Des réseaux d’énergie renouvelable résilients conçus pour le désert

Un approvisionnement électrique fiable est vital dans les régions désertiques, où le maintien des systèmes de refroidissement pendant les vagues de chaleur peut être essentiel pour la santé humaine. Pour les communautés qui envisagent une transition vers l’énergie renouvelable, la prise en compte des événements météorologiques extrêmes peut aider à éviter les pénuries d’électricité, ont montré des chercheurs de KAUST.

Les récentes avancées dans la production et le stockage d’énergie renouvelable poussent de nombreuses communautés axées sur la durabilité, dont le campus de KAUST, à explorer comment passer de l’électricité fossile à des réseaux locaux entièrement alimentés par des énergies renouvelables. « Ces systèmes doivent être soigneusement conçus pour garantir la fiabilité », explique Farah Souayfane, chercheuse au laboratoire d’Omar Knio, qui a dirigé ces travaux.

« La plupart des conceptions existantes pour les systèmes d’énergie renouvelable à l’échelle communautaire dans les régions désertiques chaudes comme l’Arabie saoudite optimisent les performances pour des conditions météorologiques moyennes », explique Souayfane. « Cette approche pourrait entraîner des défaillances lors d’événements météorologiques rares mais critiques », ajoute-t-elle.

Les jours de conditions météorologiques extrêmes – caractérisés par des conditions très chaudes, calmes et nuageuses – combinent une forte demande d’électricité pour le refroidissement avec une faible offre d’électricité éolienne et solaire. Ce décalage pourrait entraîner des pannes de courant dans les systèmes non conçus pour de telles conditions.

« Nous avons cherché à prendre explicitement en compte les conditions météorologiques extrêmes dans les systèmes d’énergie renouvelable conçus pour les communautés désertiques chaudes et à quantifier les implications en termes de coûts en concevant un système d’énergie renouvelable résilient pour KAUST », déclare Ricardo Lima, chercheur dans le groupe de Knio.

L’équipe a basé son analyse sur un enregistrement historique de 25 ans de données météorologiques horaires pour l’emplacement de KAUST. « Le système a d’abord été optimisé pour une seule année de données, puis simulé sur la période complète de 25 ans pour identifier les événements de défaillance lorsque l’offre ne répondait pas à la demande », explique Souayfane. Ces conditions extrêmes ont été progressivement intégrées dans la conception, avec l’ajout de capacités supplémentaires de stockage et de production d’électricité jusqu’à ce que le système puisse répondre de manière fiable à la demande énergétique.

« Le système équilibre le coût et la résilience en combinant l’énergie solaire concentrée, les panneaux photovoltaïques et les éoliennes avec le stockage par batteries et thermique », précise Lima. « La résilience a été encore améliorée en utilisant la demande énergétique flexible de l’usine de dessalement de KAUST pour réduire la pression sur le système lors d’événements extrêmes. »

L’équipe a constaté que le système optimisé pouvait répondre de manière fiable à la demande d’électricité de KAUST lors de conditions extrêmes historiques tout en évitant plus de 330 000 tonnes d’émissions de CO₂ par an par rapport à une alimentation électrique fossile. « Atteindre ce niveau de fiabilité nécessite un investissement supplémentaire, augmentant les coûts du système de 19 à 30 pour cent selon la configuration », note Lima.

L’analyse fournit à KAUST un cadre pratique pour concevoir un système électrique résilient et bas carbone adapté aux applications à l’échelle du campus, déclare Knio. Il ajoute que pour l’Arabie saoudite, cela offre des perspectives sur la manière dont les systèmes d’énergie renouvelable peuvent soutenir la diversification énergétique et la réduction des émissions dans des conditions climatiques difficiles.

Ensuite, l’équipe explore des options supplémentaires de flexibilité du côté de la demande pour gérer la consommation d’énergie lors d’événements extrêmes, notamment le fonctionnement du refroidissement urbain et la flexibilité du stockage. Les chercheurs intègrent également des projections climatiques pour tenir compte des risques futurs ainsi que des extrêmes historiques. « Cela soutiendra la planification à long terme et améliorera les mesures de résilience pour les systèmes d’énergie renouvelable », déclare Knio.

Référence : Souayfane, F., Lima, R.M., Katoua, A. & Knio, O. Integrating weather extremes and desalination flexibility to design a resilient concentrated solar power–photovoltaic–wind system with battery and thermal storage using TRNSYS. Energy Conversion and Management 351, 121064 (2026).| article  Journal : Energy Conversion and Management