Reprise de l’article d’Alain Baritault sur la Smart Grid publié sur Explorateur Numerique le 4 Mai 2010.
La majorité des pays, quelque soit le stade de leur développement, doivent aujourd’hui faire face à des challenges fondamentaux dans l’accompagnement de leur développement économique, social et industriel alors que le monde entier connait une crise économique sévère.
Il s’agit pour chacun de trouver des moyens de créer des emplois, de mieux gérer ses ressources naturelles et de dégager de nouvelles ressources pour des investissements de croissance. Dans un contexte de réchauffement climatique, d’augmentation de la pollution et de raréfaction des ressources énergétiques classiques, les pays doivent mieux connaitre les composantes de leurs dépenses énergétiques de façon à mieux les maîtriser et faciliter le développement de nouvelles énergies plus propres.
S’attacher à optimiser les ressources en commençant par en améliorer le rendement est le début du cercle vertueux :
La gestion des moyens servant à produire, distribuer et optimiser l’électricité est une brique essentielle.
Le Smart Grid (ou La Smart Grid) est une des appellations qui définit un réseau de distribution d’électricité intelligent
Le consommateur devient actif pour conserver l’énergie électrique
La démarche adoptée dans le principe de Smart Grid est centrée sur le consommateur. Elle consiste à faire activement participer le grand public, les consommateurs et les industriels, à la réduction de la consommation d’énergie en leur donnant les informations nécessaires pour connaitre leur propre consommation et les moyens de la contrôler. Une circulation dans les deux sens de flux d’information entre les consommateurs et les fournisseurs aux différents niveaux de la production, du stockage et de la distribution d’électricité contribuera à améliorer l’efficacité et conduira à générer une électricité plus propre.
Selon les estimations de l’ACEEE (American Council for Energy Efficiency Economy), une réduction cumulée de 15% de la consommation électrique en 2020 aux Etats-Unis (soit de 0.33% à 2.5% par an pendant les 10 prochaines années) permettrait aux américains d’économiser environ $170 milliards, de créer 220000 emplois et de réduire les émissions de gaz polluants équivalentes à celles de 35 millions de voitures. ACEEE estime qu’entre aujourd’hui et 2030, les factures d’électricité peuvent être réduite de $1.3 trillons à condition que les bons dispositifs à base de microprocesseurs soient mis en place pour améliorer la capacité des logicielles et des technologies que l’on utilise quotidiennement. Cela économiserait la construction de près de 300 usines électriques sur le sol américain. En Europe, l’initiative 20.20.20 s’est fixé comme objectif de baisser la consommation électrique de 20% d’ici 2020 tout en augmentant de 20% la part des énergies renouvelables
Un Smart Grid pour réduire la consommation d’électricité
Des le début des années 2000, la plupart des grands blocs géopolitiques ont commencé de réfléchir sur l’évolution de leurs réseaux électriques de façon à mettre en place une architecture de réseau de réseaux appelé « Smart Grid », c’est-à-dire une infrastructure de réseaux électriques de nouvelle génération sur laquelle circuleront des informations sur la consommation électrique de tous les appareils connectés, dans la maison ou à l’extérieur, dans les villes, les bureaux, les usines. Pour capter et traiter ces informations, il est nécessaire de faire évoluer les réseaux électriques vieux de depuis plus d’un siècle vers une nouvelle forme de réseau intelligent capable de recevoir et traiter l’information et d’agir en conséquence. L’Europe et les Etats-Unis principalement ont adopté la démarche de définir une architecture à plusieurs niveaux de réseaux (domaines) interopérables, chaque niveau remplissant un rôle spécifique tout en restant flexible, économique, accessibles, fiable et sécurisé. Le concept de Smart Grid s’appuie donc sur les réseaux électriques existants au dessus desquels est ajoutée une couche de communication unifiée et de systèmes de contrôles qui fournissent la bonne information au bon niveau, à la bonne entité et au bon moment pour permettre de prendre la meilleure décision.
Ces différents niveaux de réseaux (domaines) seront organisés de façon à mieux contrôler la génération, le stockage et la distribution d’électricité selon les besoins et de proposer une offre de meilleure qualité de façon à éviter les gigantesques pannes qui ont pu se produire aux Etats-Unis ou en Russie, ou encore, les distorsions manifestes parfois constatées au sein même d’un pays (prix variant de 1 à 5). Un tel système est basé sur la mise en œuvre d’un ensemble de standards, il permet d’intégrer sans arrêt les dernières innovations technologiques à chaque niveau et de développer un écosystème de produits industriels et de services qui fonctionneront sur ces nouveaux réseaux. Comme toute infrastructure nouvelle, sa mise en place appuyée sur l’infrastructure existante se fera dans le temps.
Migrer le réseau électrique actuel vers le Smart Grid
Les grandes étapes de la migration vers le Smart Grid (qui a débuté il y a déjà plusieurs années aux Etats-Unis et en Europe) auront pour objectif :
de faire passer le réseau actuel d’un système radial assez centralisé vers un véritable réseau assurant la connectivité entre les sources d’électricité et le consommateur final ;
de transformer un réseau appuyé sur des systèmes de commande et de contrôle électro-mécaniques vers des systèmes entièrement numériques capable d’être programmés et automatisés ;
de faciliter les communications dans les deux sens qui permettent au consommateur de passer d’une attitude passive à une participation active sur le marché.
de mettre en place des systèmes de gestion de l’information à tous les niveaux du réseau
Ainsi, dans un premier temps, un certain nombre de mises à jour physiques devront avoir lieu sur le réseau. Le foyer, devenu le point de départ et d’arrivée du Smart Grid, doit être équipé pour générer et recevoir les informations détaillées de consommation électrique de façon à ce que le consommateur puisse adopter une attitude active de gestion de sa consommation électrique. Cela signifie qu’il faut en premier lieu rendre les compteurs électriques intelligents, c’est-à-dire qu’ils puissent recevoir et envoyer des informations sur le réseau électrique. Ensuite, pour obtenir des informations plus précises, il faudra permettre à tous les appareils électriques d’envoyer des informations au compteur dont ils dépendent pour s’alimenter. Les moyens pour faire circuler les informations entre le compteur et les appareils de la maison d’une part et entre le compteur et le Smart Grid peuvent être multiple et s’appuyer sur le réseau électrique, les réseaux sans fil ou encore le réseau Internet à haut débit.
Le compteur électrique intelligent au centre du système de Smart Grid
Les compteurs électriques intelligents (Smart Meters) sont donc aujourd’hui au cœur de la problématique du Smart Grid comme l’une des conditions de base de sa mise en œuvre dans n’importe quel pays. Un Smart Grid sans compteurs intelligents ne sera d’aucune utilité. La société d’analyse Pike Research estime qu’en 2009, les compteurs intelligents ne représentaient que seulement 4% de tous les compteurs électriques installés dans le monde, dont 6% sur le territoire des Etats-Unis et environ 12% en Europe. Pike Research compte 1.3 milliards de compteurs électriques installés dans le monde. Elle estime que la croissance globale du nombre de compteurs intelligents atteindra 18% par an d’ici 2015, représentant une opportunité industrielle importante et une opportunité pour l’émergence de nouveaux services innovants. Pour elle, le seul marché mondial des compteurs électriques intelligents, sans compter les autres éléments d’infrastructure intervenant dans les Smart Grid aura plus que quadruplé pour approcher les 15 milliards de dollars de chiffre d’affaire par an.
Aux Etats-Unis, le « Recovery Investment Act » voté par le Congrès Américain comporte une aide de $11 milliards pour « stimuler la migration vers un meilleur réseau électrique, plus grand et plus intelligent». Cet investissement de modernisation du réseau électrique Américain conduira à près de 5000 km de nouvelles lignes électriques et plus de 40 millions de nouveaux compteurs intelligents dans les foyers US d’ici 2015. En 2006, PG&E en Californie a mis en place un plan de 5 ans pour remplacer 9 millions de compteurs électriques par des compteurs intelligents. De plus, d’ici 2015, l’objectif du plan de relance américain est de mettre sur la route plus de 1 million de véhicules hybrides capable de recharger leurs batteries en se connectant directement au réseau électrique. En Europe, suite à l’initiative 20.20.20 le troisième prévoit que 80% des foyers Européens disposent d’un compteur électrique intelligent d’ici 2020 et 100% en 2022. Dejà, 27 millions de compteurs intelligents ont été déployés en Italie par Enel. En France, EDF a commencé en mars 2010 un pilote portant sure 300000 compteurs intelligents en Indre et Loire et à Lyon. EDF prévoit de remplacer 35 millions de compteurs électriques par des compteurs intelligents entre 2012 et 2017.
Challenges pour le compteur intelligent
Le cycle de renouvellement d’un compteur électrique est en moyenne de 40 à 50 ans et il coûte relativement cher dans la mesure où il nécessite le déplacement d’un technicien sur place. Aujourd’hui, l’industrie se trouve donc devant le challenge de la conception et de la mise en oeuvre des nouveaux compteurs intelligents, alors que la mise en œuvre de Smart Grid dans le monde vient à peine de commencer et que l’ensemble des standards nécessaires ne sont pas encore complètement établis. Les compteurs intelligents doivent ainsi être en mesure d’aborder d’une manière flexible et à moindre coût tous des problèmes d’interopérabilité pour assurer une bonne transmission, une bonne utilisation et une parfaite sécurité des informations qui circuleront sur ces réseaux, quelque soient les parties prenantes, alors que les standards continueront d’évoluer..
Les compteurs intelligents serviront de lien indispensable entre tous les appareils qui équipent le foyer et le Smart Grid, communiquant avec chacun des appareils. En même temps récepteurs et agrégateurs de l’ensemble des données de consommations électriques dans la maison et passerelle intelligente et de communication entre le foyer et le Smart Grid, les compteurs intelligents devront être programmables pour s’adapter aux évolutions des nombreuses technologies et aux innovations futures qui interviendront sur le Smart Grid et dans les appareils domestiques. En effet le compteur intelligent enverra vers le Smart Grid les informations sur la consommation électrique du foyer et recevra du Smart Grid un ensemble de signaux qui permettront à l’utilisateur de mieux connaitre sa consommation et d’agir en fonction des tarifs ou des incitations proposés. Le compteur intelligent est donc au point d’intersection de plusieurs réseaux dont certains ne font pas partie du Smart Grid mais pourront communiquer et échanger des informations avec lui.
L’objet est donc de mettre en place un appareil qui puisse pleinement jouer le rôle qu’on attend de lui dans un environnement qui pendant un siècle a été défini par la seule mesure de la quantité d’électricité distribuée aux usagers. Il doit maintenant s’ouvrir à la communication numérique et à l’échange d’informations sur l’ensemble des éléments avec lesquels il sera en contact. Il assurera la liaison entre trois types de réseaux : le réseau électrique classique (NAN), le réseau Internet à haut débit (WAN) et les réseaux domestiques (HAN).
Ces réseaux s’appuient sur des supports différents de transport de l’information : les réseaux électriques, les réseaux de télécommunications fixes (Internet) et les réseaux sans fil (ZigBee, WiFi, GSM, etc…). Le compteur intelligent doit donc être flexible et ouvert pour être en mesure d’envoyer et recevoir des données transportées sur ces trois types de réseaux.
Il devra être construit autour d’une base programmable étendue non figée, faisant appel à un microprocesseur, permettant la mise en place de services liés à une meilleure connaissance et une meilleure maitrise de la consommation d’énergie au sein du foyer ou des entreprises.
Alain Baritault et Olivier Pavie
| Situation aujourd’hui |
Situation demain |
| Electro-mécanique / semi-conducteurs |
Programmable/ microprocesseur |
| Communications dans un seul sens/ bilatérales localement |
Communications bilatérales généralisées sur tous les réseaux |
| Génération électrique centralisée |
Génération électrique distribuée |
| Protection locale/limitée/ Système de veille et de contrôle |
WAMPAC Protection dynamique et adaptative (Wide Area Monitoring Protection and Control) |
| Système « Aveugle » |
Système en veille permanente |
| Remise en route manuelle |
Remise en route automatique par le système |
| Vérification manuelle des équipements |
Veille et contrôle des équipements à distance |
| Risques d’un système de contrôle limité |
Système de contrôle auto adaptatif |
| Fiabilité du réseau estimée |
Fiabilité du réseau prévue |
| Mise en œuvre des équipements en fonction des pointes saisonnières (approche conservatrice) |
Mise en œuvre dynamique des équipements sur les indicateurs en temps réel (approche dynamique) |
| Peu de choix offerts aux clients |
Le client dispose d’une vaste palette de choix de services |
Ce tableau (Source Pike Research) montre les différences entre le système de distribution électrique actuel et le système de Smart Grid utilisant les compteurs intelligents.
Info+
Quelques liens sur les sujets Smart Grid et Green Business en Europe :
https://www.opavie.com/2010/operation-de-communication-internationale-pour-le-compte-daccent/
https://www.greenunivers.com/
https://www.businessgreen.com
