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La solution de miniréseau joue un rôle important sur le campus

Aerial view of Montclair State University

Lorsque l’ouragan Sandy a déferlé sur le New Jersey en 2012 et a privé plus de 2 millions d’habitants d’électricité, l’université d’État de Montclair (MSU) a décidé d’installer un miniréseau de campus. Ainsi, la prochaine fois qu’un ouragan endommagera le réseau électrique principal, la deuxième université de l’État pourra continuer à produire sa propre électricité.

Lorsque les vents violents de Sandy ont fait tomber les arbres et les lignes électriques, il a fallu une semaine pour rétablir totalement le courant dans la MSU et reprendre les cours. Mais ce n’est pas le passage d’un énième ouragan qui a renforcé la nécessité d’un miniréseau (réseau électrique autonome qui fonctionne en synchronisation avec le réseau principal ou indépendamment) au sein de l’établissement.

Ce sont une voiture et un urubu à tête rouge.

En mai 2016, la turbine de la centrale électrique de l’université est hors service à des fins d’entretien annuel lorsqu’une voiture percute un poteau électrique, ce qui met l’une des deux artères de 26 kV du fournisseur local alimentant le campus hors d’état de marche. Peu de temps après, la seconde artère tombe en panne également.

« Un grand urubu à tête rouge s’est perché sur une ligne électrique, a déployé ses ailes et a créé un contact entre deux lignes, ce qui a fait sauter les fusibles et laissé le campus sans électricité », explique Shawn Connolly, vice-président des installations universitaires de la MSU. « À l’exception de la production d’urgence pour les charges essentielles, nous avons perdu l’électricité dans l’ensemble du campus pendant toute une après-midi. »

Sans électricité pour l’éclairage ou les ordinateurs, l’université a dû repousser les examens finaux et prolonger le semestre universitaire d’une journée complète, ajoute-t-il.

Découvrez comment un urubu à tête rouge perché sur une ligne électrique a entraîné l’annulation des examens pendant toute une journée.

« Pour nous, une coupure de courant est toujours un gros problème », déclare-t-il. « Mais en période d’examen, c’était encore pire. Et comme nous avons dû rattraper une journée, cela a coûté cher. »

Les administrateurs de la MSU étaient conscients qu’un bon miniréseau pouvait maintenir l’alimentation en électricité si le réseau principal venait à tomber en panne, permettant ainsi à l’université de réaliser des économies. Mais ils savaient également qu’installer la technologie qui convient allait au-delà du miniréseau lui-même. Il fallait ajouter une nouvelle unité intelligente au campus.

L’intelligence d’un miniréseau réside dans son unité de commande. Il s’agit du logiciel et des éléments de commande qui le régissent pour effectuer et coordonner des tâches, que ce soit par « îlotage » transparent pendant les coupures de courant ou par réponse automatique aux variations de charge. C’est dans le but de fabriquer cette « unité intelligente » sur mesure pour le miniréseau de la MSU que Schweitzer Engineering Laboratories (SEL) a été sélectionnée.

Des partenariats de financement à la hausse

Située à seulement 20 km de la ville de New York, la MSU est une université de recherche publique qui accueille plus de 21 000 étudiants, soit près de 2 fois plus qu’il y a 20 ans. Dans l’entrée principale se trouve une statue en bronze de 3,60 m représentant une buse à queue rousse, la mascotte de l’école. Des rues et allées bordées d’arbres traversent le campus de 102 hectares, qui se démarque par ses bâtiments de style renouveau des missions espagnoles avec leurs murs de stuc blanc et leurs corniches suspendues en terre cuite.

Deux de ces bâtiments côte à côte le long du Yogi Berra Drive ne laissent rien paraître des prouesses technologiques qui sont accomplies à l’intérieur. Le plus grand des deux bâtiments contient l’installation combinée de chauffage, climatisation et électricité (CHCP) en service depuis 2013. Relié par une petite allée se trouve le second bâtiment, plus petit, qui abrite la technologie de miniréseau de la MSU, en service depuis début 2018.

Les deux installations ont été financées par des partenariats publics-privés entre la MSU et la société de développement énergétique du New Jersey, DCO Energy. Ces partenariats ont permis de mettre en service l’installation CHCP, puis le miniréseau, déclare Connolly.

« C’est un excellent outil de financement pour les projets énergétiques clés, en particulier pour les établissements d’enseignement supérieur qui sont confrontés à des budgets de plus en plus serrés », explique-t-il.

Malgré sa croissance rapide, la MSU est fière du nombre moyen d’élèves dans ses classes (23 étudiants) et du fait que les cours soient dispensés par des professeurs et non des assistants.

Coulisses d’un « vrai miniréseau »

L’installation CHCP de 5,4 MW de l’université fournit de la vapeur pour le chauffage et de l’eau réfrigérée pour la climatisation, tout en produisant également de l’électricité à l’aide de gaz naturel. Elle couvre 85 % des besoins en électricité de l’université, le reste provenant du réseau régional.

De la gauche vers la droite : Shawn Connolly, vice-président des installations universitaires de la MSU, discute avec Bharat Tummala, responsable des services d’ingénierie SEL, et Kyle Gandy, responsable du secteur électrotechnique de DCO Energy, à l’extérieur de l’installation CHCP du campus.

Ce type de configuration n’est pas inhabituel sur les grands campus, et ça fonctionne bien, jusqu’à ce que quelque chose tourne mal. Des perturbations dues à des ouragans, à de fortes chutes de neige, à des accidents de voiture et même à un animal errant peuvent parfois interrompre la connexion avec le réseau central, ce qui affecte l’alimentation du campus.

« Avec 6 000 étudiants sur le campus, un vaste réseau de bâtiments et des programmes de recherche doctorale qui mettent en jeu des spécimens et des équipements sensibles à la température, nous avons besoin d’électricité 24 heures sur 24 », explique Connolly.

C’est là que le miniréseau au gaz naturel entre en jeu. Ce nouvel élément fonctionne en duo avec l’installation CHCP pour fournir une électricité supplémentaire et une technologie de réseau intelligent.

« Nous avons développé un vrai miniréseau, dans tous les sens du terme », déclare Kyle Gandy, responsable du secteur électrotechnique chez DCO Energy.

Au cœur de ce vrai miniréseau se trouve l’unité de commande de SEL. Avant son installation, les ingénieurs de SEL ont réalisé des tests rigoureux selon la technique « hardware in the loop » pour assurer son interface avec le modèle de miniréseau dans une multitude de scénarios de simulation.

Elle s’en est sortie avec brio.

Non seulement l’unité de commande réagit aux perturbations électriques survenant hors du campus en quelques millisecondes, mais elle détermine également quand et où il faut fournir ou stocker de l’électricité, et en quelle quantité, affirme Gandy.

« La résilience est essentielle pour les miniréseaux, et c’est justement ce pour quoi celui-ci a été conçu », explique-t-il. « En cas de coupure du réseau principal, le miniréseau de la MSU passera en mode îlotage de manière transparente et rétablira automatiquement la charge. Il ne coupera pas. Il ne nous laissera pas dans le noir. Personne ne se rendra compte de rien. »

Le système de contrôle sophistiqué du miniréseau régit ces transitions fluides. Pourtant, selon Gandy, ses avantages ne sont pas qu’opérationnels, ils sont également financiers.

« Le miniréseau de Montclair permet de dégager des économies importantes en réduisant les coûts de l’électricité et en gérant l’utilisation de l’énergie sur site pour éviter les tarifs des heures de pointe tout en assurant la stabilité du réseau », déclare-t-il.

Par exemple, dans une relation d’échange avec le réseau régional, l’unité de commande du miniréseau peut automatiquement réguler l’électricité achetée sur le réseau lorsque la demande sur le campus est élevée. Toutefois, elle peut également soulager le réseau en vendant de l’électricité pendant les pics de demande dus aux vagues de chaleur qui sévissent dans la région.

En bref, non seulement le miniréseau guidé par logiciel de l’université renforce la résilience, augmente l’efficacité énergétique et réduit ainsi les émissions, mais il permet également d’économiser et de gagner de l’argent, déclare Connolly de la MSU.

« Chaque année, nous économisons 4 millions de dollars », lance-t-il. « C’est environ 20 % de notre facture d’électricité. Notre facture d’électricité serait majorée de 20 % si nous n’avions pas emprunté cette voie. »

Les miniréseaux contrôlés par SEL permettent un îlotage réellement transparent, une autosynchronisation, un délestage en moins d’un cycle et plus encore. Découvrez les solutions de protection et de contrôle de miniréseau de SEL.

Découvrez les solutions de miniréseau

Découvrez les différents moyens utilisés par la MSU pour réaliser des économies en ayant un « vrai miniréseau » sur le campus, grâce au système de contrôle sur mesure de SEL.

Un QI supérieur

Connolly espère que les bénéfices dégagés grâce au projet de miniréseau de la MSU inspireront les autres universités.

« Ce sont des candidates naturelles aux miniréseaux », dit-il. « Qu’il s’agisse d’assurer la sécurité des étudiants ou de protéger des laboratoires de recherche coûteux, les campus ont besoin d’électricité 24 heures sur 24, 7 jours sur 7. »

De plus, comme bon nombre d’universités possèdent des installations de cogénération sur site, l’ajout d’un miniréseau leur permet généralement de fonctionner plus efficacement et d’économiser de l’argent au passage. Et pour finir, les miniréseaux peuvent fournir un flux de rentrées grâce à la vente d’électricité vers le réseau régional lorsque les conditions le permettent.

Mais une unité de commande intelligente est nécessaire pour créer ce type d’écosystème énergétique. Sans cela, un miniréseau serait un mélange inerte de technologies énergétiques, affirme Bharat Tummala, responsable des services d’ingénierie de la filiale King of Prussia de SEL en Pennsylvanie, qui a supervisé le projet à la MSU.

Au lieu de produits en vente libre fabriqués par une seule et même société, la plupart des miniréseaux sont développés par différents prestataires dont les équipements comprennent des générateurs, des onduleurs, des commutateurs et du câblage, explique-t-il.

« Une bonne unité de commande est capable d’échanger avec ces technologies et de les amener à fonctionner ensemble en toute fluidité », dit-il.

Bharat Tummala de SEL explique comment les différents scénarios et fonctions sont testés lors du réglage de la production et du délestage.

SEL est apte à assurer cette cohésion ; elle construisait des unités de commande sur mesure pour répondre aux besoins des clients avant que le terme miniréseau n’entre dans le jargon du secteur.

« SEL a compris la valeur des miniréseaux et de leurs unités de commande bien avant l’ouragan Sandy », déclare Tummala, ajoutant que la société a mis en œuvre des systèmes de commande pour d’autres universités, communautés, sites militaires et installations industrielles.

De plus, un élément majeur d’un système de contrôle SEL est le relais de protection numérique, technologie inventée en 1982 par le Dr Edmund O. Schweitzer III, fondateur de SEL, et qui a assuré sa réussite.

Des années d’expérience et de résolution de problèmes, combinées à l’utilisation de produits SEL fabriqués sur place « nous permettent de fournir un produit sur mesure à la fois intelligent et puissant, pour atteindre les objectifs de nos clients », affirme Tummala.

La preuve se trouve dans un bâtiment de style renouveau des missions espagnoles, à la MSU.

Les relais de protection numériques SEL permettent à la MSU de détecter rapidement les anomalies électriques et d’y remédier.

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Si une autre catastrophe naturelle ou un autre urubu à tête rouge devait débarquer et provoquer une panne du réseau électrique régional, le résultat devrait être bien différent, assure Tummala.

« Notre relais de découplage détecterait immédiatement la perturbation et ouvrirait les disjoncteurs qui isolent le campus », explique-t-il. « Ensuite, très rapidement, l’unité de commande analyserait l’état du système et donnerait des ordres pour assurer sa stabilité. »

Tout cela se produirait en quelques millisecondes.

« Les lumières ne vacilleraient même pas », dit-il.

En bref, contrairement à ce qui s’est passé en mai 2016, les étudiants pourraient finir leurs examens, rentrer chez eux et boucler un semestre supplémentaire à la MSU.

—Fin—


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