Technologies clés de la All Electric Society

Dans le contexte de la numérisation industrielle, également appelée Manufacturing-X, la coquille administrative (Asset Administration Shell) peut être décrite comme le jumeau numérique d'un participant au sein d'un ensemble.

L'essence centrale de l'AAS est de mettre à disposition un espace de données de manière standardisée. Cette standardisation crée la base d'un échange de données interconstructeurs vers différents composants ou systèmes. L'AAS ne contient pas seulement des interfaces, mais peut également être utilisée pour les indicateurs CO₂. En mettant à disposition toutes les interfaces et propriétés de manière standardisée, le jumeau numérique ouvre de nouvelles voies d'interconnexion, en particulier pour l'intégration sectorielle, notamment en ce qui concerne les chaînes de création de valeur continues ou les systèmes en réseau.

Les pirates informatiques ne se concentrent plus depuis longtemps sur le seul monde de l'informatique. L'Opération Technology - OT en abrégé - est également dans la ligne de mire. Mais comme les systèmes en réseau et intelligents sont nécessaires à la All Electric Society, ce développement devient lui aussi de plus en plus pertinent.

La sécurité industrielle a pour mission de protéger ces solutions de manière globale. Dans l'idéal, les solutions d'automatisation sont déjà protégées en interne contre les cyberattaques. Il s'agit par exemple des automates de la gamme PLCnext Control de Phoenix Contact, qui sont certifiés selon les exigences de sécurité du TÜV. En fin de compte, tout ce qui a déjà été testé rend la sécurisation d'un système global plus simple et plus rapide - ce qui implique également une étroite collaboration avec les clients au niveau des applications.

La gestion de l'injection est une technologie clé pour les réseaux électriques d'avenir et l'intégration sectorielle qui en découle car elle aide à compenser les quantités volatiles d'électricité absorbées. Elle permet d'intégrer en toute sécurité des installations de production d'énergie décentralisées telles que des installations photovoltaïques, des centrales de cogénération ou des parcs éoliens dans le réseau électrique.

Il s'agit d'injecter l'électricité produite dans le réseau de manière à éviter toute surcharge ou instabilité du réseau. Les opérateurs réseau donnent des directives claires sur l'utilisation de la fréquence et de la tension du réseau ainsi que sur la puissance active et réactive. Le régulateur d'alimentation de Phoenix Contact contribue à relever les défis de l'alimentation régulée. Grâce à un contrôle précis de la puissance injectée, il permet non seulement une intégration efficace des sources d'énergie renouvelables, mais aussi un couplage réussi des secteurs.

L'énergie éolienne et l'énergie solaire dépendent des conditions météorologiques. Pour assurer une alimentation électrique continue, indépendante des fluctuations naturelles, il est donc nécessaire de disposer de dispositifs de stockage d'énergie. Ceux-ci optimisent la gestion de l'énergie en stockant l'énergie excédentaire en période de faible demande et en la restituant en période de pointe. Cela réduit le besoin de centrales électriques de pointe conventionnelles, ce qui contribue à stabiliser le réseau électrique.

Les dispositifs de stockage d'énergie facilitent la transition vers un système énergétique renouvelable, favorise le développement d'infrastructures durables et contribue à la réduction des émissions de CO₂. Il existe de nombreuses possibilités de stocker physiquement ou chimiquement l'énergie disponible qui ne sera nécessaire qu'ultérieurement. Qu'il s'agisse de systèmes de stockage sur batterie, de centrales à accumulation ou de condensateurs, les dispositifs de stockage d'énergie sont essentiels pour un avenir durable et électrifié.

L'augmentation de la production d'énergie décentralisée par des installations solaires, des parcs éoliens et d'autres sources met au défi l'infrastructure des réseaux électriques. Pour une distribution d'énergie flexible et pérenne, les réseaux électriques doivent être développés de manière économique et numérisés car la gestion précise des flux d'énergie permet d'éviter les goulets d'étranglement et devient ainsi la clé de la All Electric Society. L'analyse des données de consommation et de production garantit un développement rentable des infrastructures et une distribution durable de l'énergie.

Qu'il s'agisse de courant alternatif ou de courant continu, la règle générale est que toute conversion du courant d'une forme d'énergie à l'autre s'apparente à une opération à perte. Cette affirmation prend tout son sens dans la All Electric Society, où les frontières entre producteurs et consommateurs sont de plus en plus floues.

Afin de limiter les pertes de conversion, nous misons sur les réseaux de courant continu pour l'intégration sectorielle. Les avantages sont des améliorations sensibles de l'efficacité, des rendements croissants et une installation simplifiée. Les sources d'énergie renouvelables, par exemple, peuvent être intégrées plus facilement car les redresseurs sont en grande partie supprimés. Un autre avantage des réseaux de courant continu : l'énergie de freinage peut être plus facilement récupérée lorsque les moteurs électriques deviennent des générateurs lors du freinage.

Les données créent la transparence. Il est possible d'en tirer des informations qui mettent en évidence les interactions au sein de processus partiels enchaînés. Échanger ces informations nécessite une communication - et c'est dans ce domaine que la technique d'automatisation en particulier connaît un changement structurel : les technologies de communication utilisées par le grand public font de plus en plus leur entrée dans les ateliers de production. Le Time-Sensitive Networking (TSN), un second Single Pair Ethernet (SPE) développé à l'origine pour relier les applications multimédias dans les voitures, en est un exemple.

Dans la All Electric Society, ces technologies améliorent la communication entre les secteurs couplés ; et ce, sans avoir recours à des puces spécifiquement développées. Les économies d'échelle résultant de l'application à grande échelle rendront à l'avenir la communication adaptée encore plus simple et également moins chère.

L'électrification des transports est un aspect clé de la All Electric Society et nécessite une infrastructure de charge intelligente et généralisée. Celle-ci se caractérise par des systèmes intelligents de gestion de la charge, qui sont une condition préalable à l'utilisation efficace des parcs de charge.

Ces systèmes permettent non seulement une charge rapide grâce au High Power Charging (HPC), mais aussi une charge bidirectionnelle dans l'esprit du concept V2G (du véhicule vers le réseau électrique). En effet, les véhicules électriques peuvent non seulement absorber et stocker de l'énergie, mais aussi l'injecter dans le réseau en cas de besoin. Le contrôle de charge intelligent de Phoenix Contact CHARX control est un exemple parfait de l'alimentation de l'énergie selon la priorité et contribue ainsi à la stabilisation du réseau électrique et à l'intégration des énergies renouvelables.

L'écrêtage des pics de charge et le décalage de la charge sont les notions centrales d'une gestion efficace de la charge. Ces deux méthodes permettent d'éviter les charges de pointe coûteuses sur le réseau électrique. L'écrêtage des pics de charge consiste à réduire les pics de charge grâce à l'utilisation ciblée de systèmes de stockage d'énergie et à une gestion durable de l'énergie. Dans le cas du décalage de charge, l'objectif est quant à lui de placer les pics de consommation d'énergie à des moments où la demande est faible.

Pour cela, il faut se faire une idée précoce des quantités requises attendues, par exemple à l'aide d'un monitoring énergétique complet. La gestion de la charge favorise l'efficacité de l'alimentation électrique et contribue à la conception d'une infrastructure énergétique moderne pour la All Electric Society.

L'un des principaux défis de la All Electric Society est de rendre l'électricité produite à partir de sources renouvelables transportable et durable - et donc utilisable de manière découplée dans le temps - dans tous les secteurs.

Une piste : l'électrolyse de l'hydrogène vert produit à partir de l'électricité éolienne ou solaire excédentaire. L'hydrogène peut non seulement être transporté et stocké mais il sert également de base à la synthèse de carburants tels que le méthanol ou l'ammoniac. L'hydrogène est par ailleurs un élément important pour l'industrie des process. Dans les aciéries, l'hydrogène a tout ce qu'il faut pour remplacer le coke issu de la houille et décarboniser ainsi efficacement la production d'acier. Et lorsqu'il est utilisé comme « carburant » pour les piles à combustible, l'oxydation contrôlée de l'hydrogène produit une grande quantité d'énergie électrique et thermique. Les deux peuvent être utilisés - et ce, au moment où l'énergie est nécessaire.