantes, il a étudié comment l'énergie éolienne produite par les ouragans pourrait être partagée entre les Caraïbes, les États-Unis et l'Amérique du Sud.

Ensuite, Itiki a l'intention de combiner ses algorithmes solaires et éoliens pour déterminer comment les super-réseaux pourraient améliorer la fiabilité de l'énergie dans les Caraïbes et sur le continent. Par exemple, lors d'un événement météorologique majeur aux États-Unis, le réseau caribéen pourrait-il fournir de l'électricité supplémentaire aux États-Unis ?