réseaux d'énergie naturelle : Révolution numérique dans les sous-stations électriques

Distribuer, c'est du passé. Pendant des décennies, l'énergie a en effet été simplement distribuée, dans une seule direction, depuis les centrales à charbon et nucléaires fonctionnant en continu jusqu'aux consommateurs finaux, en passant par les sous-stations électriques - plusieurs fois transformées vers le bas -  

Cette "rue à sens unique" tranquille est devenue, pour reprendre l'image du trafic routier, un réseau routier animé en centre-ville. Le mix énergétique actuel varie d'heure en heure en fonction du vent et de la météo, il n'existe pratiquement plus de charge de base fiable. De plus, les exploitants d'éoliennes et de panneaux solaires alimentent de manière décentralisée au niveau de la moyenne et de la basse tension, le réseau électrique fonctionne donc désormais en mode bidirectionnel.

Les stations de recharge pour voitures électriques et les pompes à chaleur entraînent une consommation supplémentaire, et même les anciens profils de charge bien connus avec le "pic" en début de soirée ne sont plus valables. La qualité de l'approvisionnement doit cependant toujours être garantie, tout comme la fréquence de 50 Hz.

Les exploitants de réseaux sont confrontés à une tâche colossale. Ils doivent rendre leurs réseaux aptes à répondre à ces exigences complexes. Pour naturenergie netze, cela implique la construction de nouvelles stations de transformation, mais aussi la modernisation de certaines stations existantes.

Les défis ne consistent pas seulement à adapter les centrales à la demande croissante d'électricité. Il s'agit plutôt de les rendre beaucoup plus flexibles en termes de sources et de flux d'énergie, ainsi que de contrôle précis du courant.

Les réseaux naturenergie ont anticipé cette évolution et travaillent actuellement sur un projet pilote dans le cadre de la modernisation d'une installation. La transformation de la sous-station de Rheinfelden est ainsi planifiée et projetée à l'aide d'un concept numérique. La nouveauté réside dans l'approche adoptée dès le travail préparatoire. Rainer Beck, coordinateur dans le domaine du développement du réseau : "Avant de passer à la planification, nous créons un jumeau numérique de la sous-station, c'est-à-dire une image numérique avec toutes les données aussi bien pour les composants conducteurs de courant - la technique primaire - que pour le niveau de commande - la technique secondaire - et bien sûr pour les bâtiments avec toute la périphérie. Ce jumeau numérique est la base de notre planification des transformations."

Cette tâche est également exigeante parce que la technique primaire et la technique secondaire sont planifiées avec des outils logiciels CAO différents. Elle a pu être résolue dans le cadre de ce projet pilote grâce au fait que deux fournisseurs leaders - entegra avec la solution logicielle primtech pour la technique primaire et Eplan pour la technique secondaire - se sont préparés au sein du groupe de travail VDE ETG "Jumeaux numériques pour les systèmes d'énergie électrique" à ce qui était précisément nécessaire à naturenergie netze pour la première étape de planification (préliminaire) : la réunion des techniques primaire et secondaire dans un modèle homogène.

Pour ce projet unique en son genre, entegra et Eplan étaient à la recherche d'un gestionnaire de réseau de distribution innovant, capable d'apporter un projet pilote en tant que tiers à la Confédération. Le contact avec naturenergie netze est alors arrivé à point nommé - d'autant plus qu'il s'agit d'un projet complexe.

Rainer Beck : "Nous allons ici renouveler toute la technique secondaire dans une sous-station existante et très complexe - et ce, sans interruption de l'exploitation". L'incitation à participer à ce projet est évidente : "La planification et la mise en œuvre de la modernisation prendraient normalement deux à trois ans. Avec la nouvelle méthode de planification, cela ira nettement plus vite". Tous les participants en sont convaincus.

Matthias Schuy, Business Development Manager chez entegra : "Ce que nous faisons ici - intégrer les techniques primaires et secondaires d'une sous-station dans un jumeau numérique - est unique à ce jour et promet de grands avantages". Peut-on être plus concret ? Rainer Beck : "Bien sûr. Après tout, nous devons démontrer que les dépenses uniques que nous investissons seront rapidement amorties. Après la première phase du projet, celle de la planification préalable, un gain de temps considérable se dessine pour la transformation des sous-stations, et ce pour chaque projet."

La première étape du projet a consisté à numériser la sous-station, à photographier les plaques signalétiques et à synchroniser les données de technologie primaire générées avec celles du système de gestion des actifs. Le résultat a été un modèle 3D valide et fonctionnel de la sous-station dans primtech. Les enregistrements créés dans primtech ont ensuite été exportés de manière entièrement automatique vers Eplan via une interface et la technique secondaire a été planifiée dans Eplan sur cette base.

Pour finir, les données de la technique secondaire ont été intégrées dans le jumeau numérique. Ces travaux sont presque terminés. La documentation de l'État actuel a permis de poser les bases d'un remplacement efficace de la technique secondaire de la sous-station. "C'est une étape très importante. Toutes les données ont été vérifiées. En principe, le principe de 'Single Source of Truth' est respecté. Dans ce contexte, les données des systèmes d'origine ne sont pas touchées et sont reliées au jumeau numérique. Cela permet d'éviter les redondances qui pourraient devenir problématiques à l'avenir", explique Jan Oliver Kammesheidt, Global Vertical Market Manager Energy chez Eplan. 

Pour l'architecture du modèle de données commun, les participants ont réalisé une infrastructure particulière, conformément à l'idée de jumeaux. "Il n'y a pas un système leader, mais seulement différentes vues sur un seul et même modèle. Le jumeau numérique ouvre à chaque fois une fenêtre sur les systèmes - par exemple de primtech vers Eplan ou vers SAP. Le jumeau numérique remplit ainsi l'une de ses fonctions essentielles, à savoir offrir un accès centralisé à toutes les informations pertinentes de la sous-station", explique Matthias Schuy.  ;  

La constellation tripartite d'entegra, d'Eplan et du gestionnaire de réseau de distribution a été facilitée, voire rendue possible, parce que naturenergie netze a acheté il y a deux ans à Eplan les solutions logicielles Eplan Electric P8 et Eplan Pro Panel pour la planification des techniques secondaires, c'est-à-dire de commande. Simon Rümmele, chef de projet dans le domaine du développement du réseau, en était et en est toujours responsable : "Avec Eplan, nous pouvons faire avancer la standardisation et une ingénierie plus efficace de la technique secondaire - et une planification continue que nous pouvons également utiliser dans l'exploitation, pour la maintenance préventive et pour les révisions." 

Le Projet montre : Les utilisateurs dans le secteur de l'électricité profitent des expériences et des solutions issues de la construction mécanique. Dans ce domaine - où Eplan est actif depuis des décennies - la standardisation et l'"industrialisation" des techniques de commande et de commutation sont bien établies.

Cette étape n'est souvent pas encore franchie pour les sous-stations, mais elle doit l'être. "Jusqu'à présent, les sous-stations étaient planifiées individuellement et construites comme des pièces uniques, comme dans une manufacture. Mais cela ne permet pas de répondre aux besoins de modernisation et de construction de nouveaux bâtiments qu'implique la transition énergétique.

Le secteur doit nettement plus standardiser qu'il ne l'a fait jusqu'à présent. Nous soutenons cette démarche et sommes heureux d'avoir trouvé un partenaire innovant en la personne de naturenergie netze. Grâce au jumeau numérique commun pour les techniques primaires et secondaires, nous accélérons considérablement le processus tout en le rendant plus sûr", explique Jan-Oliver Kammesheidt. 

C'est précisément l'intention de naturenergie netze, comme l'explique Simon Rümmele : "Nous voulons et devons numériser davantage, car nous y voyons des opportunités et des facilités pour l'avenir. C'est pourquoi nous essayons les technologies les plus récentes et allons également utiliser d'autres pilotes dans notre sous-station de Rheinfelden. Et avec Rittal, l'entreprise sœur d'Eplan, nous avons en outre un partenaire solide à bord pour la transformation du 'hardware', l'ensemble de la technique des armoires électriques."

La standardisation, pour laquelle le jumeau numérique commun d'entegra et d'Eplan crée une condition préalable, était également à l'ordre du jour de naturenergie netze depuis longtemps. Rainer Beck : "Nous pouvons imaginer utiliser deux concepts et bâtiments standard dans le domaine du 110 kV, sur la base desquels nous formerions des variantes. Nous y travaillons également avec les fournisseurs primaires centraux.

Cela permettra également d'économiser du temps et des efforts de planification. Et nous devons le faire, car nous serons obligés d'adapter une grande partie de nos sous-stations aux nouvelles exigences. Le jumeau numérique et les travaux préparatoires réalisés par entegra et Eplan nous y aideront. Dans le cadre d'une collaboration partenariale, nous élaborons vraiment ici une innovation qui contribuera à ce que nous puissions développer nos réseaux pour l'avenir - avec une grande efficacité."

Mais naturenergie netze ne sera pas la seule à profiter de ce Projet. Jan-Oliver Kammesheidt : "Les gestionnaires de réseaux de distribution échangent ouvertement, car ils ne sont pas en concurrence. L'intérêt est déjà grand. Je suis certain que ce que nous élaborons ici et au sein du groupe de travail de la VDE sera utilisé par de nombreux gestionnaires de réseau pour pouvoir planifier et réaliser plus rapidement leurs projets de transformation et de construction."

©Images (Rittal et Eplan)