Valuing urban building flexibility portfolios under carbon-constrained electricity dispatch: A Shenzhen case study
Cette étude évalue un portefeuille de bâtiments à Shenzhen sous des contraintes de carbone, démontrant que si le décalage de la charge temporelle réduit principalement les coûts d'exploitation, la réduction nette de l'énergie est essentielle pour alléger les budgets d'émissions contraignants, soutenant ainsi la nécessité de définitions de marché distinctes pour ces deux services de flexibilité.
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Les villes sont vivantes d'électricité. Chaque lumière de bureau, chaque climatiseur et chaque ascenseur tirent de l'énergie du réseau, créant une demande massive et changeante qui doit être satisfaite à l'instant même où elle est nécessaire. Pendant des décennies, l'industrie de l'énergie a traité les bâtiments comme des consommateurs statiques, supposant que leur consommation d'énergie était fixe et immuable. Cependant, un corpus croissant de recherches suggère que les bâtiments sont en réalité des ressources flexibles. Ils peuvent être incités à déplacer leur consommation d'énergie à différents moments de la journée ou à réduire leur consommation totale, agissant comme une batterie géante et invisible qui aide à équilibrer le réseau. Cette flexibilité devient encore plus cruciale à mesure que le monde tente de réduire ses émissions de carbone. Lorsque la production d'électricité est contrainte par des limites strictes sur les gaz à effet de serre, la capacité de déplacer ou de réduire la demande peut devenir un outil puissant pour maintenir les lumières allumées sans brûler davantage de combustible. Le défi consiste à comprendre exactement quelle valeur cette flexibilité détient et comment la définir correctement, car déplacer l'énergie est fondamentalement différent de consommer moins d'énergie.
Une équipe de chercheurs de l'Université chinoise de Hong Kong à Shenzhen et de Shenzhen Power Supply Co., Ltd., s'est donné pour mission de mesurer cette valeur dans l'une des villes les plus dynamiques au monde. Ils se sont concentrés sur une question spécifique : est-il important de traiter la capacité à déplacer la consommation d'énergie comme un produit différent de la capacité à réduire la consommation d'énergie ? Pour répondre à cela, ils ont recueilli des enregistrements de consommation électrique horaires de 143 bâtiments réels à Shenzhen, allant des bureaux aux hôtels. Au lieu d'examiner chaque bâtiment individuellement, ce qui serait trop complexe sur le plan informatique, ils les ont regroupés en trois types représentatifs basés sur leurs modes d'utilisation. Ces groupes formaient un « portefeuille » qui servait de substitut à l'ensemble de la demande flexible de la ville. Les chercheurs ont ensuite injecté ces données dans un modèle informatique sophistiqué qui simule le fonctionnement du réseau électrique sous des limites de carbone strictes. Ce modèle agissait comme un jumeau numérique du système électrique de la région, calculant la manière la plus efficace de générer et d'importer de l'énergie tout en respectant un budget défini pour les émissions de carbone.
L'étude a révélé deux manières distinctes dont ces bâtiments peuvent aider le réseau, et la différence entre les deux est significative. Le premier type d'aide est le déplacement. Imaginez un bâtiment qui fait fonctionner sa climatisation intensément pendant les heures les plus chaudes de la journée mais qui peut attendre le soir pour le faire sans incommoder personne. C'est un déplacement énergétiquement neutre ; le bâtiment utilise exactement la même quantité d'électricité, juste à un moment différent. Les chercheurs ont constaté que ce type de déplacement est excellent pour abaisser le coût de fonctionnement du système électrique. En déplaçant la demande loin des heures de pointe coûteuses, le système économise de l'argent en carburant et en opérations. Dans leur simulation, lorsque les chercheurs ont permis à une grande partie des bâtiments de la ville de déplacer leur utilisation, le système a économisé près de 0,4 million de RMB en une seule semaine. Crucialement, cette économie s'est faite sans changer la quantité totale de carbone émis, car l'électricité était simplement utilisée à un moment différent.
Le second type d'aide est la réduction. Il s'agit du cas où un bâtiment utilise réellement moins d'électricité qu'il ne le ferait normalement, par exemple en éteignant des lumières ou en augmentant légèrement le thermostat. Cette action est différente car elle retire physiquement de l'énergie du réseau. Les chercheurs ont découvert que la réduction devient incroyablement précieuse lorsque le système électrique est soumis à un budget carbone serré. Dans leur modèle, ils ont imposé une limite stricte sur les émissions de carbone, forçant le système à trouver des moyens de fonctionner avec moins de pollution. Sans cette limite, les bâtiments ne réduisaient leur consommation que lorsqu'elle était peu coûteuse, économisant environ 1 480 mégawattheures. Mais lorsque le budget carbone était resserré, le système exigeait plus de réduction pour rester dans les limites légales. Les bâtiments ont répondu en coupant 803 mégawattheures supplémentaires, portant la réduction totale à plus de 2 200 mégawattheures. Cette réduction supplémentaire a permis au système d'éviter de brûler un combustible coûteux et à haut taux de carbone, ce qui a, par conséquent, réduit le coût global de la contrainte de carbone elle-même.
L'étude a également testé l'efficacité de leur modèle simplifié de trois groupes de bâtiments par rapport à un modèle qui suivait les 143 bâtiments individuellement. Les résultats étaient remarquablement proches. Le modèle simplifié a prédit les coûts et les économies totales du système avec une erreur de moins d'un centième de pourcent. Cela suggère que, dans le but de valoriser ces services, le regroupement des bâtiments par comportement général est une méthode fiable et efficace. Cependant, les chercheurs ont noté que la valeur spécifique de la flexibilité dépend fortement de la définition des produits. Le déplacement aide le réseau à gérer ses coûts quotidiens, tandis que la réduction l'aide à atteindre ses objectifs environnementaux à long terme. Si une ville tente de vendre ces services comme un produit unique et mélangé, elle pourrait passer à côté des bénéfices spécifiques offerts par chacun.
En fin de compte, ce travail fournit une feuille de route claire sur la manière dont les villes peuvent monétiser la flexibilité de leurs bâtiments. Il montre que le déplacement et la réduction ne sont pas la même chose, et qu'ils doivent être traités comme des produits distincts sur le marché de l'énergie. Le déplacement est un outil d'efficacité économique, lissant les pics et les creux quotidiens de la consommation d'énergie. La réduction est un outil de conformité environnementale, diminuant directement l'empreinte carbone lorsque le réseau est sous pression. En distinguant les deux, les gestionnaires de réseau et les propriétaires de bâtiments peuvent mieux comprendre la véritable valeur de leurs actions. Dans un monde où les limites de carbone deviennent de plus en plus strictes, savoir si vous devez déplacer votre consommation d'énergie ou la réduire pourrait faire la différence entre un réseau coûteux et riche en carbone et un réseau propre et efficace. Les simulations des chercheurs, basées sur des données réelles de Shenzhen, prouvent que cette flexibilité n'est pas seulement une idée théorique, mais un actif tangible qui peut simultanément économiser de l'argent et protéger l'environnement.
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