15.6 Discussion

Auto-suffisance Le système énergétique proposé pour le concept Smarthood est capable d’obtenir une indépendance quasi totale du réseau grâce à l’utilisation de la flexibilité offerte par les divers composants du système. Le système aquaponique, en particulier, a un

Tableau 15.4 Demande flexible du système aquaponique

table thead tr class=“en-tête » e Composant /th e Ordre de grandeur /th e Souplesse /th /tr /thead tbody tr class=“impair » td rowspan=3 Pompes /td td 0,05—0,15 kWsube/Sub MSUP3/SUP /td td rowspan=3 Toutes les pompes ne doivent pas fonctionner en continu. Les principaux procédés (contrôle de l’oxygène, contrôle de l’ammoniac, contrôle du COSub2/Sub, échanges de réservoirs, contrôle des solides en suspension) doivent fonctionner en continu. Les procédés plus petits tels que le dosage du tampon pH, les routines de lavage à contre-courant, les échanges d’eau ou l’oxygénation de secours n’ont pas à fonctionner en continu /td /tr tr class=“même » td 1—3 kWsube/sous-marin /td /tr tr class=“même » td 8,76—28,26 MWHsube/sub/an /td /tr tr class=“impair » td rowspan=2 Éclairage /td td 80—150 W/MSUP2/SUP /td td rowspan=2 Les plantes ont besoin d’environ 4—6 h d’obscurité, le reste de la journée, elles peuvent être allumées artificiellement. Cela laisse environ 0 (été) à 12 (hiver) heures d’éclairage supplémentaire flexible /td /tr tr class=“même » td Avec un facteur de capacité de 10 à 20 %, cela conduit à 28—105 MWHsube/sub/an Kwsube/sub /td /tr tr class=“impair » td rowspan=2 Chauffage des locaux (par le sol) et chauffage des réservoirs d’aquaculture /td td 444 kWsubth/Sub.MSUP2/SUP/an /td td rowspan=2 En raison de la masse thermique élevée du sol en béton et du grand volume d’eau dans le réservoir RAS, la charge thermique est extrêmement flexible /td /tr tr class=“impair » td 177,8 MWhsubth/sub/an /td /tr tr class=“même » td rowspan=2 Unité de distillation /td td 50 kWsubth/Sub-MWHsube/Sub./an /td td rowspan=2 L’unité de distillation fonctionne à l’eau chaude (70—90 °C) et peut être actionnée avec une grande flexibilité (MemSys 2017) /td /tr tr class=“impair » td 166,4 MWHsubth/sub/an /td /tr /tbody /table

sur la flexibilité globale du système. Avec une autosuffisance énergétique de 95,38%, ce système fonctionne mieux que tout autre système économiquement réalisable évalué dans des recherches antérieures (de Graaf 2018).

Architecture de contrôle Faciliter une économie énergétique locale décentralisée, telle que celle proposée dans le concept Smarthoods, nécessite une plateforme qui assure le suivi de toutes les transactions peer-to-peer qui se produisent dans le quartier. Le réseau peer-to-peer correspondant peut être classé comme une approche de système multi-agents (MAS), dans laquelle plusieurs nœuds (par exemple les ménages ou les bâtiments de services publics) fonctionnent comme des agents indépendants avec leur propre objectif (par exemple, réduire les coûts ou maximiser les économies d’énergie) et le processus de prise de décision correspondant. Une telle approche décisionnelle décentralisée et multi-agents est nécessaire en raison de la complexité du système. Il y a tout simplement trop d’informations et trop de variables pour le calcul d’une architecture de contrôle hiérarchique, descendante et centralisée.

Blockchain Une architecture de contrôle de système multi-agents basée sur la blockchain pourrait potentiellement fournir le cadre nécessaire pour accueillir un réseau peerto-peer décentralisé. Un grand nombre de nœuds distribués assurent la stabilité et la sécurité du réseau, et une alternative à l’exploitation minière peut être utilisée : la frappe. Avec la frappe, les jetons et les pièces sont générés à partir des données fournies par un appareil réel tel qu’un compteur d’énergie intelligent. À condition que ces sources d’information puissent être fiables, c’est-à-dire que ces dispositifs peuvent être inviolables, on peut créer un registre sûr et indépendant dans lequel divers intervenants peuvent échanger des biens (par exemple, l’électricité) et des services (par exemple, la gestion de la demande). Grâce à des contrats intelligents, des services complexes tels que le trading de flexibilité peuvent être programmés dans l’architecture de contrôle du système.

_Internet des objets _ Les composants du système Smarthood, tels que les pompes à chaleur, l’éclairage de serre ou l’UASB, peuvent tous être commandés à l’aide de capteurs et d’actionneurs connectés à Internet, connus sous le nom d’Internet des objets. Un réseau de capteurs IoT permet l’acquisition étendue de données, allant de la concentration en éléments nutritifs des bassins à poissons, par exemple, des cycles de charge de la batterie, le tout sur une base par pas de temps. Ces données peuvent être utilisées pour vérifier le modèle numérique et optimiser le contrôle dynamique du système.

Intelligence Optimiser le contrôle du système Smarthood peut se faire en analysant les données à l’aide d’algorithmes d’intelligence artificielle, tels que la programmation génétique (algorithmes évolutionnaires) ou l’apprentissage du renforcement machine. Avec l’apprentissage du renforcement machine, par exemple, un ensemble d’actions et leur influence sur l’environnement sont transmises à l’algorithme en tant qu’arguments d’entrée, ainsi que l’état actuel du système et une fonction objectif/coût cumulé. Un processus décisionnel heuristique et progressif peut être mis en œuvre dans chaque ménage qui s’adaptera dynamiquement aux situations afin de trouver un programme de prise de décision quasi optimal qui gérera les flux d’énergie au sein de la maison et de la Smarthood. Chaque maison peut exécuter un tel algorithme, ce qui permet de créer une architecture de système de contrôle multinodal, connue sous le nom de système multi-agents (MAS), relativement peu coûteuse sur le plan informatique (par rapport au contrôle centralisé) — et proche de l’optimal.

Barrières légales La nature hautement innovante de divers aspects du concept Smarthood, tels que la microgrille de polygénération, le système aquaponique multi-boucles et les exigences non conventionnelles de planification urbaine, apporte un ensemble unique de défis à relever. Pour bon nombre de ces défis, le cadre réglementaire actuel est insuffisant pour tenir compte des développements proposés dans le concept Smarthoods.

Microgrids, par exemple, fonctionnent mieux lorsqu’il existe un marché local sur lequel divers prosumers (consommateurs qui produisent simultanément de l’énergie) peuvent se livrer à des échanges d’énergie de pair à pair sans friction sur un marché libre. Les forces du marché s’emploieront ensuite à créer un marché local de l’énergie dans lequel les prix de l’énergie fluctueront en fonction de l’offre et de la demande locales. Cette fluctuation des prix encouragera donc des solutions énergétiques intelligentes telles que le stockage de l’énergie, la gestion de la demande ou la production flexible d’énergie. Dans la plupart des pays de l’UE, un marché local libre est actuellement impossible en raison de la réglementation ; des taxes doivent être payées pour chaque kWh qui passe par le compteur d’électricité, le prix de l’électricité pour les consommateurs est fixe et les prosumers ne sont pas autorisés à participer au marché de l’énergie sans l’intervention d’un tiers partie appelée le aggregator. Compte tenu de l’augmentation prévue du développement des projets de microréseaux, les organismes de réglementation devront trouver des moyens de faciliter les marchés locaux de l’énergie afin de libérer tout le potentiel des microréseaux hautement intégrés (voir exemple 15.2).

Exemple 15.2

Un progrès récent dans le cadre réglementaire néerlandais est l’introduction du regeling expérimental, une loi expérimentale qui permet à un petit nombre de projets soigneusement sélectionnés (comme de Ceuvel, exemple Z.1) de permettre aux coopératives d’énergie de devenir leur propre gestionnaire de réseau de distribution, comme s’ils se trouvaient derrière une connexion d’un mètre. Cette loi témoigne de la prise de conscience par les organismes de réglementation néerlandais des obstacles juridiques mentionnés précédemment et conduira donc très probablement à une révision de la loi actuelle sur l’électricité dans un avenir proche afin de mieux tenir compte de l’évolution du microréseau.

Il existe également des obstacles juridiques dans la plupart des pays de l’UE en ce qui concerne la réutilisation de l’eau noire traitée pour la production de poissons et de plantes, car il faut veiller à ce que les agents pathogènes humains soient totalement éliminés. On trouvera plus d’informations sur le cadre juridique de l’aquaponie dans le Chap. 20.