Reza Arghandeh de l'Université des sciences appliquées de Norvège occidentale (HVL), Hossein Farahmand (NTNU) et leur équipe étudient comment les producteurs d'hydroélectricité peuvent mieux utiliser les ressources naturelles et s'adapter au marché à tout moment.

Les chercheurs ont développé des méthodes concrètes au sein de l'intelligence artificielle pour calculer comment les producteurs doivent réguler le degré de remplissage des réservoirs d'eau.

Le chef du projet de recherche sur la production hydroélectrique est Hossen Farahmand de NTNU, professeur et chef du groupe de recherche sur les marchés de l'électricité et la planification du système énergétique. L'équipe comprend également Mojtaba Yousefi de HVL et Jayaprakash Rajasekharan et Jinghao Wang, tous deux de NTNU.

"Si les producteurs d'hydroélectricité pouvaient prendre des décisions qui n'étaient qu'un pour cent meilleures qu'avant, cela représenterait des milliards de couronnes de différence et aiderait à atténuer la crise énergétique", a déclaré Arghandeh.

Le futur système électrique européen, basé principalement sur des sources d'énergie renouvelables, dépendra beaucoup plus des conditions météorologiques que le système électrique actuel. Les deux chercheurs pensent que les modes de consommation vont également changer.

Tous ces facteurs contribuent à créer une incertitude autour de l'approvisionnement énergétique, rendant la prise de décision beaucoup plus compliquée. Les chercheurs contribueront à réduire cette incertitude, afin de sécuriser plus facilement l'accès à l'énergie.

Complètement dépendant de l'électricité

Arghandeh a trouvé un moyen de surveiller les données météorologiques, les données hydrologiques (quantité d'eau fournie aux réservoirs) et les données topographiques (forme du paysage) et de les interpréter à l'aide d'une intelligence artificielle avancée.

Farahmand combine en outre l'utilisation de ces modèles d'IA avec des données sur le marché de l'électricité. Ensemble, ils ont créé un modèle qui tient compte de l'incertitude du marché, de la météo et du vent.

"L'électricité n'est pas un produit ordinaire, mais un produit qui maintient notre société à flot, presque comme l'oxygène. C'est pourquoi il est extrêmement important de créer un accès abordable, fiable et durable à ce bien de base", déclare Arghandeh.

La prévision précise et fiable des apports a toujours été un défi dans la production d'hydroélectricité.

Aux alentours de Pâques, les réservoirs se remplissent. Ensuite, la neige fond sur les sommets des montagnes et l'eau commence à couler des hauteurs dans les réservoirs, les eaux régulées et les rivières à travers le pays.

Entre Pâques et jusqu'au retour de l'hiver vers novembre, les producteurs libèrent de l'eau à intervalles réguliers pour approvisionner le marché.

Ils doivent également s'assurer qu'il reste suffisamment d'eau dans les réservoirs pour durer toute la saison hivernale, lorsque l'approvisionnement se tarit (ou gèle).

Mathématiques compliquées pour l'énergie hydraulique

Mais quand et combien d'eau doit-on libérer ? Cela dépend de nombreux facteurs différents, notamment les conditions météorologiques, les paysages, les précipitations, les températures hivernales, le marché de l'électricité et la situation politique en Europe.

Étant donné que le système électrique norvégien est connecté à l'Europe, prendre de bonnes décisions devient d'autant plus difficile. Cela a été puissamment démontré par les événements qui ont suivi l'invasion russe de l'Ukraine. Lorsque la Russie a cessé de vendre du gaz à l'Europe en raison du soutien européen à l'Ukraine, l'effet sur l'accès à l'énergie et sur les prix de l'énergie a été dramatique.

Les calculs deviennent extrêmement compliqués avec autant de facteurs à prendre en compte à la fois. Les producteurs de l'industrie hydroélectrique norvégienne utilisent les mathématiques lorsqu'ils doivent calculer comment réguler le niveau d'eau dans les réservoirs.

"Nous voulons renforcer les méthodes de calcul classiques avec des méthodes issues de l'intelligence artificielle. De cette façon, nous pouvons augmenter la vitesse des calculs et obtenir des réponses plus précises", explique Arghandeh.

De grandes ambitions pour l'éolien offshore

La production hydraulique a ses aléas, mais ce type d'énergie renouvelable présente également des avantages majeurs. D'abord et avant tout, l'eau peut être stockée et produire de l'électricité quand elle est nécessaire, ce qui en fait une forme d'énergie très flexible et propre.

"Dans le même temps, certaines limites doivent être respectées. Un réservoir hydroélectrique est de taille limitée et l'afflux d'eau est inégal", explique Farahmand.

L'hydroélectricité a le potentiel de contribuer à un approvisionnement sûr en électricité dans une mesure encore plus grande qu'aujourd'hui, car les méthodes de l'intelligence artificielle aident à réduire l'incertitude entourant les décisions dans l'industrie.

La Norvège s'efforce de réduire l'utilisation des énergies fossiles et de devenir neutre en carbone d'ici 2050. Une étape importante vers cet objectif est d'introduire l'éolien offshore. Le plan est de construire 30 gigawatts de capacité éolienne offshore sur le plateau continental norvégien d'ici 2040, un montant qui équivaut à la capacité hydroélectrique en place aujourd'hui.

"Les nouvelles formes vertes d'énergie comme l'éolien et le solaire sont beaucoup moins prévisibles que l'hydroélectricité. Le vent ne souffle pas toujours et le soleil ne brille pas toujours", explique Farahmand.

"Étant donné que les conditions de vent changent si rapidement, nous avons besoin de modèles capables de calculer heure par heure comment la production éolienne affecte l'intégrité de notre approvisionnement énergétique."

Collaborer avec les producteurs d'électricité

Les chercheurs du projet ont collaboré avec les producteurs d'électricité Lyse Produksjon AS et Østfold Energi. Ils testent actuellement les outils d'IA nouvellement développés pour voir comment ils fonctionnent lorsqu'ils sont appliqués à l'utilisation prévue. A terme, ils espèrent que les grands acteurs de l'hydroélectricité en Norvège adopteront leurs méthodes.

"Dans la transition vers une société qui dépend beaucoup plus du soleil et du vent comme sources d'énergie, un approvisionnement hydroélectrique durable deviendra beaucoup plus important pour nous. Nous sommes vraiment chanceux dans ce pays, qui a de si nombreuses possibilités de créer de l'énergie propre, " dit Farahmand.

Ces sources d'énergie propres « sont un don de la nature. Nous devons faire un effort pour les gérer au mieux », dit-il.