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Climat - Air - Energie

Définition d’un smart grid, réseau électrique intelligent

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publié le 20 juillet 2015 (modifié le 6 octobre 2015)

Un smart grid est un système électrique capable d’intégrer de manière intelligente les actions des différents utilisateurs, consommateurs et/ou producteurs afin de maintenir une fourniture d’électricité efficace, durable, économique et sécurisée (définition de la plateforme technologique européenne sur les Smart Grids).

Cette définition peut s’élargir aux autres systèmes énergétique (gaz, chaleur, froid) qui sont amenés à répondre à cinq défis de la transition énergétique :

1. L’efficacité énergétique via le pilotage de la demande avec des consommateurs actifs dans la maîtrise fine de leur consommation ;
2. L’optimisation des investissements dans les réseaux de distribution et de transport via l’utilisation de nouveaux équipements qui leur offrent une plus grande flexibilité ;
3. L’insertion massive de moyens répartis de production renouvelable, notamment les productions intermittentes sur les réseaux électriques ;
4. L’insertion des véhicules électriques sur les réseaux électriques via la problématique de gestion de la charge ;
5. Le stockage de l’énergie comme moyen de flexibilité contribuant à une meilleure gestion dynamique des réseaux énergétiques, permettant la définition de micro-réseaux et la mise en œuvre de leur îlotage.
Actuellement, le système électrique repose une logique unidirectionnelle, de l’amont vers l’aval, du producteur au consommateur. L’électricité ne se stocke pas ce qui rend primordial la fourniture de l’électricité à tous à tout moment. Pour assurer l’équilibre entre l’offre et la demande d’électricité en lien avec l’émergence de nouveaux usages et modes de productions (de différentes puissances), le système électrique français doit entreprendre une mutation vers un système plus intelligent.

Le réseau électrique va donc évoluer sous l’influence des 5 domaines exposés ci-dessus, impliquant l’amélioration des équipements existants et l’aménagement de nouveaux, lesquels sont :

  1. Maîtrise de la demande et les consommateurs actifs

- les systèmes de comptage : apparition des compteurs communicants (Linky et Gaspard pour les systèmes gaz), de l’infrastructure de communication (satellite, courants porteurs en ligne (CPL), Wifi longue portée (fibre optique), radio fréquence) et du système d’information.

Le compteur « Linky » est l’évolution du « compteur bleu électronique » en un compteur télé-paramétrable et communiquant. Enrichi de 7 attributs (horloge, interrupteur, logiciel évolué, modem de technologie CPL-courants porteurs en ligne, cryptage, espace module radio), il comprend deux grandes familles de fonctions : la fonction paramétrage/mesure/comptage et la fonction pilotage.
En PACA, 3,3 millions de compteurs seront prévus pour être déployés à compter de décembre 2015 sur 5 à 6 ans. Pour la zone de l’Est PACA, le niveau de déploiement prévu par ERDF sera de 44% en deux ans et 70 % en 3 ans.

- les équipements de gestion de l’énergie : situés à l’aval du compteur allant des simples afficheurs jusqu’aux gestionnaires d’énergie contrôlant une partie des usages, en passant par les contrôleurs situés sur les équipements électriques (chauffage, climatisation, VMC, luminaires). Dans le domaine tertiaire et industriel, la gestion des équipements est couramment faite à l’aide de la Gestion Technique des Bâtiments (GTB) dont l’exploitation peut être améliorée grâce aux nouveaux équipements et algorithmes de contrôle.
En France, ce modèle est complété par les Contrats de Performance Énergétique (CPE) qui clarifient les relations entre le propriétaire, l’utilisateur et le gestionnaire du bâtiment. A moyen terme, la création d’un marché de capacité, prévu dans le cadre de la loi de Nouvelle Organisation des Marchés de l’Electricité (NOME), permettra de valoriser la fonction d’effacement, qui est déjà techniquement possible avec les systèmes actuels de GTB, et donc d’améliorer le retour économique de ces systèmes.

- les services d’analyse et de conseil énergétique : à destination des particuliers, ils correspondent au conseil tarifaire des fournisseurs, aux informations associées à la facturation, à des prestations dans le cadre du dispositif de Certificat d’Économie d’Énergie (CEE) et enfin aux diagnostics effectués lors d’opération de cession immobilière. Pour les professionnels, ils complémentent des services associés à la gestion énergétique des bâtiments qui peuvent aller jusqu’à la signature de Contrats de Performance Énergétique (CPE). Il s’agit notamment des SSEE (sociétés de services d’efficacité énergétique).

  2. Optimisation des réseaux de distribution et de transport

- les grands équipements de réseau : généralement associés à de nouveaux types de câbles, tels les câbles souterrains de forte puissance ou les conducteurs à faible dilatation. Ils sont constitués d’ouvrages à base d’électronique de puissance (tels les liaisons et réseaux à courant continu également appelées technologies « supergrids ») et d’équipements de gestion des flux (dénommés FACTS pour Flexible Alternative Current Transmission System).

- les systèmes Smart Grids associés afin d’automatiser plus massivement les réseaux : les capteurs DLR (Dynamic Line Rating) pour maximiser les flux dans les ouvrages en fonction des conditions météorologiques réelles, les capteurs WAMS (Wide Area Measurement System) synchronisés à l’échelle européenne pour le contrôle automatique du réseau (détection automatique des incidents, fonctions d’autocicatrisation).

  3. Insertion massive de production renouvelable

- les centrales virtuelles de production (aussi appelées VPP pour Virtual Power Plants) permettent d’optimiser la gestion d’un parc de production par le biais d’un centre de commande pouvant actionner à distance les moyens de production, d’effacement, et de stockage dans son périmètre. Les VPP peuvent être utilisées pour optimiser les coûts énergétiques de manière dynamique, en réagissant aux variations des prix de marché (Commercial VPP), ou pour contribuer à l’équilibre offre/demande du système électrique en répondant aux signaux des opérateurs de réseaux (Technical VPP). L’esprit du micro-réseau est retrouvé, comme développé au point 5.

  4. Insertion des véhicules électriques sur les réseaux électriques via la problématique de gestion de la charge

- un plan de déploiement prévoit un objectif de 2 millions de véhicules électriques et hybrides rechargeables en circulation en 2020. Le MEDDE a décrit le cadre conceptuel et organisationnel pour un déploiement d’envergure sur le territoire national au travers d’un Livre Vert. Ce document constitue un véritable guide pour assister les collectivités territoriales dans la mise en œuvre de leurs projets.

  5. Stockage de l’énergie

- le développement de solutions de stockage, encore onéreux. Une étude technico-économique éditée en 2014 a permis d’évaluer le potentiel de marché du stockage d’énergie électrique et thermique en France et des modèles d’affaire associés. Étude co-financée par l’ADEME, la DGCIS et des industriels regroupés au sein du Club Stockage de l’ATEE. Parmi les solutions de stockage, sont citées : les Station de Transfert d’Energie par Pompage (STEP), le stockage par air comprimé (CAES), les volants d’inertie et supercapacités, les batteries et condensateurs, les piles à hydrogène, le stockage chaud et froid.

- vers l’îlotage et les micro-réseaux : le développement de micro-réseaux est tiré par le besoin de protéger des infrastructures critiques des défaillances éventuelles ou répétées des réseaux électriques. Les technologies d’îlotage permettent alors le fonctionnement isolé et temporaires de réseaux électriques, en combinant des productions d’électricité distribuée (solaire photovoltaïque, cogénération, etc), des systèmes de pilotage de consommations et de stockage d’énergie.

  Smart grids multi-énergies

Les problématiques grandissantes de gestion dynamique des réseaux électriques encouragent les opérateurs de réseaux à étudier de nouveaux gisements de flexibilité au-delà des usages électriques, comme le couplage avec :

- les réseaux de gaz (smart grid gaz) via l’injection d’hydrogène produit à partir d’électricité renouvelable et injecté dans les réseaux de gaz naturel (appelé Power-to-Gas),
- les réseaux de chaleur via un appoint en chaleur produit à partir d’électricité renouvelable et une réduction de sources carbonées (appelé Power-to-Heat),
- et les réseaux de froid via le stockage de froid pendant les heures de faible contrainte sur la demande d’électricité.

Retrouvez davantage d’informations sur le site de la CRE (ci-dessous).

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