L'île Samish, dans l'État de Washington, se situe entre la baie de Padilla et la baie de Samish, dans le Puget Sound. Une unique ligne de distribution, entretenue par Puget Sound Energy, relie cette communauté côtière isolée au réseau électrique principal.
En 2017, Bob Pavia, propriétaire d'une maison sur l'île Samish, a envoyé un e-mail à PSE après avoir trouvé un contact sur son site Web. Il a proposé l'idée d'installer un microréseau solaire pour fournir une alimentation de secours à la caserne de pompiers de l'île. « Les habitants [de l'île Samish] bénéficiaient déjà de l'énergie solaire, » explique M. Pavia. « J'ai demandé comment nous pouvions aider PSE et la caserne de pompiers à rester alimentées en énergie grâce à l'énergie solaire. »M. Pavia avait déjà discuté de ce concept avec le chef des pompiers Michael Collins, qui soutenait l'idée. Habitant sur l'île depuis 1981, M. Collins avait connu de nombreuses pannes de courant et, en tant que chef des pompiers bénévoles, il comprenait la nécessité d'une alimentation électrique de secours fiable. PSE a répondu favorablement à cette proposition.« Ils étaient ouverts à cette idée, » poursuit M. Pavia. « L'une de leurs premières questions a été de savoir si la communauté de l'île Samish soutiendrait le projet. » Sans hésiter, M. Pavia leur a dit oui.Joe Do, ingénieur principal chez PSE et responsable technique du projet de l'île Samish, explique cet intérêt : « Nous recherchions une communauté pour démontrer l'utilisation d'énergie propre tout en augmentant la résilience de notre système. » Un microréseau doté de systèmes de commande avancés et d'une production photovoltaïque (PV) pouvait répondre aux besoins de la communauté et du service public.M. Do a abordé le projet de l'île Samish comme une démonstration de faisabilité pour les futurs microréseaux PSE : un modèle évolutif pour guider des initiatives similaires. La société de services publics avait déjà fait de l'intégration des ressources énergétiques distribuées et des microréseaux une priorité dans le cadre de sa stratégie de modernisation du réseau, conformément au Clean Energy Transformation Act (CETA) de l'État de Washington.
« Une fois que nous avons décidé de mettre en place un contrôleur de microréseau évolutif, la question suivante était : puisque nous ne possédons pas toutes les compétences nécessaires pour le mettre en œuvre nous-mêmes, vers qui devons-nous nous tourner ? » M. Do poursuit : « Il s'agissait bien sûr de SEL pour ses services d'ingénierie, ainsi que pour la plateforme de commande. » PSE travaillait déjà avec SEL depuis des années, intégrant ses produits et ses solutions à l'échelle de son réseau. Le microréseau de l'île Samish nécessitait une automatisation et une plateforme sécurisée et fiable ; PSE était convaincue qu'une collaboration avec SEL permettrait de fournir une solution adaptée aux besoins de l'île.
Maintenir les infrastructures critiques en service
PSE et SEL ont commencé à travailler sur une solution personnalisée. Le projet de microréseau de l'île Samish comprenait des systèmes photovoltaïques installés sur les toits de trois maisons, dont celle de M. Pavia, et un réseau au sol de 8 kW installé derrière la caserne de pompiers.Au cours de la phase de développement, Gabe Berbig, ingénieur en automatisation des systèmes de protection spéciaux pour les Services d'ingénierie de SEL (ES), a rejoint le projet. Il a déterminé que la solution optimale pour coordonner le microréseau, la batterie et le système photovoltaïque avec le réseau principal comprenait un Système de gestion et de commande de l'alimentation électrique powerMAX de SEL associé à un contrôleur d'automatisation en temps réel (RTAC) SEL-3555.SEL powerMAX est une plateforme de gestion de microréseaux composée de relais de protection, de contrôleurs, de logiciels, de systèmes de cybersécurité et de traitement logique. La plateforme d'automatisation RTAC constitue le cœur de la solution : elle assure le traitement logique nécessaire à la coordination de tous les éléments du système et surveille en permanence la connexion au réseau, la charge du système et l'état de la batterie.
« Nous avons opté pour la solution RTAC SEL pour assurer la commande du microréseau, car elle prend en charge de nombreux langages de communication et s'impose comme un dispositif OT sécurisé qui correspond parfaitement à nos exigences de sécurité. »
Pour programmer le RTAC, M. Berbig a étudié le système de stockage de batterie KORE Power 50 kW/332 kWh choisi par PSE pour le projet. Le système de stockage d'énergie par batterie comprend un onduleur et plusieurs batteries au lithium. « Les onduleurs fonctionnent différemment des générateurs, et il existe de nombreuses façons d'utiliser cette flexibilité », explique-t-il.La solution SEL powerMAX offre également une flexibilité pour différents cas d'utilisation. En fonctionnement normal, c'est le réseau principal de PSE qui fournit l'électricité sur l'île Samish. Tout surplus d'énergie photovoltaïque produit par les trois maisons et la caserne connectées au microréseau alimente la batterie afin de maintenir sa charge et d'assurer une alimentation de secours en cas d'incident. powerMAX permet également au système de réinjecter l'énergie photovoltaïque produite dans le réseau principal afin de compléter l'alimentation électrique lors des pics de consommation.Lorsqu'un défaut survient sur la ligne principale, une commande de disjoncteur à réenclenchement avancée SEL-651R déclenche le disjoncteur à réenclenchement PSE au point de couplage commun (PCC). powerMAX isole les habitations et la caserne de pompiers en toute transparence, permettant ainsi au microréseau de fonctionner de façon indépendante et de maintenir un équilibre de charge en temps réel à des vitesses inférieures au cycle. powerMAX assure également la stabilité en surveillant en permanence le système, tant du côté du microréseau que du côté du réseau de service public.
Les équipes de PSE et SEL ont conçu une solution personnalisée qui comprend plusieurs batteries KORE Power pour le stockage de l'énergie, une horloge de réseau synchronisée par satellite SEL-2488 pour un réglage précis du temps, une passerelle de sécurité Ethernet SEL-3620 et plusieurs contrôleurs d'automatisation en temps réel. Une commande de disjoncteur à réenclenchement SEL-651R communique avec un disjoncteur à réenclenchement et le système de commande de microréseau pour s'isoler du réseau électrique et se resynchroniser avec celui-ci.
En cas de pannes de courant, le microréseau alimente les trois maisons et la caserne de pompiers en utilisant l'énergie stockée dans le système de stockage par batterie, tandis que le système photovoltaïque continue d'injecter l'énergie excédentaire dans le microréseau pour aider à maintenir la charge des batteries. Le système envoie des alertes par e-mail et par SMS aux foyers et à la caserne de pompiers, avec des mises à jour de l'état du système et du niveau des batteries.« Tant que la panne persiste, des alertes continuent d'être envoyées pour informer les habitants de l'état de la batterie, afin qu'ils puissent choisir de préserver de manière proactive la durée de vie de la batterie en réduisant leur consommation », explique M. Barr. Une fois que PSE rétablit le courant, le système de commande de microréseau resynchronise automatiquement de manière transparente les habitations et la caserne de pompiers avec le réseau principal. Grâce aux relais SEL et au RTAC, powerMAX adapte la tension, la fréquence et l'angle de phase pour éviter d'endommager l'équipement et garantir une reconnexion sûre. powerMAX déclenche la fermeture du disjoncteur au niveau du PCC, ce qui rétablit en toute sécurité la connexion au réseau sans interrompre l'alimentation électrique des habitations ou de la caserne de pompiers.
Des tests très prometteurs en laboratoire et sur site
Avant d'installer le système sur l'île Samish, M. Berbig et les autres membres de l'équipe SEL ES ont effectué des simulations et des tests de matériel dans la boucle (hardware-in-the-loop testing) rigoureux à l'aide d'un simulateur de flux de puissance universel (UPF) reposant sur un RTAC. La bibliothèque UPF fournissait des outils de programmation pour modéliser le système de stockage sur batterie de l'île Samish et son rôle dans la surveillance de la tension, de la fréquence, du disjoncteur à réenclenchement et des charges dans des conditions réelles. Les tests se sont avérés concluants.Une fois sur site, PSE et SEL ont effectué des tests supplémentaires, notamment des transitions entre le raccordement au réseau et les états d’îlotage. Pour éviter de perturber l'alimentation électrique de la communauté lors des tests initiaux, PSE a temporairement basculé les habitations et la caserne de pompiers sur une ligne alternative en utilisant des disjoncteurs à réenclenchement et simulé une charge avec un bloc de charge pour reproduire la demande du microréseau lors d'une panne. « Nous avons soumis le système à des tests de résistance intenses, » déclare M. Berbig. « Nous l'avons démarré, arrêté, et avons exécuté les commandes de microréseau sur toutes ses séquences afin de pouvoir confirmer le rétablissement dans de nombreux scénarios différents. » Grâce au soutien indéfectible de la communauté, PSE a également pu réaliser un test de redémarrage après avoir raccordé les trois maisons et la caserne de pompiers au microréseau. Cela a nécessité une déconnexion complète du réseau principal (une coupure totale de courant) afin de confirmer que le microréseau pouvait alimenter les utilisateurs de manière sûre et efficace en utilisant uniquement le système de stockage par batterie.
« Je suis très impressionné par le souci du détail et l'attention portée aux questions de sécurité dont a fait preuve PSE pour garantir la sécurité et l'efficacité du fonctionnement, » a déclaré M. Collins. « J'ai vu d'autres projets en milieu industriel, donc je sais que des difficultés peuvent survenir. Pourtant, PSE était sur le terrain par tous les temps — sous la pluie, parfois sous des tentes — pour résoudre les moindres bugs de programmation. C'était remarquable. »
Cette collaboration démontre l'importance de la communauté
Au cours de la première saison des tempêtes suivant sa mise en œuvre, le système de commande de microréseau SEL powerMAX a isolé le microréseau et a maintenu une tension et une fréquence stables à travers cinq évènements d'isolation, tout en supportant la charge de la caserne de pompiers et des trois maisons connectées. Le projet de microréseau de l'île Samish a renforcé la relation de collaboration entre PSE, SEL et la communauté locale, démontrant que les projets à petite échelle offrent des opportunités uniques que les projets de plus grande envergure ne peuvent pas proposer. Par exemple, les entreprises de services publics effectuent rarement des tests de redémarrage à froid en raison des perturbations qu'ils occasionnent pour les clients. Compte tenu de leur confiance envers PSE et SEL, le chef Collins, M. Pavia et les deux autres propriétaires ont accepté non pas un seul test de redémarrage, mais trois.« De nombreuses personnes ont contribué à ce projet au fil du temps, » souligne M. Do. « Beaucoup de gens travaillaient en coulisses. »Les collaborations qui favorisent le partage d'expertise et la croissance sont essentielles à mesure que les ressources à base d'onduleurs et l'intégration des énergies renouvelables se généralisent. M. Barr qualifie souvent le microréseau de l'île Samish de « laboratoire opérationnel », un environnement permettant de mieux comprendre les capacités des microréseaux et d'appliquer ces connaissances à des projets futurs.
« Il est possible d'identifier et de quantifier toutes les informations provenant de Samish. C'est un mini-site de génération de données. »
M. Berbig trouve lui aussi que les deux équipes ont acquis des connaissances importantes sur les systèmes de microréseaux. « Tous les techniciens et ingénieurs de relais [de PSE] m'ont inspiré confiance : je savais que si j'avais une question ou un problème à résoudre, nous avions les bonnes personnes pour trouver les solutions. »PSE continue d'améliorer le microréseau en utilisant les données en temps réel de powerMAX et les retours d'expérience des habitants de l'île Samish. L'investissement de PSE dans la fourniture d'une alimentation de secours, notamment pendant la saison des tempêtes, procure aux résidents un sentiment de sécurité et renforce la résilience de la communauté. Ce projet illustre l'engagement de PSE à fournir une énergie sûre et fiable et à mettre en œuvre des changements significatifs.« Disposer d'une source d'électricité de secours est un objectif que nous poursuivons depuis longtemps, » conclut le chef Collins. « Nous disposons désormais d'une alimentation électrique fiable et suffisamment importante pour nous permettre de poursuivre nos activités, de maintenir l'éclairage et de pouvoir sortir de nos locaux pour servir notre communauté comme elle l'attend. »