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Définition des Smart grids

Pour faire face aux mutations du paysage énergétique, il est nécessaire de moderniser le système électrique. Le contexte français et européen, dans lequel se sont développés les réseaux électriques, conduit à privilégier le déploiement des technologies de Smart grids plutôt que le remplacement et le renforcement massif des réseaux.

L’intégration des nouvelles technologies de l’information et de la communication aux réseaux les rendra communicants et permettra de prendre en compte les actions des acteurs du système électrique, tout en assurant une livraison d’électricité plus efficace, économiquement viable et sûre.

Le système électrique sera ainsi piloté de manière plus flexible pour gérer les contraintes telles que l’intermittence des énergies renouvelables et le développement de nouveaux usages tels que le véhicule électrique. Ces contraintes auront également pour effet de faire évoluer le système actuel, où l’équilibre en temps réel est assuré en adaptant la production à la consommation, vers un système où l’ajustement se fera davantage par la demande, faisant ainsi du consommateur un véritable acteur.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L’émergence de nouveaux objectifs environnementaux

Face aux préoccupations environnementales croissantes, l’Union européenne a adopté des objectifs ambitieux, dits des « 3×20 ». Il s’agit d’ici 2020 :

  • de faire passer à 20 % la part des énergies renouvelables dans le mix énergétique européen ;
  • de réduire de 20 % les émissions de CO2 des pays de l’Union par rapport à 1990 ;
  • d’accroître l’efficacité énergétique de 20 %.

Dans le prolongement de cette politique européenne, la France a adopté, par les lois issues du Grenelle de l’environnement, des mesures visant notamment à maîtriser la demande en énergie. Elle s’est également engagée à diviser par 4 ses émissions de gaz à effet de serre.

Ces objectifs politiques modifieront en profondeur l’utilisation de l’énergie et la gestion du système électrique.

Le développement des énergies renouvelables et des nouveaux usages de l’électricité imposent de moderniser le système électrique

Parallèlement au développement des énergies renouvelables, les usages de l’électricité connaissent de profondes évolutions. Certains usages déjà existants ont pris une ampleur considérable (climatisation, chauffage électrique). D’autres, comme le véhicule électrique et la pompe à chaleur, se développent et augmenteront la consommation d’électricité déjà en forte hausse.

Ces changements contraignent le pilotage des réseaux électriques car :

  • la consommation d’électricité connaît de fortes variations horosaisonnières. La consommation d’énergie est plus importante en hiver qu’en été. Elle fait l’objet de pointes et de creux journaliers ;
  • les moyens de production d’électricité sont de plus en plus variables, du fait de l’intermittence de leurs sources renouvelables ;
  • le développement de la production décentralisée conduit à multiplier de manière très importante les sites de production, et à injecter de l’énergie sur des réseaux de distribution conçus pour l’acheminer et non la collecter.

Ces contraintes imposent de revoir les règles habituelles d’exploitation des réseaux et exige des adaptations en termes d’observabilité et de conduite des réseaux électriques.

Ces mutations modifient la gestion de l’équilibre du système électrique

Jusqu’à présent, l’équilibre du système électrique était obtenu en pilotant principalement l’offre d’énergie en fonction de la demande, aux meilleures conditions d’approvisionnement et de coûts.

Aujourd’hui, la nouvelle donne énergétique ne permet plus de gérer le système électrique de cette façon. Du fait du caractère difficilement pilotable de l’offre, l’ajustement qui permet d’équilibrer le système électrique ne se fait non seulement par l’offre mais aussi par la demande. C’est la raison pour laquelle la demande doit être gérée de façon active, notamment en incitant les consommateurs à s’effacer lors des pics de consommation.

Le système électrique doit être modernisé

La gestion des réseaux électriques, jusqu’à présent centralisée et unidirectionnelle allant de la production à la consommation, sera demain répartie et bidirectionnelle. Cela constitue un changement sans précédent dans la façon de concevoir et de piloter le réseau et nécessite de l’adapter.

La solution qui consisterait à ne faire que du renforcement de réseaux est sous-optimale et difficilement réalisable, eu égard à la démographie croissante en ville, à la difficile acceptabilité sociale des nouvelles infrastructures et aux coûts importants des investissements à consentir.

Cette adaptation du système électrique doit donc passer par l’intégration des nouvelles technologies de l’information et de la communication aux réseaux.

Rendre les réseaux électriques intelligents

Les réseaux électriques intelligents, ou Smart grids, sont communicants car ils intègrent des fonctionnalités issues des technologies de l’information et de la communication. Cette communication entre les différents points des réseaux permet de prendre en compte les actions des différents acteurs du système électrique, et notamment des consommateurs. L’objectif est d’assurer l’équilibre entre l’offre et la demande à tout instant avec une réactivité et une fiabilité accrues et d’optimiser le fonctionnement des réseaux. Le système électrique passe d’une chaîne qui fonctionne linéairement à un système où l’ensemble des acteurs est en interaction.

Rendre les réseaux électriques intelligents consiste donc en grande partie à les instrumenter pour les rendre communicants. Actuellement le réseau de transport est déjà instrumenté notamment pour des raisons de sécurité d’approvisionnement. En revanche, les réseaux de distribution sont faiblement dotés en technologies de la communication, en raison du nombre très important d’ouvrages (postes, lignes, etc.) et de consommateurs raccordés à ces réseaux. L’enjeu des Smart grids se situe donc principalement au niveau des réseaux de distribution.

Caractéristiques des réseaux électriques actuelsCaractéristiques des réseaux électriques intelligents
AnalogiqueNumérique
UnidirectionnelBidirectionnel
Production centraliséeProduction décentralisée
Communicant sur une partie des réseauxCommunicant sur l’ensemble des réseaux
Gestion de l’équilibre du système électrique par l’offre/ productionGestion de l’équilibre du système électrique par la demande/consommation
ConsommateurConsom’acteur

L’architecture du système électrique intelligent

L’architecture des réseaux intelligents se compose de trois niveaux :

  • le premier sert à acheminer l’électricité par une infrastructure classique d’ouvrages électriques (lignes, transformateurs, etc.) ;
  • le deuxième niveau est formé par une architecture de communication fondée sur différents supports et technologies de communication (fibre optique, GPRS, CPL, etc.) servant à collecter les données issues des capteurs installés sur les réseaux électriques ;
  • le troisième niveau est constitué d’applications et de services, tels que des systèmes de dépannage à distance ou des programmes automatiques de réponse à la demande d’électricité utilisant une information en temps réel.

Définition des Smartgrids (interview de Jean-Marie Chevalier)

Avec l’apparition des nouvelles technologies et la gestion de futurs réseaux intelligents, le régulateur se situe à un point névralgique puisqu’il est concerné par l’orientation qu’il donnera aux investissements à réaliser.


On parle de plus en plus de réseaux intelligents, de quoi s’agit-il ?

Jean-Marie Chevalier : La notion de Smart grids, c’est-à-dire de réseaux électriques intelligents, combine deux idées : d’une part, rendre plus intelligents les réseaux existants et, d’autre part, créer des mini-réseaux autonomes et dans lesquels on pourra associer aisément différentes ressources d’énergie. Je pense à la biomasse, au vent, au solaire, à l’hydraulique, au gaz, etc. On pourra aussi favoriser le développement de nouveaux modes de production, comme la cogénération qui permet la production combinée de chaleur et d’électricité. Il sera également possible d’adjoindre à ces réseaux de nouveaux modes de transports, comme la voiture électrique, qui se rechargera pendant la nuit. Il y aura bien entendu des recoupements entre le grand réseau et les réseaux décentralisés.
Pour le moment, on observe simplement des expériences locales de systèmes énergétiques intelligents décentralisés.

Quels sont les pays les plus en pointe ?

J-M. C. : Très en pointe en matière d’efficacité énergétique, le Japon est incontestablement un des pays leaders sur le sujet. Compte tenu de la densité de la population, les japonais sont contraints de chercher les solutions les plus intelligentes afin d’obtenir la même qualité de services en consommant le moins possible.
En Europe, c’est l’Allemagne qui est en avance. Nos voisins connaissent une problématique énergétique complexe avec leur refus du nucléaire et le développement de l’éolien et du solaire… Cela a une limite : on ne peut avoir une économie électrique uniquement alimentée avec des énergies intermittentes. L’Allemagne est donc à la recherche de systèmes énergétiques plus efficaces. Ainsi, la ville de Fribourg, très proactive, multiplie les solutions intelligentes et décentralisées. En France, il y a une ébullition depuis quelques mois. Tout s’est accéléré en fait après le fameux discours de Barack Obama dans lequel il a prononcé le terme de « smart grids ». Il a déclenché chez les industriels du monde entier une réflexion sur l’utilisation des nouvelles technologies dans les futurs réseaux. Ces réseaux intelligents intègreront beaucoup de technologies d’automatisation, de mesure, de contrôle, de commandes systèmes… pour agir du côté de l’offre et sur la demande, pour essayer de la réduire quand elle est trop haute… Il s’agit d’intégrer des technologies tout au long de la chaîne, de la production jusqu’à l’interrupteur chez le consommateur.

Où en est la France sur le sujet ?

J-M. C. : En France, les gestionnaires du réseau de transport (RTE) et de distribution (ERDF), ont entamé des réflexions. Je rappelle tout de même que les réseaux français sont déjà plus intelligents que, par exemple, les réseaux américains ! Ces derniers ont souffert de sous-investissement (ils sont encore en 110 volts) et ils sont bien moins modernes que le réseau de RTE. Toutefois, on a encore beaucoup de travail à effectuer en France, notamment dans la distribution qui, elle aussi, a souffert d’un manque d’investissements depuis une quinzaine d’années.

Sur le plan de la sécurité, au niveau technique et d’un point de vue économique, les réseaux intelligents sont-ils la panacée ?

J-M. C. : Ces réseaux vont accélérer le changement du mix énergétique en intégrant davantage les énergies renouvelables car ces énergies intermittentes seront mieux gérées. Ensuite, si j’ose dire, ces réseaux permettront de rendre les consommateurs plus intelligents ! Avec les « smart grids » apparaîtront les « smart consumers » !
Hormis en ce qui concerne les personnes défavorisées, pour le moment, la facture d’électricité n’est pas très douloureuse. Cela va changer car les fondamentaux indiquent que les prix de l’énergie vont progresser. Il faut donc inciter les consommateurs à gérer leur consommation et leurs investissements de manière plus intelligente. Je ne suis pas certain qu’à terme le chauffage électrique soit un bon choix…
Ces réseaux plus intelligents donneront plus d’information sur les prix et la courbe de demande des consommateurs. Cela bénéficiera à RTE, qui est responsable de l’équilibre du réseau. En période de très forte demande, quand il fait très froid par exemple, il y a deux manière d’agir : soit l’on appelle des kWh supplémentaires – qui viennent souvent des centrales thermiques allemandes –, soit l’on peut essayer de modérer la demande, ce que pourraient aider à faire les Smart grids. Le consommateur y trouvera également son compte car ceci devrait le conduire à consommer moins pour un confort identique.

Qui financera le développement de ces nouveaux réseaux ?

J-M. C. : Il faudra des financements d’origines multiples. Au départ, l’État devra aider ces investissements car ces réseaux constituent un service public. Ensuite, de nombreuses entreprises devraient être intéressées par ces nouvelles opportunités d’investissements rentables. Des entreprises comme Schneider, Legrand, General Electric, Cisco, Microsoft, Alstom et Nexans sont à l’affût de ces nouvelles opportunités. Peut-être faudra-t-il combiner des capitaux privés et des financements publics. Les collectivités locales aussi participeront puisque cela concerne directement le confort des citoyens. On peut également imaginer une participation internationale avec la Banque mondiale ou la Banque européenne d’investissements.

Selon vous, ces réseaux intelligents vont-ils modifier le rôle du régulateur ?

J-M. C. : Oui, parce qu’ils soulèvent des questions de partage de compétences (par exemple entre l’amont et l’aval du compteur). Oui encore car, dès que l’on touche à l’offre ou à la demande avec un outil technique, le régulateur a un droit de regard. Avec l’apparition des nouvelles technologies et la gestion de futurs réseaux intelligents, le régulateur se situe à un point névralgique puisqu’il est concerné par l’orientation qu’il donnera aux investissements à réaliser. Par ses décisions, le régulateur aura le pouvoir d’accélérer la constitution de ces réseaux.

Jean-Marie Chevalier

Jean-Marie Chevalier est professeur d’économie à l’Université Paris-Dauphine, directeur du Centre de Géopolitique de l’Energie et des Matières Premières (CGEMP), membre du Conseil d’Analyse Economique du Premier Ministre (CAE) et Senior Associate au Cambridge Energy Research Associates (CERA).
Cet article est publié avec l'autorisation préalable de Smart Grids

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