Des réseaux intelligents, stables et fiables

La combinaison de l’électronucléaire et des réseaux électriques intelligents — réseaux bidirectionnels qui connectent les producteurs et les consommateurs au moyen des nouvelles technologies — peut aider les pays à se tourner vers des sources d’électricité bas carbone et à garantir la fiabilité, la stabilité et la durabilité de leur approvisionnement énergétique.

De nombreux pays diversifient leur bouquet énergétique en y intégrant des sources d’énergie bas carbone pour réduire leurs émissions et atteindre leurs objectifs climatiques. Ces efforts se traduisent par une utilisation accrue des énergies renouvelables à l’échelle mondiale. Toutefois, le recours à ces sources d’énergie ne permet pas de satisfaire la totalité de la demande de manière fiable.

« Les sources d’énergie renouvelable à faible émission de carbone sont certes respectueuses du climat, mais elles sont parfois difficiles à maîtriser et ne permettent pas toujours de répondre à la demande en raison de la nature intermittente de certaines d’entre elles, comme l’éolien et le solaire, et des capacités limitées de stockage de l’énergie. Il est donc souvent nécessaire d’intégrer d’autres sources d’énergie au réseau électrique », explique Henri Paillere, chef de la Section de la planification et des études économiques de l’AIEA. « Du fait de la diversification des sources d’énergie qui alimentent les réseaux électriques, il a fallu rendre ceux-ci plus flexibles et plus adaptables pour assurer un approvisionnement énergétique fiable et robuste. »

L’électronucléaire peut produire de l’énergie bas carbone tous les jours, 24 heures sur 24. Il apporte la sécurité énergétique nécessaire aux pays qui veulent mettre en place des systèmes énergétiques à faible émission de carbone. Opérant en régime flexible, les centrales nucléaires peuvent compléter la production électrique variable des énergies renouvelables, et l’inertie de leurs énormes turbines à vapeur les rend particulièrement aptes à assurer la stabilité des réseaux et un approvisionnement en électricité fiable et propre.

Jusqu’à récemment, les réseaux électriques ont dépendu des centrales à combustible fossile, tel que le charbon et le gaz naturel, qui peuvent être mises en marche et arrêtées pour répondre aux variations de la demande, notamment lorsque celle-ci dépasse l’offre.

Les réseaux électriques intelligents, quant à eux, peuvent intégrer de nombreuses sources d’énergie différentes et passer dynamiquement d’une source à une autre, ce qui n’est pas le cas des réseaux classiques, moins souples. Bien que les réseaux intelligents existent depuis un certain temps déjà, ils ont connu des avancées technologiques qui les ont rendus beaucoup plus performants. Ils peuvent recourir aux dernières technologies, telles que l’intelligence artificielle et l’« Internet des objets » — système d’ordinateurs et d’appareils connectés les uns aux autres via le réseau Internet et capables d’échanger et de traiter des données de façon dynamique — pour recueillir des informations, améliorer le rendement d’exploitation et automatiser les processus.

Par exemple, un réseau électrique intelligent peut utiliser les prévisions météorologiques générées par l’intelligence artificielle annonçant un ciel couvert et l’absence de vent pour adapter l’utilisation des sources d’énergie de façon dynamique, en remplaçant le solaire et l’éolien par d’autres sources, comme l’électronucléaire, afin d’assurer un approvisionnement ininterrompu. L’intelligence artificielle peut également prévoir le point d’impact d’un orage ainsi que sa durée et envoyer un signal au réseau pour que celui-ci augmente sa production et diversifie les sources d’énergie qui l’alimentent afin de parer aux éventuels dégâts causés aux lignes de transport.

En cas de dégâts sur les lignes électriques ou de coupure de courant, les capteurs et les appareils connectés au réseau via le système de l’Internet des objets peuvent transmettre des informations aux exploitants du réseau leur indiquant si des réparations sont nécessaires et s’il est besoin de rediriger le courant ou de faire appel à une autre source d’énergie.

Les réseaux électriques classiques ne permettaient d’évaluer les conséquences d’un orage qu’après coup. Ainsi, lorsqu’une ligne électrique était endommagée, tous ceux qu’elle alimentait se retrouvaient souvent sans électricité jusqu’à sa réparation. Comme les réseaux intelligents peuvent compter sur des solutions alternatives pour la production et la distribution de l’électricité, ils sont plus résistants et peuvent réduire les pannes de courant subies par les consommateurs.

Chez Électricité de France (EDF), un des plus grands producteurs d’électricité au monde, parmi les technologies de réseaux intelligents innovantes qui sont en cours d’élaboration figure la 5G — la nouvelle génération de réseaux Internet mobiles — qui permettra de renforcer les systèmes d’Internet des objets et de mettre au point des réseaux électriques hybrides plus efficients. La technologie de la chaîne de blocs, qui offre un moyen extrêmement sécurisé de tracer et de gérer les opérations, est également en train d’être intégrée aux réseaux électriques, l’objectif étant de certifier la quantité d’énergie propre produite et sa provenance. EDF utilise une méthode connue sous le nom de « jumelage numérique » pour créer des environnements virtuels permettant de prévoir les besoins en maintenance des réseaux et de réduire les frais de réparation.

« Nos activités de recherche-développement sur les réseaux intelligents visent à répondre à des difficultés très diverses. Nous prenons aussi en compte les attentes de la société, qui demande une infrastructure électrique plus verte. De plus, nous nous préparons pour faire face à toutes sortes de risques, comme les effets du changement climatique et les cyber-risques, et nous nous assurons que nos réseaux sont suffisamment robustes pour résister à d’éventuelles crises », affirme Bernard Salha, directeur de la recherche-développement à EDF. « Bien entendu, chaque fois qu’une augmentation de la puissance de calcul permettra à une nouvelle méthode de voir le jour, celle-ci sera testée dans des modèles existants pour en améliorer la précision. »

Selon Dian Zahradka, spécialiste principal de la sûreté nucléaire à l’AIEA, l’évaluation des incidences de ces avancées technologiques constitue une étape importante du processus. « Les nouvelles technologies n’offrent des avantages que si elles sont sûres. Conformément aux normes de sûreté de l’AIEA, toutes modifications de la conception, notamment le recours à l’intelligence artificielle et aux technologies de l’Internet des objets, sont soumises à une évaluation rigoureuse de la sûreté qui doit permettre de déterminer les répercussions que ces changements ou modernisations pourraient avoir sur les centrales nucléaires et leurs interactions avec le réseau électrique. L’AIEA organise des réunions techniques pour examiner les conséquences potentielles de l’intégration de ces nouvelles technologies et échanger des données d’expérience sur leur utilisation dans les centrales nucléaires ».

Inertie du réseau et électronucléaire

Dans les réseaux électriques intelligents, davantage de sources d’énergie peuvent être activement connectées au réseau et utilisées de façon dynamique. Cependant, une telle configuration peut aussi donner lieu à des fluctuations plus importantes de la fréquence électrique, induisant une plus grande instabilité.

Un réseau électrique est conçu pour fonctionner à une fréquence déterminée, celle-ci devant rester dans une certaine plage de valeurs pour qu’un approvisionnement stable en électricité puisse être garanti. Cependant, la fréquence varie constamment, à chaque fois que des appareils électriques sont mis en marche ou arrêtés. Ces fluctuations sont généralement absorbées par les parties d’un système de production d’électricité qui sont mises en mouvement par une source d’énergie, comme une turbine rotative dans une centrale nucléaire ou une centrale à combustible fossile.

Cette masse en rotation peut accélérer ou ralentir légèrement pour amortir les chocs, permettant de compenser les variations de fréquence et servant de système tampon face aux perturbations soudaines. L’expression « inertie du réseau » fait référence au mouvement de ces parties et à leur influence sur le courant en circulation dans le réseau.

Toutefois, des systèmes reposant sur des sources d’énergie renouvelable comme le solaire ne comprennent pas d’éléments mobiles. Certains qui font appel à d’autres énergies renouvelables disposent de parties rotatives, comme les éoliennes, mais celles-ci sont indirectement connectées au réseau par l’intermédiaire d’un convertisseur de fréquence et n’ont donc pas l’inertie nécessaire.

« Sans inertie, le réseau n’a qu’une capacité limitée d’absorption des variations et il peut devenir instable », explique Shannon Bragg-Sitton, directrice technique nationale chargée des systèmes énergétiques intégrés au Laboratoire national de l’Idaho (États-Unis). « Il devient aussi particulièrement vulnérable aux fortes perturbations, telles qu’une déconnexion soudaine d’une source d’énergie, une variation importante de la charge nette ou un incident majeur survenant sur le réseau de transport ou de distribution. De tels changements peuvent provoquer de brusques surcharges ou pénuries d’électricité et donner lieu à d’éventuelles coupures de courant. L’électronucléaire peut contribuer à répondre à ces problèmes et à renforcer la stabilité du réseau. »

L’AIEA aide les pays à évaluer la fiabilité et la robustesse de leur réseau électrique, notamment en ce qui concerne le recours à l’électronucléaire, au moyen de publications, d’ateliers et de réunions techniques. Elle met également en relation l’industrie nucléaire et les acteurs du réseau électrique pour leur permettre d’échanger des informations, de présenter les meilleures pratiques et d’examiner les difficultés et possibilités d’action qu’ils ont en commun. Ces activités aident les pays à élaborer des stratégies énergétiques destinées à assurer la sécurité et la durabilité énergétiques.