Les révolutions technologiques dans le domaine de l’informatique et de la communication ont ouvert des possibilités d’optimisation considérables. C’est ainsi qu’on a pu voir fleurir des objets connectés dits intelligents (IoT), mais aussi des bâtiments intelligents et même des villes intelligentes (smart city).
Nous allons nous intéresser aux réseaux intelligents et à leur intérêt pour la gestion de l’énergie. Comment fonctionnent-ils ? Sur quelles technologies s’appuient-ils ? Et quelles sont les évolutions apportées par rapport à un réseau traditionnel ?
Découvrez les fondamentaux de ces réseaux d’un nouveau genre.
Contexte et enjeux énergétiques
Le mix énergétique de la France a subi de profondes mutations au cours de ces dernières décennies. L’augmentation progressive de la part des sources renouvelables est une tendance majeure de cette transition. Par ailleurs, certaines innovations pourraient également changer la donne en terme de production et de stockage de l’électricité, comme l’amélioration des batteries pour le stockage ou la fusion nucléaire.
En parallèle des changements côté production, côté consommateur, la demande a également considérablement évolué. A la demande classique liée, par exemple, aux appareils électroménagers ou à l’éclairage, s’est ajoutée une nouvelle demande liée au numérique (ordinateurs, tablettes et objets connectés, IoT et industries), et plus récemment à celle liée à la mobilité propre (voiture, vélo et trottinettes électriques). La consommation en électricité a donc considérablement augmenté même si une meilleure maîtrise de la consommation a permis de stabiliser la consommation au cours de la dernière décennie. Selon les prévisions, une gestion intelligente d’énergie et une certaine sobriété côté consommateur sera nécessaire pour éviter que la demande en électricité n’augmente fortement d’ici 2050. Par ailleurs, la maitrise de la consommation est également un enjeu écologique majeur.
Les défis de la gestion d’un réseau électrique
La mutation de l’offre et de la demande nécessite également celle de ce qui fait l’interface entre les deux : le réseau de distribution électrique. Ce dernier doit en permanence relever un défi majeur : équilibrer l’offre et la demande.. En outre, une gestion intelligente d’énergie est nécessaire pour minimiser les pertes. Celles-ci peuvent être liées à la surproduction et le stockage de l’électricité qui entraîne des pertes additionnelles lors de sa conversion en d’autres formes (chimique, mécanique par exemple).
Avec les réseaux traditionnels, pour faire face aux variations de la demande, la solution apportée était essentiellement d’adapter la production (réseau unidirectionnel). La variabilité pouvait être anticipée sur la base de grandes tendances avec l’introduction de la tarification en heures creuses ou pleines, et en prenant en compte les variations saisonnières.
La diversification du mix énergétique et la part toujours croissante des sources renouvelables pose un nouveau défi dans la gestion du réseau de distribution. En effet, le phénomène d’intermittence inhérent à certaines sources (photovoltaïque, éolien) introduit une variabilité supplémentaire dans la production ce qui rend difficile leur insertion dans le réseau électrique et leur stockage. Par ailleurs, la multiplication des sites de productions augmente la complexité du réseau et donc sa gestion.
Quand les réseaux deviennent intelligents
Les innovations technologiques majeures qui ont révolutionné l’informatique et la communication ont rendu possible une évolution considérable dans la manière de gérer les réseaux d’approvisionnement.
Aujourd’hui, à la couche de distribution et de transport de l’électricité, s’ajoute une couche numérique et des compteurs communicants distribués sur l’ensemble du réseau.
Ces derniers renseignent sur la consommation temps réels et ce, quasiment en tous points. De plus, des centres de calculs à la pointe associé aux technologies d’edge computing permettent de traiter et d’analyser toute la masse de données générées.
Ces réseaux sont dits intelligents car ils permettent une gestion de la distribution beaucoup plus fine. Cette meilleure gestion permet de réaliser des économies substantielles d’électricité et une réduction des coûts sans avoir à renforcer le réseau. En outre, la gestion en temps réelle du parc énergétique permet de mieux exploiter les synergies avec les autres formes d’énergies (production d’hydrogène par exemple).
A noter un point important, une meilleure exploitation du réseau est associée également à un meilleur usage et une meilleure optimisation de la source de l’énergie.
Les gestionnaires de processeurs et de systèmes informatiques à la pointe du edge computing comme InfoVista, Intel, Google ou Cisco System, développent les technologies d’information indispensables au fonctionnement des réseaux. Par ailleurs Enedis et GRDF ont développé les compteurs communicants Linky par exemples, qui concourent à cette nouvelle exploitation.
De nombreux autres acteurs sont actifs dans ce domaine. On retrouvera par exemple des sociétés de services, des fournisseurs Cloud ou encore des constructeurs de matériels comme Advantech, NexAIoT, etc..
Quand le consommateur devient un acteur du réseau
Une composante essentielle des réseaux, c’est l’intégration de compteurs communicants directement auprès des consommateurs finaux. Grâce à ces compteurs, les flux d’information au sein du réseau sont désormais bidirectionnels avec un flux « descendant » vers le consommateur final, mais aussi un flux « ascendant » en provenance du consommateur lui-même. Il y a donc une interopérabilité entre les différents acteurs, ce qui offre des possibilités d’optimisation décuplées pour le maintien de l’équilibre offre-demande.
Le consommateur devient un véritable acteur pour la gestion intelligente d’énergie. Il peut notamment suivre l’évolution de sa consommation de manière beaucoup plus fine avec des rapports journaliers, repérer les principaux postes de dépenses et rectifier rapidement une consommation anormale. Il est donc mieux à même de maîtriser les coûts et d’avoir une gestion plus responsable de sa consommation.
La gestion plus intelligente de l’électricité est aussi rendue possible par la multiplication des appareils connectés au sein même des sites de consommation (Internet of Things).
C’est ainsi qu’on a vu apparaître des bâtiments intelligents, des industries intelligentes (smart factory) ou des réseaux ferroviaires intelligents, qui peuvent redistribuer, stocker ou même gérer des micro-sites de production hébergés en leur sein (panneaux photovoltaïque par exemple). Les municipalités ont également mis en place du mobilier urbain connecté avec par exemple des éclairages publics intelligents qui peuvent adapter leur luminosité ou même s’activer uniquement au passage de véhicules. Le réseau intelligent est ainsi un élément essentiel de la ville intelligente ou smart city.
Les avantages des réseaux intelligents
Nous l’avons vu, ces réseaux permettent essentiellement de mieux maitriser l’équilibre offre-demande. Ils permettent d’améliorer la gestion des ressources que nous avons déjà à notre disposition. A ce titre, ils offrent les avantages suivants :
- Moins de dépendance par rapport aux innovations technologiques futures.
- Limiter les besoins en terme de stockage
- Limitation dans la construction de nouvelles lignes d’approvisionnement.
- Meilleure insertion sur le réseau de la production décentralisée
- Optimisation de l’insertion de l’électricité produite par des sources intermittentes
- Meilleure exploitation des synergies entre énergies de différentes formes
- Meilleure gestion des point de production et de consommation
- Meilleur stabilité du réseau.
Les défis posés et l’acceptation par le public
La protection des données est devenue une préoccupation de premier plan et le grand public est toujours plus sensible à cette problématique. La collecte et la transmission de données personnelles aux différents gestionnaires du réseau (notamment les fournisseurs) suscitent certaines interrogations, parfois même de l’hostilité.
La réponse à ces interrogations doit venir d’un effort de la part des fournisseurs, des pouvoirs publics ainsi que de l’ensemble des acteurs de la chaîne énergétique..
Certaines affaires de piratage et de fuites de données dans des entreprises et industries de premiers plans doivent pousser les fournisseurs à être toujours plus vigilants vis à vis des données personnelles de leurs clients. Ces derniers souhaitent également de la transparence quant leurs utilisations afin d’éviter leur détournement.
Il appartient également aux différents acteurs et états d’encadrer le développement des réseaux intelligents et de définir les normes en terme de communication et d’utilisation des données.
Les smart grids sont une révolution dans la gestion de l’électricité et s’appuient sur des innovations technologiques essentiellement liées au numérique et à la communication.
Ils permettent d’équilibrer l’offre et la demande en temps réel et en tout point du réseau. Ces interfaces entre la production et la consommation sont essentielles pour bien intégrer les sources renouvelables et faire face à la multiplication des sites de production.
Par ailleurs, ils permettent d’ors et déjà d’apporter une réponse aux exigences en terme de réduction de la consommation et de limitation de l’impact écologique. La masse de données personnelles générées et transmises aux fournisseurs et aux gestionnaires du réseau nécessite une politique de protection des données à la hauteur pour une meilleur acceptation de ces réseaux auprès du grand public.