Avec la dépendance croissante des systèmes électriques aux énergies renouvelables, la planification à long terme du réseau électrique doit prendre en compte la non-stationnarité des conditions aux frontières extrarégionales. Pour preuve et comme exemple, nous avons pris 55 ans de disponibilité historique de l’eau et nous les avons intégrés au réseau électrique de l’Ouest des États-Unis, en représentant l’infrastructure et les conditions de charge de 2010.

Nous avons démontré que la variabilité interannuelle de l’eau seule pouvait entraîner une variation des coûts d’exploitation du système de +/-10 % et que les projections climatiques saisonnières pouvaient aider à la planification de la maintenance du système. Fait surprenant, la période neutre de l’ENSO (El Niño Southern Oscilla-tion) s’est révélée la plus difficile à planifier du point de vue du réseau, alors qu’elle diffère de la perspective de la gestion de l’eau à l’échelle du bassin.

De plus, l’hydroélectricité offre des caractéristiques opérationnelles uniques, telles qu’une flexibilité rentable, qui appuient l’intégration des énergies renouvelables dans le réseau électrique. Nathalie Voisin présentera un exemple américain sur la sécheresse combinée du vent et du solaire et leur évolution dans des conditions climatiques et d’infrastructures futures, ainsi que la manière dont ces informations peuvent être utilisées pour évaluer les compromis entre le stockage régional et les transmissions interrégionales.

Pour terminer, Nathalie Voisin passera en revue les défis en cours pour caractériser les vagues de chaleur extrême et les épisodes de froid intense utiles afin d’améliorer les normes de fiabilité. Les principaux enseignements incluent des recommandations sur la manière d’évaluer ces dynamiques multi-échelles dans la planification à long terme des services publics, la disponibilité des ensembles de données et l’expertise pour soutenir ces efforts, ainsi que les limitations des ensembles de données climatiques.

ENGLISH

With the increased reliance of the electric systems on renewables, long term electricity power grid planning needs to consider the non-stationarity in extra-regional boundary conditions. As a proof of concept and benchmark, we propagated 55 years of historical water availability onto the western power grid representing 2010 infrastructure and load conditions.

We demonstrated that inter-annual water variability alone could lead to system operating cost varying by +/-10% and that seasonal climate projections could help with system maintenance planning. Surprisingly, neutral ENSO was found to be the most challenging period for planning from a grid perspective while it differs from a basin scale water management perspective.

Furthermore, hydropower provides unique operational characteristics – such as cost effective flexibility – to support the integration of renewable energies into the power grid. Nathalie Voisin will present a US benchmark of compound wind and solar drought and their evolution under future climate and infrastructure conditions and how this information can be used to evaluate the tradeoff between regional storage and inter-regional transmissions. Finally she will review ongoing challenges to characterize extreme heat waves and cold snaps to inform reliability standards. The key take aways include recommendations on how to evaluate those cross-scale dynamics onto utilities’ long term planning, availability of datasets and expertise to support those endeavors, and limitations in climate datasets.

Nathalie Voisin

Nathalie Voisin est chercheuse en dynamique régionale eau-énergie au sein du groupe de prévisibilité du système terrestre au Laboratoire national du nord-ouest du Pacifique (PNNL) aux États-Unis. Ses avancées fondamentales dans les prévisions hydrométéorologiques et le couplage des modèles des systèmes Homme-Terre ont permis de nouvelles compréhensions autour des couplages critiques énergie-eau.

Nathalie Voisin a publié plus de 50 articles sur ces avancées scientifiques. Elle a été invitée à rejoindre le département de Génie civil et environnemental de l’Université de Washington en tant que professeure associée en 2016 et contribue au journal (niveau 1) Water Resources Research en tant que rédactrice associée depuis 2017. Voisin intervient en tant qu’experte en matière d’intégration eau-énergie, participant aux activités de l’Agence internationale de l’énergie, dirigeant des ateliers de modélisation sur la représentation de la gestion de l’eau dans les modèles de systèmes énergétiques et les compromis d’utilisation de l’eau et travaillant avec l’industrie hydroélectrique pour la transition de la recherche eau-énergie vers des opérations, dans le cadre de plateformes internationales d’échange d’informations industrielles.

Elle dirige et contribue à de nombreux projets multi-institutionnels sponsorisés par le Bureau des sciences du Département de l’énergie des États-Unis, le Bureau des technologies de l’énergie hydraulique (Energy Efficiency and Renewable Energy – Water Power Technology Office) et le Bureau de l’électricité.

Nathalie Voisin a rejoint le PNNL en 2010, après avoir obtenu un doctorat en génie civil et environnemental de l’Université de Washington à Seattle (Washington, États-Unis). Elle est également titulaire d’une maîtrise en sciences atmosphériques et océaniques de l’Université McGill à Montréal, Canada, ainsi que d’un diplôme d’ingénieur et d’un master en hydraulique et mécanique des fluides de l’école d’ingénieurs ENSEEIHT à Toulouse, France.