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Les projets de « base vie » autonome

Le concept de « base vie » autonome

Aujourd’hui, quand une base militaire, un hôpital ou une prison connaît une panne de courant, chaque bâtiment est alors alimenté par des groupes diesel. Cependant, cette approche a des limites : les groupes diesel peuvent ne pas démarrer et si un des groupes ne démarre pas, il n’est pas possible d’utiliser le groupe d’un autre bâtiment. La plupart des groupes sont trop puissants par rapport au besoin réel des bâtiments et fonctionnent généralement en sous capacité, ce qui n’est pas le fonctionnement optimal en matière économique et écologique. En outre, les conditions de sécurité indiquent que toutes les énergies de sources renouvelables de la base militaire, de l’hôpital ou de la prison doivent être déconnectées quand le réseau principal connaît une coupure de courant.

Grâce à ses propres moyens de production et de stockage et à ses propres réseau de distribution, le microgrid de « base vie » peut garantir l’autonomie énergétique à des installations classées sensibles (camp militaire, hôpital ou prison par exemple) en leur fournissant de l’électricité malgré les périodes de coupures de courant sur le réseau de distribution. Cela constitue un atout essentiel pour ses institutions, qui ne peuvent pas laisser les pannes d’électricité les empêcher de s’acquitter de leurs missions.

Un exemple de projet de microgrid militaire : le projet SPIDERS aux États-Unis

Le projet Smart Power Infrastructure Demonstration for Energy Reliability and Security (SPIDERS) a pour objectif de travailler sur 4 thèmes principaux afin d’améliorer la sûreté du système électrique pour la sécurité nationale :

  • prévenir les infrastructures de défense critiques des pannes d’électricité dues aux interruptions physiques ou aux cyberattaques du réseau national ;
  • intégrer les énergies de sources renouvelables et les autres productions décentralisées pour alimenter les infrastructures de défense critiques en cas d’urgence ;
  • maintenir les opérations critiques pendant des coupures d’électricité prolongées sur le réseau principal ;
  • gérer les installations de production et de consommation d’électricité du Department of Defense (DoD) de façon efficace, réduire l’utilisation du pétrole, les émissions de CO2 et les coûts.

D’un montant de 30 millions de dollars et mené par le laboratoire Sandia, SPIDERS est le premier grand projet issu du protocole d’accord signé par le Department of Energy (DOE), le Department of Homeland Security (DHS) et le DoD pour accélérer les innovations conjointes dans le domaine des énergies propres et de la sécurité énergétique nationale.

Le projet se déroulera dans trois bases militaires différentes, testant chacune une étape différente du développement d’un microgrid :

  • la première étape se déroulera sur la base aérienne de Pearl Harbor Hickam à Hawaï qui dispose déjà de plusieurs installations de production, dont des panneaux solaires d’une puissance de 146 kWc et des éoliennes d’une puissance de 50 kW. L’objectif est de réaliser un réseau entre ces différentes installations ;
  • la deuxième étape aura lieu au Fort Carson dans le Colorado. Le microgrid déployé sera plus grand et inclura une installation de production photovoltaïque de 2 MW, différents groupes de production diesel et des véhicules électriques. Le stockage sera également testé, grâce aux batteries des véhicules électriques, pour assurer la stabilité du microgrid et réduire les effets de la variabilité de l’électricité photovoltaïque sur le système ;
  • la troisième et dernière étape constitue le projet le plus ambitieux dans le camp Smith à Hawaï. L’ensemble de la base militaire sera intégré dans le microgrid d’une puissance de 5 MW et pourra être autonome lors de coupure sur le réseau national.


Source : Sandia Laboratory

Par ailleurs, dans le cas des bases militaires, le concept du microgrid paraît particulièrement adapté pour les missions en dehors des frontières nationales, pour les opérations extérieures (OPEX). Ils sont modulables, de petite taille et, donc, facilement déployables et démontables en quelques jours et peuvent utiliser les ressources énergétiques locales.

À ce jour, les États-Unis disposent de plus de 24 bases militaires équipées de microgrids. Le cabinet Pike Research estime que la capacité totale des microgrids militaires américain pour des bases stationnaires atteindra 54,8 MW en 2018.


Source : Pike Research, 2013

En France, le ministère de la Défense développe également des projets de microgrids pour ses opérations extérieures. Pour des raisons de confidentialités, ces projets ne seront pas présentés dans ce dossier.

Pour en savoir plus :

Déploiement de microgrids militaires et présentation du projet SPIDERS, Mars 2013

Un exemple de projet de microgrid hospitalier : l’hôpital Shands en Floride

Comme les bases militaires, les hôpitaux sont bien adaptés pour les microgrids, car ils fonctionnent 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, ont besoin d’une alimentation en électricité fiable et ininterrompue et peuvent utiliser la chaleur fatale pour d’autres usages dans l’hôpital.

Les bénéfices des microgrids pour les hôpitaux sont nombreux :

  • les microgrids hospitaliers peuvent intégrer toutes les sources d’énergies renouvelables sur le site, les technologies de gestion de la demande, la récupération de chaleur et les différents usages de chaque bâtiment de l’hôpital, afin de répondre précisément aux besoins de l’hôpital grâce à une gestion de l’énergie en temps réel : cela permet à l’hôpital d’optimiser ses économies d’énergie en jouant sur des techniques de profilage de la courbe de charge ;
  • ils peuvent accroître la fiabilité de l’énergie en intégrant un réseau de distribution redondant, des dispositifs de coupure intelligents, des automatismes, des installations de production et de stockage d’électricité et d’autres technologies Smart. Étant donné qu’une part de ces installations est située sur le lieu de l’hôpital, cela permet aux équipements de l’hôpital de fonctionner indépendamment du système public de distribution, si nécessaire, et ainsi éliminer les coupures d’électricité au sein de l’hôpital. Par ailleurs, les technologies Smart grids comme les interrupteurs intelligents et les capteurs anticipent et réparent automatiquement chaque défaut électrique ;
  • les microgrids peuvent présenter un intérêt économique en permettant à l’hôpital de subvenir à ces besoins de fourniture et de qualité d’électricité, utilisant les installations de production d’électricité renouvelable du site pour couvrir les pointes de consommation, vendre sur les marchés et vendre des certificats verts ;
  • les microgrids permettent de réutiliser la chaleur fatale issue de la production d’électricité, généralement à partir d’une cogénération ou trigénération, pour chauffer les bâtiments, l’eau, la stérilisation, la climatisation et la réfrigération.

En Floride, dans l’hôpital de cancérologie Shands, l’entreprise Burns & McDonnell et le fournisseur d’énergie local, Gainesville Regional Utilities (GRU) ont développé et construit un microgrid. GRU a construit le centre énergétique de l’hôpital qui fournit l’ensemble des énergies nécessaires (eau refroidi, vapeur, électricité en temps normal et en cas d’urgence, gaz médicaux). Afin de fournir ces énergies de manière aussi efficace que possible, le centre énergétique utilise un microgrid qui peut répondre à la demande en électricité de tout le campus et qui inclut un groupe diesel et une turbine à combustion. Pour une efficacité maximale, la turbine fait partie d’un système de cogénération qui capte la chaleur fatale pour produire la vapeur dont l’hôpital a besoin. À certains moments de la journée, le système produit plus d’électricité que n’en a besoin l’hôpital et le réinjecte alors sur le réseau de distribution. En outre, l’hôpital peut s’îloter en cas de besoin et la pompe à chaleur peut alimenter tout l’hôpital pendant une coupure sur le réseau principal.

États-Unis : une méga prison transformée en un micro-réseau électrique

Située aux États-Unis, la prison Santa Rica abrite 4 000 détenus et s’étend sur une surface de 93 000 m2 (5e plus grand centre pénitencier du pays). Elle consomme 3 MWh d’électricité par jour. Comme pour les installations militaires ou les hôpitaux, l’alimentation en électricité de cette prison est indispensable pour qu’elle puisse garantir la continuité des missions qu’elle assure. À la suite des pénuries d’électricité qu’a connues la Californie en 2001, le comté d’Almeda a choisi d’améliorer la qualité de l’alimentation en lissant la fourniture de l’électricité fournie à la prison.

Avec l’aide de l’entreprise Chevron Energy Solutions, du Laboratoire National Lawrence Berkeley du ministère américain de l’Énergie, de la Commission californienne de l’énergie et de la California Public Utilities Commission (CPUC), le comté d’Almeda a transformé la prison en un microgrid qui puisse se déconnecter du réseau principal et continuer de fonctionner malgré une coupure de courant grâce à ses propres installations de production et de stockage d’électricité.

La prison dispose ainsi :

  • de panneaux solaires photovoltaïques d’une puissance de 1,2 MW (installé en 2001) ;
  • une centrale de cogénération à pile à combustible de 1 MW (installé en 2005) ;
  • cinq petites éoliennes (installées en 2010) ;
  • un système de stockage de 2 MW composé de batteries Lithium-Ion (elles offrent 8 heures d’autonomie) ;
  • et un commutateur de déconnexion automatique.

En parallèle, la prison a été rénovée afin de réduire sa consommation d’énergie. Les multiples mesures d’efficacité énergétique et de conservation de l’eau avaient pour objectif de réduire les pics électriques de la prison.

Ce projet a coûté 11,7 millions de dollars et fera économiser près de 100 000 dollars par an au comté sur une facture totale de 3 millions de dollars.

Ce micro-réseau est certifié par le Consortium pour des solutions électriques technologiques électriques fiables (CERTS), organisme gouvernemental américain créé en 1999 pour transformer le réseau électrique en un réseau intelligent capable de détecter et de répondre automatiquement aux variations des flux d’énergie ou aux problèmes.


Source : Alameda County

Le micro-réseau électrique de la prison peut également fonctionner lorsqu’il est connecté au réseau national, ce qui permet à la prison de réduire sa facture d’électricité et de réduire la charge sur le réseau local de distribution d’électricité. Si tout est coordonné correctement, cela permet au gestionnaire du réseau de reporter les renforcements de réseaux.

Pour en savoir plus :

Site de présentation du projet
Présentation du projet de microgrid dans la prison de Santa Rita (en anglais)

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