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Revue 172 - Les "smart grids" : l'avenir des réseaux électriques

Articles Revue TELECOM

-

10/04/2014


Les « smart grids » :

 

l’avenir des réseaux électriques passe

par l’implication des consommateurs

 


par Olivier Hersent (1996) dans la revue TELECOM n° 172
 

Le mot « smart-grid » est tellement à la mode qu’il en devient suspect, comme tous ces concepts vagues qui servent avant tout d’alibi pour attirer des financements de R&D. Et pourtant… au moins deux transformations majeures sont en marche qui vont profondément modifier la façon de vendre de l’électricité et d’opérer les réseaux :

  • La participation active des consommateurs aux marchés de court terme et aux marchés de la sécurisation et de l’équilibrage des réseaux
  • L’arrivée de contrats de raccordement interruptibles permettant de dimensionner de manière plus efficace les réseaux de distribution

Ces deux évolutions, on le verra, sont également les clefs qui permettront l’arrivée massive d’énergies renouvelables sur les réseaux, sans impliquer d’impasse économique.

Aujourd’hui, la majorité des consommateurs n’adapte que très grossièrement sa consommation aux tensions réelles des marchés de l’électricité. Un simple tarif jour-nuit en résidentiel, et quelques tranches horaires plus fines en industriel. Mais les prix de ces tranches sont fixes, et n’ont qu’un lointain rapport avec l’état réel des marchés à court terme de l’électricité. En cas de tension majeure sur les marchés, comme c’est fréquemment le cas en hiver, aucune courroie de transmission n’existe encore pour permettre aux consommateurs de réagir et de tirer profit de leur comportement vertueux. On se plaint beaucoup de la « pointe de consommation », mais en réalité aucun mécanisme n’existe aujourd’hui, en dehors du seul tarif EJP en voie d’extinction, pour la résorber.

L’extinction progressive des tarifs réglementés est bien entendu la solution à moyen terme de ce problème, mais d’autres innovations règlementaires devraient accélérer la juste rémunération des comportements vertueux : la loi Brottes devrait ainsi permettre aux consommateurs de revendre sur les marchés de court-terme l’électricité achetée par leur fournisseur à long-terme, tirant ainsi les bénéfices financiers de la réduction de leur consommation pendant les périodes de tension offre-demande exceptionnelles sur les réseaux électriques.

Mais on peut aller bien au-delà dans la participation des consommateurs à l’optimisation du système, car les problèmes des réseaux électriques ne se résument pas à la seule « pointe de consommation », même si cette dernière est la seule à être médiatisée et prise en compte au niveau politique. Le problème est plus généralement l’ensemble des aléas de court-terme, de plus en plus souvent liés aux pointes de production renouvelable qui sont difficiles à traiter sur les réseaux de distribution et même au niveau national. On parle alors de très court-terme, un horizon de l’ordre de la minute jusqu’au quart-d’heure.





Figure 1 : Logiciel de pilotage automatique des pompes de réseaux de distribution d’eau potable pour stocker/déstocker l’énergie renouvelable





Contrairement à la pointe de consommation qui n’est pas un vrai problème technique car elle est très prévisible et peut aisément être traitée par des tarifs adaptés, l’aléa de court terme est LE problème structurel de demain, et d’ores et déjà le principal défi en Allemagne et dans tous les pays comme le Danemark qui ont déjà une production renouvelable très importante, et des objectifs encore plus élevés (50 % d’énergie éolienne en 2020 au Danemark !). Cette régulation de court-terme coûte extrêmement cher car elle fait appel aujourd’hui à des moyens de production flexibles très peu mobilisés.

Or les consommateurs sont extrêmement bien positionnés pour participer à cette régulation de court-terme. De très nombreux équipements (réfrigérateurs, véhicules électriques) peuvent très simplement réagir aux fluctuations de fréquence du réseau qui signalent des déséquilibres production/consommation instantanés. De nombreux processus industriels (assainissement, production d’eau potable, froid négatif, électrolyse…) peuvent réagir en quelques minutes à des signaux informatiques et stocker de l’énergie électrique en créant des sur-stocks (de produits transformés, d’eau, de froid), ou au contraire fournir de l’énergie au réseau en déstockant et en restituant la part de production électrique non consommée au réseau. Cette participation des consommateurs à la régulation du réseau et à sa sécurisation est l’un des apports majeurs du « réseau intelligent » (on devrait plutôt dire ’réseau collaboratif avec les consommateurs’, car le réseau actuel est loin d’être stupide !).

Techniquement, tous les éléments sont en place, les migrations massives des réseaux téléphoniques vers les réseaux de données ces dernières années ont montré qu’il est possible de maîtriser des dizaines de millions de communications informatiques en quasi-temps réel vers les utilisateurs des réseaux. Malheureusement, en raison d’une incompréhension ou d’un désintérêt de nos politiques pour cette question de la régulation à court-terme des réseaux électriques (la pointe est plus simple à expliquer, et elle est médiatisée chaque hiver…), l’ensemble des règles de fonctionnement des réseaux reste conçue pour des centrales de production, et encore inadaptée aux consommateurs : les seuils de participation aux marchés de régulation court-terme sont inutilement élevés (près de 10 MWh, contre 100 kWh aux Etats-Unis et sur les marchés de l’électricité) en raison de mécanismes d’activation encore manuels (de simples coups de téléphone aux centrales), et l’agrégation des flexibilités de consommateurs reste handicapée par des limitations parfois ubuesques des systèmes d’information des acteurs du réseau. Tous ces problèmes sont très malheureux car ils font prendre au pays, pourtant à la pointe dans ce domaine à la croisée des télécoms et des mathématiques, un retard indigne des enjeux et des moyens des acteurs en place qui comptent des dizaines de milliers de salariés. Nous espérons qu’à l’instar de l’Allemagne et des pays nordiques en général qui ont entièrement automatisé leur dispatching ces dernières années, une impulsion politique forte sera donnée en faveur d’une levée complète et rapide des obstacles de nature administrative à la participation des consommateurs aux « smart-grids », ouvrant la voie au stockage massif et distribué de l’énergie renouvelable par les consommateurs. Il faut veiller en particulier à un grand danger, déjà très tangible hélas dans la loi « Brottes » : se focaliser totalement sur les effacements (le problème de la pointe) en oubliant le problème symétrique et autrement plus critique à long terme, le stockage des surproductions de court-terme.

L’autre apport majeur des smart grids à moyen terme, c’est la possibilité pour les gestionnaires de réseaux de distribution d’interrompre ou limiter dynamiquement la fourniture ou l’injection de certains usagers. Bien entendu, il ne s’agit pas de mettre dans le noir les usagers résidentiels. En revanche il est tout à fait possible, comme c’est le cas expérimentalement en Bretagne actuellement, de couper exceptionnellement des acteurs disposant de groupes de production ou de stocks et qui sont volontaires pour cela en échange de perception de primes spécifiques ou de réduction des tarifs d’abonnement. Dans l’autre sens, le fait de limiter la production solaire ou éolienne (après bien entendu avoir utilisé les stockages distribués des consommateurs) quelques heures par an permet d’éviter des surtensions (figure « problèmes de régulation de tension dans les réseaux de distribution ») et donc de différer ou éliminer complétement des investissements importants de renforcement de réseaux.






Figure 2 : problèmes de régulation de tension dans les réseaux de distribution







A l’avenir, on devra piloter de même la recharge des véhicules électriques pour éviter de devoir gérer des appels de puissance trop élevées. Cette transformation va demander des logiciels de contrôle d’admission en temps réel pour les réseaux de distribution, qui génèreront des économies très importantes car ils permettront de dimensionner les réseaux au plus proche des charges moyennes et non plus des charges de pointe, et donc d’améliorer considérablement l’efficacité économique des investissements de renforcement. D’ores et déjà, Actility travaille sur les logiciels de pilotage en puissance de bornes de recharge, utilisant le nouveau protocole OCPP 2.x, qui semblent indispensables pour les grands campus d’entreprises accueillant des flottes importantes de véhicules rechargeables.








Figure 3 : Logiciel et pilotage des entrepôts de froid négatif.









 

Il est difficile de (pré)dire quand toutes ces technologies seront devenues d’usage courant. Les obstacles sont nombreux, en particulier parce qu’ils mettent en danger des investissements lourds déjà réalisés dans des centrales de pointe, et que nos politiques devront arbitrer entre le maintien de subventions à ces moyens traditionnels progressivement poussés hors du marché ou au contraire l’accélération de la transition du système vers une gestion informatisée de bout en bout en temps réel impliquant fortement les consommateurs : le « smart grid ». Les enjeux industriels opposent les acteurs de la production traditionnelle et ceux de l’informatique distribuée et du contrôle commande. Il y a déjà plus de 10 ans, une transition similaire a eu lieu sur les réseaux téléphoniques, l’expérience a montré qu’elle a été beaucoup plus rapide que ne l’envisageaient les pronostics les plus optimistes, pour le plus grand bénéfice des usagers et de l’économie du système en général. 





Figure 4 : Logiciel de pilotage en puissance de bornes de recharge pour véhicule électrique sous OCPP.





 

L’auteur


Olivier Hersent 
est diplômé de Télécom ParisTech (1996) et de l’Ecole Polytechnique. 
Il crée NetCentrex en 1998, qui deviendra un des principaux acteurs de la migration sur IP des réseaux téléphoniques. Après l’achat de la société par le groupe américain Comverse (Nasdaq:CMVT), il devient CTO du groupe en 2006. Persuadé que la transformation des réseaux électriques et leur évolution vers les «smart-grids» demandera des technologies telecom et M2M redondantes et capables de monter massivement en charge, très proches de celles utilisés dans les coeurs de réseaux VoIP, il crée en 2010 Actility, qui industrialise des solutions de contrôle commande à la norme ETSI M2M, et des logiciels de pilotage automatique de flexibilité de consommation pour industriels. Olivier Hersent est l’auteur de nombreux ouvrages, dernièrement «Internet of Things» (Wiley), et a reçu la médaille Blondel en 2012.

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