Pourquoi l'intelligence artificielle pourrait être la clé de la pérennité du réseau

Un récent article de Conversation a souligné que le mix électrique britannique en 2016 était le plus propre en 60 ans, avec une capacité record issue des énergies renouvelables, principalement de l'énergie éolienne et solaire. Mais un problème avec cette grande expansion des énergies renouvelables est qu'elles sont intermittentes, ce qui signifie qu'ils dépendent des conditions météorologiques telles que le vent qui souffle ou le soleil qui brille. Contrairement à l'électricité conventionnelle, cela signifie qu'ils ne peuvent pas nécessairement répondre aux augmentations de la demande. D'où de nombreux titres de presse ces dernières années sur les « extinctions de feux ».

Grille nationale, le gestionnaire de réseau britannique, dispose de plusieurs moyens d'assurer que l'offre peut toujours répondre à la demande. Pour des écarts de génération plus courts, il demande aux fournisseurs d'électricité de faire fonctionner leurs centrales électriques conventionnelles à un niveau de production potentiel inférieur au maximum et de les augmenter au besoin.

Pour des intervalles plus longs, il assure les centrales électriques, notamment à base de gaz, sont maintenus en veille. Certaines stations peuvent n'être sollicitées pour produire de l'électricité qu'entre quelques dizaines et quelques centaines d'heures par an. En plus de contribuer aux émissions de carbone, faire fonctionner des centrales pour des interventions aussi brèves coûte cher.

La question est de savoir quoi faire face à ce problème. Nous pourrions produire moins d'énergie renouvelable et rendre l'énergie conventionnelle « plus verte » en éliminant le CO₂ et en l'enfouissant sous terre. Les avis sont partagés sur le moment où ces technologies de capture du carbone peuvent être rendues commercialement viables à grande échelle. Au Royaume-Uni, Malheureusement, deux projets de démarrage du gouvernement ont échoué en raison de préoccupations concernant les coûts et de désaccords entre les ministères.

Une alternative consiste à installer de très grosses batteries (« grid scale ») capables de stocker de l'énergie renouvelable à libérer en cas de besoin. Cela a suscité beaucoup d'intérêt ces derniers temps. Mais étant donné les coûts de la technologie actuelle des batteries, le stockage à l'échelle du réseau nécessite des investissements initiaux coûteux.

Solutions à la demande

Alors que les chercheurs étudient ces problèmes, le Royaume-Uni développe une alternative connue sous le nom de réponse à la demande. Un aspect consiste à récompenser certains consommateurs d'électricité pour avoir réduit leur consommation à court terme. Cela peut aller des gros clients industriels aux plus petits consommateurs utilisant l'électricité pour chauffer les pièces, refroidissement, l'éclairage ou même la réfrigération.

L'autre aspect de la réponse à la demande consiste à demander aux clients qui possèdent des équipements pouvant stocker de l'énergie d'aider à équilibrer les surtensions de la demande. Par exemple, les propriétaires d'une maison équipée de panneaux solaires et d'un stockage de batterie correspondant pourraient réduire les coûts de remboursement de l'équipement en mettant les unités de batterie à la disposition du réseau. Les autres équipements de cette catégorie comprennent les véhicules électriques et les unités d'alimentation sans interruption (UPS) hospitalières/universitaires.

Les deux types de réponse à la demande se produisent déjà. Certains clients industriels de l'électricité et certaines autres entreprises comme les hôteliers ont des contrats de réduction de puissance, tandis que National Grid a suscité beaucoup d'intérêt de la part des soumissionnaires pour les systèmes de stockage d'électricité et en a lancé certains dans certaines parties du pays. Ce stockage est une alternative au déploiement de batteries à grande échelle, et promet d'être beaucoup plus économique si nous pouvons le faire fonctionner à une assez grande échelle.

Le problème est que ces schémas se compliquent une fois que le bassin de clients dépasse une certaine taille. Savoir quels clients souscrire et quels tarifs proposer nécessite de comprendre dans quelle mesure les appareils seront disponibles et à quel coût, par exemple.

Une fois un pool de clients constitué, certains périphériques peuvent ne pas toujours être disponibles pour le stockage ou réduire la demande en cas de besoin. Cela doit être pris en compte dans les calculs à la fois pour minimiser les perturbations du réseau et inciter les clients à participer à ces moments-là.

Il peut également y avoir des effets indésirables, tels que d'importants rebonds simultanés de la consommation. Par exemple, de nombreux réfrigérateurs consomment de l'énergie supplémentaire pour que leur température interne soit inférieure au niveau requis à la fin d'une période de réponse à la demande.

Enfin, il existe un problème de sécurité majeur potentiel :un système central qui collecte des données sur la consommation d'énergie de nombreux appareils peut être sujet aux attaques malveillantes et à la falsification des informations. Cela pourrait compromettre à la fois l'équilibrage du réseau et le suivi de ce qui est dû aux clients.

Comment l'IA peut vous aider

Les technologies émergentes d'intelligence artificielle semblent apporter des réponses à ces défis. Pour sélectionner les meilleurs participants, par exemple, les opérateurs de réseau pourront utiliser des techniques sophistiquées d'apprentissage automatique pour modéliser le comportement d'appareils individuels et d'unités de stockage de batteries en examinant les données des compteurs et capteurs intelligents.

Une fois inscrit au stockage en réseau, il devrait être possible d'estimer la durée de vie utile d'un bloc-batterie ou d'une unité en appliquant des algorithmes de pronostic à ses données de charge/décharge. Les propriétaires recevront alors une compensation appropriée, plus l'incitation supplémentaire de savoir combien de temps leur batterie durera.

Lorsqu'il s'agit de gérer les appareils du pool, les gens pensaient que nous pouvions utiliser des compteurs intelligents individuels ou des dispositifs de contrôle pour alimenter un serveur central dans le cloud. Mais les compteurs sont chers et les temps de réponse courts obligent le serveur cloud à analyser les données en millisecondes, ce qui semble irréalisable une fois que plusieurs milliers d'unités sont dans une piscine.

Une alternative consiste à disposer de dispositifs de mesure qui détectent eux-mêmes les niveaux de demande sur le réseau et réduisent la puissance en conséquence. Ceux-ci soulagent le serveur central et ne nécessitent qu'un comptage au niveau du site, plutôt que pour chaque appareil électrique. Mais cela vous laisse toujours avec un problème de contrôle complexe dans la coordination de toutes ces décisions individuelles. Chez Heriot-Watt, nous travaillons sur une solution à ce problème en utilisant des algorithmes basés sur l'IA.

Un autre axe de recherche sur l'IA s'appuie sur les connaissances de la théorie algorithmique des jeux pour développer des mécanismes de récompense/pénalité qui garantissent qu'un nombre suffisant de clients du pool sont disposés à participer, et répondre réellement si nécessaire. Les chercheurs sont également optimistes que les protocoles blockchain, utilisant la même technologie que Bitcoin, pourrait sous-tendre un système de registre décentralisé qui contournerait le risque de sécurité lié à un point de stockage unique pour les données des utilisateurs.

De nombreux groupes de recherche en IA, au Royaume-Uni et ailleurs, ont relevé ces défis, alors qu'un certain nombre de start-up ont commencé à développer de tels systèmes dans la pratique - des versions relativement simples de l'apprentissage automatique commencent maintenant à être utilisées, par exemple. Le Royaume-Uni a de bonnes chances d'être à l'avant-garde des efforts internationaux visant à faire de la réponse à la demande plus intelligente une réalité au cours des prochaines années.