A team of researchers is aiming to make Arctic facilities more sustainable through the Defence Research and Development Canada (DRDC)-led project, Advanced Microgrids towards Arctic Zero Emissions (AMAZE).
Defence buildings and assets in Canada’s far north, including the North Warning System, use significant amounts of fuel for electricity and heating because of their remote locations and extreme cold conditions.
“This project, while targeting reduced fossil fuel use and greenhouse gas reductions, is also about maintaining or improving DND operations,” says Dr. Gisele Amow, lead defence scientist. “Every litre of fuel that is not used is one litre of fuel that does not produce greenhouse gases or have to be flown, resulting in significant cost savings and yearly flight rates.”
Key collaborators on the AMAZE project include DND’s Assistant Deputy Minister Infrastructure and Environment, the Natural Resources Canada (NRCan) CanmetENERGY Varennes laboratory, and the National Research Council Canada (NRC).
AMAZE builds on previous DRDC-led arctic work with NRCan CanmetENERGY at CFS Alert, where roughly 1.8 million litres of fuel is consumed annually at its main power plant. Since fuel is delivered by heavy lift aircraft, it takes seven litres of fuel to deliver one litre of fuel to the site. The study identified energy savings, such as switching to LED lighting and building upgrades, that could save up to 37 per cent annual fuel use.
The AMAZE team aims to reduce greenhouse gases at North Warning System sites by developing hybrid microgrid systems that use multiple energy resources with advanced controls adapted for the north. Advanced microgrid control will provide intelligent load control and management of energy resources, whether the hybrid system is standalone or connected to a grid. This project may include solar photovoltaics and more efficient fuel-based technologies such as variable speed generators, energy storage, and thermal energy management strategies. Variable speed generators improve efficiency because they change frequency to match power demand. Thermal energy management involves recovering waste heat from power generators to warm buildings or heat hot water.
CanmetENERGY will develop a simulation software tool to identify the best combination of technologies to use in Arctic locations where diesel generators are commonly used. As well, a microgrid test facility developed by the NRC will enable testing of individual technologies with advanced microgrid controls. The outcomes of AMAZE will also benefit other government facilities and remote civilian communities in the far north in reducing greenhouse gases.
Development and testing of the microgrid system will continue in 2021 with the goal to deploy at a North Warning System site in 2022.
RDDC se fixe un objectif ambitieux pour réduire les émissions de gaz à effet de serre des installations en Arctique
Une équipe de chercheurs vise à rendre les installations en Arctique plus durables dans le cadre du projet Microréseaux améliorés : objectif zéro émission dans l’Arctique (projet AMAZE) dirigé par Recherche et développement pour la Défense Canada (RDDC), qui a obtenu 1,65 M$ sur trois ans du Fonds pour un gouvernement vert en juin 2020.
Le Fonds pour un gouvernement vert s’inscrit dans le cadre de la stratégie du gouvernement du Canada en matière de lutte contre les changements climatiques et assure le financement de projets dans les ministères et organismes fédéraux pour réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES) dans le cadre de leurs activités.
Les bâtiments et actifs du ministère de la Défense nationale et des Forces armées canadiennes situés dans les régions arctiques du Canada, notamment le Système d’alerte du Nord, consomment beaucoup de carburant diesel pour produire de la chaleur et de l’électricité à cause de leur situation géographique éloignée et des conditions de froid extrême qui sévissent dans cette région.
« Ce projet vise à réduire la consommation de combustibles fossiles et l’émission de GES, mais aussi à maintenir ou améliorer les opérations du MDN », explique Gisele Amow, chercheuse principale à la Défense. « Chaque litre de carburant qui n’est pas utilisé est un litre de carburant qui ne produit pas de GES et qui n’a pas besoin d’être acheminé par avion, ce qui se traduit par une réduction considérable des coûts et du contingent annuel d’heures de vol. »
Plusieurs organismes collaborent au projet AMAZE, notamment le Sous-ministre adjoint (Infrastructure et environnement), le centre de recherche CanmetÉNERGIE de Ressources naturelles Canada (RNCan) à Varennes, et le Conseil national de recherches du Canada (CNRC).
Le projet AMAZE s’appuie sur les travaux réalisés précédemment par CanmetÉNERGIE de RNCan sous la direction de RDDC à la SFC Alert, où environ 1,8 million de litres de carburant sont consommés annuellement par sa principale centrale de production d’énergie. Étant donné que le carburant est acheminé par avion de transport lourd, il faut sept litres de carburant pour en livrer un sur place. Les travaux de recherche ont permis de trouver des moyens d’économiser de l’énergie, notamment la transition vers l’éclairage au DEL et la rénovation de bâtiments, qui pourraient réduire de 37 pour cent la consommation annuelle de carburant.
L’équipe du projet AMAZE vise à réduire les GES des installations du SAN en mettant au point des systèmes de microréseaux hybrides alimentés par de multiples ressources énergétiques dotés de commandes avancées et adaptés pour le Nord. Ces microréseaux à commandes avancées permettront un contrôle intelligent de la charge électrique et une meilleure gestion des ressources énergétiques, que le microréseau hybride soit autonome ou raccordé à un réseau électrique. Dans le cadre de ce projet, on pourrait utiliser de l’énergie solaire photovoltaïque, des technologies à base de combustibles plus efficaces, du stockage, et des stratégies de gestion de l’énergie thermique. Les génératrices à vitesse variable ont une meilleure efficacité que celles à vitesse fixe, car elles modulent leur fréquence pour mieux correspondre à la demande de puissance. La cogénération consiste à récupérer la chaleur résiduelle des génératrices et à l’utiliser pour chauffer des bâtiments ou produire de l’eau chaude.
CanmetÉNERGIE développera un logiciel de simulation afin de définir la meilleure combinaison de technologies à utiliser dans les régions arctiques où les génératrices alimentées au diesel sont communément utilisées. Par ailleurs, une installation d’essai pour les microréseaux conçue par le CNRC permettra de tester chaque technologie avec les commandes avancées de microréseaux. Les résultats obtenus dans le cadre du projet AMAZE permettront également aux autres installations gouvernementales et communautés civiles éloignées du Grand Nord à réduire leurs émissions de GES.
La conception et la mise à l’essai du système de microréseaux se poursuivront en 2021 dans l’objectif de procéder à son déploiement sur le Réseau d’alerte du Nord en 2022.
