La mise à la retraite des moyens de production synchrones entraîne une perte de sources essentielles de stabilité pour les réseaux électriques du monde entier. Les technologies grid-forming (GFM) seront indispensables pour remplacer cette capacité et garantir la résilience des réseaux électriques face aux chocs lors de la transition.

La plupart des générateurs à base d’onduleurs existants dans le NEM utilisent des onduleurs grid-following (GFL), conçus pour maximiser la puissance active injectée sur le réseau. Ce choix d’onduleur est logique pour les technologies intermittentes qui ne peuvent pas ajuster facilement leur production. Mais à mesure que les centrales thermiques ferment, le réseau dispose de moins de fournisseurs d’inertie et de robustesse système.

Cet article examine l’état du GFM dans le NEM, l’un des marchés les plus avancés pour cette technologie. Il explore ce qu’est le GFM, comment les premiers projets ont été financés, et la différence de coût entre GFM et GFL.

Résumé exécutif :

• Les batteries GFM utilisent des commandes d’onduleur avancées pour créer leur propre forme d’onde de tension. En agissant comme source de tension, elles peuvent fournir des services de soutien au réseau.
• Douze batteries GFM sont désormais en service dans le NEM. L’ARENA et d’autres programmes de financement publics ont soutenu la plupart de ces projets à ce jour.
• Les batteries GFM sont de plus en plus sollicitées pour fournir des services système dans le NEM. Trois batteries GFM ont été contractées pour assurer le soutien de tension, l’inertie synthétique et la stabilité du réseau.
• Le coût de construction d’une batterie GFM dans le NEM est aujourd’hui quasiment identique à celui d’une GFL. Le GFM nécessite des tests plus rigoureux, ce qui rend cette partie du processus légèrement plus coûteuse.

Qu’est-ce qu’une batterie grid-forming ?

Les batteries grid-following maximisent la puissance produite par un générateur vers le réseau, mais ne répondent pas activement aux besoins du réseau. Elles ne peuvent pas fournir de services de soutien comme la robustesse système ou la régulation de tension, ce qui les rend vulnérables à des limitations lors de perturbations du réseau.

Les batteries grid-forming utilisent des commandes d’onduleur avancées pour établir et réguler la tension et la fréquence à leur point de connexion. Cela leur permet de réagir aux conditions locales du réseau et de soutenir la stabilité via des services comme la régulation de tension, le contrôle de fréquence et l’inertie synthétique.

Les batteries GFM offrent un meilleur soutien système et une flexibilité opérationnelle accrue

Les batteries GFM créent leur propre forme d’onde de tension au lieu de dépendre du réseau. En agissant comme source de tension, elles disposent de capacités allant au-delà de la simple fourniture d’énergie.

Les principales capacités des systèmes BESS grid-forming incluent :

• Soutien en tension et puissance réactive : Elles peuvent maintenir la tension du réseau et injecter ou absorber rapidement de la puissance réactive lors de perturbations. Mesuré en MVAr.
• Soutien au niveau de court-circuit : Les batteries GFM peuvent délivrer des pics de courant élevés lors de défauts, renforçant la capacité de tenue aux défauts et le soutien aux systèmes de protection. Mesuré en MVA.
• Réponse inertielle : Les batteries GFM fournissent une inertie synthétique via leurs systèmes de commande, ralentissant la variation de fréquence lors de perturbations. Mesuré en MW.s.
• Fonctionnement en mode îloté : Les batteries GFM peuvent maintenir le fonctionnement stable d’un système local, même isolé du réseau principal.

Grâce à ces fonctions, les batteries GFM peuvent offrir des services de soutien au réseau historiquement assurés par les centrales à charbon et à gaz.

Dans le NEM, la participation à ces services n’interfère généralement pas avec la fourniture d’énergie ou la participation FCAS, car la plupart sont assurés via la puissance réactive. L’inertie s’appuie sur la puissance active, mais la marge nécessaire est faible et l’impact sur les revenus reste minime.

Superposer ces services aux sources de revenus classiques permet aux batteries de les fournir à un coût bien inférieur à celui d’autres prestataires de stabilité.

La Commission australienne du marché de l’énergie estime le coût de fourniture d’inertie selon les technologies comme suit :

Cela positionne les batteries GFM comme les fournisseurs d’inertie les moins chers à l’avenir.

Le soutien public a permis le déploiement de tous les BESS grid-forming à ce jour

Actuellement, douze batteries GFM sont opérationnelles sur un total de 30 dans le NEM. Le programme pilote initial d’ARENA a financé cinq de ces projets, principalement dans des zones à faible robustesse système en Nouvelle-Galles du Sud et en Australie-Méridionale. Le second programme ARENA, le Large Scale Battery Storage Funding Round, a soutenu la modernisation et la mise en service de trois batteries grid-forming de plus de 200 MW chacune.

Ce soutien a permis de réduire les risques pour les développeurs et les fabricants, leur offrant l’opportunité de tester les onduleurs GFM et de démontrer leur valeur pour la sécurité du système. Toutes les batteries GFM opérationnelles à ce jour utilisent des onduleurs de Tesla, Power Electronics ou EPC Power.

Un soutien à l’échelle des États pour les batteries GFM se développe également, mené par le Victorian Energy Innovation Fund, qui a déjà engagé 126 millions de dollars pour deux projets GFM : Koorangie et Terang.

Le soutien public va au-delà des projets existants, avec quatre autres batteries en développement : Liddell, Gnarwarre, Mortlake et Terang.

Le financement public a joué un rôle clé dans le déploiement des technologies GFM sur les premiers projets, mais les incitations évoluent désormais vers la façon dont la technologie peut soutenir durablement le réseau.

Trois batteries GFM détiennent déjà des contrats avec des opérateurs de réseau de transport (TNSP) :

• Riverina et Darlington Point : contrat pour fournir des services de soutien en tension à Transgrid.
• Wallgrove : également sous contrat avec Transgrid pour fournir une réponse rapide à la fréquence à l’échelle du réseau, sous forme d’inertie synthétique.
• Koorangie : contrat pour fournir des services de robustesse système et de stabilité du réseau dans le nord-ouest du Victoria.

Bien que les détails de ces contrats de soutien réseau restent confidentiels, ils soulignent la valeur croissante de la capacité GFM.

Le coût de construction d’un BESS GFM est pratiquement identique à celui d’un GFL

Le coût des onduleurs GFM a tellement baissé que le surcoût pour une batterie GFM par rapport à une GFL est négligeable sur les nouveaux projets. Les systèmes GFM du NEM nécessitent plus de tests pour se raccorder au réseau, rendant la mise en service légèrement plus chère.

À l’inverse, adapter la technologie grid-forming à un projet existant peut coûter jusqu’à 21 fois plus cher que de l’intégrer dès le départ. Il est donc logique pour les développeurs d’opter pour le GFM dès la conception d’un projet. Toutefois, le coût de la modernisation reste relativement faible, avec une moyenne de 12 000 $/MW pour un actif de 250 MW.

Les batteries GFM passent des projets pilotes à une adoption généralisée dans le NEM. Les premiers projets ont été soutenus par des financements publics, mais les accords de réseau deviennent désormais la prochaine incitation. Sans réelle différence de coût entre grid-forming et grid-following, le choix du grid-forming devient la voie par défaut pour les nouveaux projets.

Pour aller plus loin, voici une liste d’articles partageant les retours d’expérience sur les batteries GFM existantes.

marcus@modoenergy.com