Les services de réponse en fréquence évoluent rapidement pour s'adapter aux besoins d'un système en transition. Au cours des deux prochaines années, nous assisterons à la suppression des services historiques et à l’introduction de nouveaux marchés pour la réponse en fréquence. Dans cet article, nous explorons ces nouveaux services. Nous estimons également l'énergie à fournir et évaluons comment les batteries peuvent y participer.

Aperçu des nouveaux services de réponse en fréquence

En octobre 2020, le National Grid Electricity System Operator (NG ESO) a lancé la première version de ses nouveaux services de réponse en fréquence : la Dynamic Containment en basse fréquence (DC-LF).

Au premier trimestre 2022, deux services supplémentaires de réponse en fréquence seront lancés, complétant ainsi la nouvelle offre : Dynamic Containment, Dynamic Moderation et Dynamic Regulation (DC, DM et DR). Chaque produit répond à un besoin spécifique de gestion de la fréquence. Ensemble, ils permettent à l’ESO de gérer la fréquence sur toute la plage de livraison des services historiques.

Les trois services sont répartis en deux groupes :

• Pré-incident – pour prévenir les grandes déviations de fréquence et maintenir la fréquence dans les limites opérationnelles.
• Post-incident – pour résoudre les grandes déviations de fréquence et ramener la fréquence dans les limites opérationnelles.

Le tableau 1 ci-dessous présente un aperçu des nouveaux services.

Profils de réponse

Les profils de réponse de DC et DM comportent une plage de livraison initiale et une plage secondaire, séparées par un « point de flexion », comme illustré à la figure 1. Seule une réponse partielle est requise dans la plage de livraison initiale, limitée à 5 % de la capacité contractée. Dans la plage de livraison secondaire, une réponse complète jusqu'à 100 % de la capacité contractée est nécessaire.

Comparaison des besoins énergétiques des nouveaux services

Pour les fournisseurs de services de réponse en fréquence, le volume d'énergie à livrer dépend de l’évolution de la fréquence du réseau dans le temps. Pour approfondir ce point, nous avons modélisé la réponse contractuelle pour les nouveaux services de réponse en fréquence, sur la base des données de fréquence du réseau de 2020.

La figure 2 montre le pourcentage de temps passé dans les principales zones de réponse en fréquence. Cela permet de comprendre combien de temps et dans quelle mesure chaque service est utilisé (voir tableau 2).

Points clés :

• La fréquence reste dans la bande morte (50 +/- 0,015 Hz) 13 % du temps. Cela ne nécessite aucune réponse des unités fournissant l’un ou l’autre des services.
• DC et DM passent très peu de temps dans la plage secondaire. Pour DM, la livraison complète du service est requise 12 % du temps. Pour DC, la livraison complète n’est requise que 0,12 % du temps.

Les besoins énergétiques de chaque service varient selon leur profil de réponse. En se basant sur les données de fréquence de 2020, la figure 3 présente la consommation énergétique quotidienne moyenne de chaque service (pour un contrat de 1 MW).

Points clés :

• L’énergie livrée est plus faible pour DC et DM que pour DR. Cela s’explique par le profil de livraison à point de flexion.
• Dans DC, 98 % des importations et exportations sont livrées dans la plage de livraison initiale, la réponse post-incident étant rarement requise.
• DR présente le besoin énergétique le plus élevé, en raison de sa fenêtre de livraison étroite autour de 50 Hz.

Comment le stockage d'énergie participera-t-il à DC, DM et DR ?

Lors de la fourniture de réponse en fréquence, deux éléments sont essentiels pour le stockage d’énergie :

• Gestion de l’état de charge (SoC).
• Le cyclage.

Pour participer à DC, les fournisseurs doivent gérer leur SoC afin de pouvoir toujours délivrer la pleine capacité contractuelle pendant 15 minutes. Pour DM et DR, les exigences de SoC sont encore en consultation. Le scénario le plus probable est que les actifs devront maintenir suffisamment d’énergie pour 30 minutes de service à pleine puissance. Cela peut poser problème pour les systèmes d'une heure. Maintenir assez d’énergie pour fournir dans les deux sens à pleine puissance exigerait de rester à exactement 50 % de SoC. Dans ce cas, les actifs de plus courte durée devraient soumissionner à une capacité réduite sur DR et DM pour éviter ce problème.

Le tableau 3 présente les exigences de gestion du SoC pour chaque service (variation moyenne quotidienne du SoC), ainsi que des estimations de cyclage (cycles/jour). Ici, nous supposons un site de 1 MW avec une durée d’une heure (capacité énergétique de 1 MWh) entrant sur chaque marché à pleine capacité, avec un rendement aller-retour (RTE) de 88 %. Les contrats sont supposés attribués 24h/24 et 7j/7.

Points clés :

• Les plus fortes variations quotidiennes de SoC sont observées dans les services asymétriques. Ainsi, une participation symétrique est conseillée pour le stockage d’énergie, afin de minimiser les coûts de gestion du SoC.
• DR est moins adapté au stockage d’énergie, en raison de taux de cyclage élevés (2,84 cycles/jour), de besoins importants en gestion du SoC (38 % de pertes SoC/jour) et d’un temps de réponse lent (10 secondes).
• DC est le service à plus faible débit énergétique, avec un taux de cyclage de 0,14 cycle/jour. C’est jusqu’à 10 fois inférieur au cyclage estimé sur les marchés marchands.

Résumé

• Ensemble, DC, DM et DR remplaceront les marchés actuels de réponse en fréquence de l’ESO.
• Aucune réponse n’est requise pour aucun service 13 % du temps.
• DC et DM ont les besoins énergétiques les plus faibles, grâce à leur profil de réponse à point de flexion.
• Une réponse DC symétrique présente un taux de cyclage très bas et un temps de réponse rapide, ce qui la rend particulièrement adaptée au stockage d’énergie par batterie.
• Bien que techniquement possible, la participation du stockage d’énergie par batterie à DR est peu probable, en raison des exigences élevées de gestion du SoC, des taux de cyclage importants et des temps de réponse lents.