Smart grids : tout est là !

Encore un peu flous pour le commun des mortels, le concept de réseau intelligent, tout doucement, une réalité. Et s’ils impliquent l’usage de nouveaux outils pointus à chaque étape du processus, l’ensemble des matériels et logiciels nécessaires à leur bon fonctionnement sont déjà disponibles.

 

Smart grid. Tout le monde connaît ce terme, sans pour autant pouvoir le décrire précisément.  La Commission de régulation de l’électricité (CRE), autorité administrative indépendante chargée de veiller au bon fonctionnement des marchés de l'électricité et du gaz en France, en donne pourtant une définition officielle claire : « ce sont les réseaux électriques publics auxquels sont ajoutés des fonctionnalités issues des nouvelles technologies de l’information et de la communication (NTIC). Le but est d’assurer l’équilibre entre l’offre et la demande d’électricité à tout instant et de fournir un approvisionnement sûr, durable et compétitif aux consommateurs ». « La différence entre un grid et un smart grid est la même qu’entre un téléphone et un smartphone : on y a inséré de l’informatique et de la communication », décrypte Sébastien Meunier, Directeur du marché Performance Energétique chez ABB France. Autre différence importante, le réseau n’est alors plus unidirectionnel, comme c’est encore le cas chez nous actuellement, mais bidirectionnel, capable de délivrer de l’énergie et d’en absorber, notamment avec la généralisation des sources d’énergie renouvelables (ENR).

 

La machine est en marche

Selon Florent Germain, smart grid business leader chez Schneider Electric, trois facteurs principaux poussent ces smart grids : « la demande croît avec de nouveaux usages [la pointe record enregistrée en France a atteint 101 GWh un soir à 19h, Ndlr], on nous impose un nouveau mix énergétique avec 20% d’ENR et on se dirige vers une saturation des réseaux, car nous cherchons sans cesse à passer plus d’énergie dans les mêmes câbles ». En outre, on attache désormais davantage d’importance à la qualité de l’énergie, en particulier en cherchant à réduire les temps de coupure pour le consommateur final. Toujours selon Florent Germain, s’ajoute à cela trois accélérateurs : l’évolution technologique  informatique, avec l’arrivée des smartphones et autres tablettes tactiles, l’implication de la CRE et du gouvernement et l’arrivée imminente du compteur communicant Linki chez tous les particuliers. En France, un nouveau catalyseur est également en marche. « Beaucoup de choses vont commencer cette année au second semestre avec le débat sur la transition énergétique », note Géraldine Trapp, Responsable du pôle conférence pour le congrès SG Paris 2013.

 

Des besoins nouveaux

Le principe du réseau intelligent est simple : à tout instant, il détermine le besoin en énergie côté consommation et le compare avec les capacités de production à l’instant t. En fonction du résultat, il faudra piloter les différents organes du réseau pour produire plus ou moins et/ou consommer moins. Cette évolution importante implique tous les acteurs de la chaîne, des producteurs d’énergie  aux consommateurs, en passant par les transporteurs et distributeurs d’énergie responsables des lignes et des postes de transformation successifs. Et tous ces acteurs du smart grid ont besoin d’outils pour faire fonctionner le dispositif.

 

Produire

Pour les producteurs d’énergie, la problématique consiste à assurer la continuité de la fourniture électrique, en intégrant les nouvelles sources renouvelables. « Ils ont besoin d’outils leur permettant de visualiser en permanence leurs capacités à l’échelle nationale et internationale et d’optimiser les interventions de maintenance sur leurs équipements », note Grégory Guiheneuf, directeur marketing Factory Systèmes et Wonderware France. Pour Dong Energy, au Danemark, l’éditeur de la plateforme Archestra a ainsi implémenté une solution de « centrale virtuelle » modélisant tous ses moyens pour les comparer à la demande en temps réel (attention toutefois, dans ce domaine, le temps réel se compte en secondes…). Désormais, des acteurs comme GDF Suez exigent également d’outils analogues de pouvoir, très rapidement, intégrer dans la boucle des moyens supplémentaires, des champs d’éoliennes notamment, en employant le protocole IEC 61850, et développer de nouvelles fonctionnalités. Des solutions comme Panorama et Panorama IT, de Codrat, sont quant à elles actuellement utilisées pour de la supervision de moyens de production, mais aussi pour piloter, par exemple, des flux d’énergie entre la France et l’Angleterre.

 

Pour Transporter et distribuer

Dans ce domaine, justement, la tâche est importante. Il s’agit de surveiller de près le transfert de l’énergie sous ses différentes formes (en termes de tension). Alstom Grid, par exemple, fournit des salles de commande complètes et toutes les technologies de l’information et de la communication (TIC) associées. « Ces plates-formes couvrent l’analyse de l’encombrement du réseau et des événements imprévus, la gestion de la stabilité du réseau, les prévisions pour les énergies renouvelables et estimations en temps réel, le système de gestion de la distribution (iDMS chez Alstom Grid) intégrant le réseau, la gestion des coupures et analyse des flux de charge sur la distribution, la gestion de la demande-réponse et la gestion des ressources du réseau et surveillance de l’état », explique-t-on chez Alstom Grid. « Dans les logiciels, il y a deux catégories, note Florent Germain de Schneider Electric, les outils de conduite de réseau pour mesurer et réagir, et les solutions connexes comme la gestion de la météorologie ». Le Français est sur les deux domaines.

Autre point important, « il faut des systèmes intelligents  qui mesurent la qualité (fréquence, bruit…) de l’énergie transportée, mais aussi des switches pour équilibrer le réseau et rendre les circuits auto-cicatrisants en étant capable de détecter un problème et d’isoler le circuit concerné », explique José Albuquerque, responsable des comptes Energie chez National Instruments.  On parle alors d’Asset monitoring. Et dans ce domaine, il faut alors capter des informations à moins que la seconde. Dans ce domaine, National Instruments a notamment mis au point le Smart-grid analyser, capable de mesurer et analyser les signaux électriques et communiquer ses données via le bus IEC 61850. Pour RTE, en France, l’Américain également a mis au point un « phaseur », un dispositif de mesure, dans les sous-stations, de la tension, du courant et de la phase des signaux (les problèmes de phase sont à l’origine de surtension ou de sous tension sur le réseau). Il emploie en particulier des technologies GPS pour localiser et, surtout, dater les mesures, afin d’obtenir des données comparables.

Bien sûr, les différents équipements utilisés, dans les stations  et sous-stations, dans les postes de transformation, les lignes d’alimentation, etc. doivent disposer du degré d’automatisme et de protection nécessaires, fournis par les grands acteurs du secteur.

 

Pour Convertir les énergies

Dans un smart grid, l’électricité est fournie par des centrales de toutes sortes, mais aussi des éoliennes, des panneaux solaires et, pourquoi pas, des véhicules électriques (VE) connectées au réseau. Des sources de courants alternatifs ou continus, de différentes tensions et puissance, qui doivent pouvoir être injectées dans le réseau ou stockées dans des batteries. Là encore, il faut disposer de l’électronique de puissance nécessaire à la conversion d’énergie AC/AC, AC/DC, DC/AC, DC/DC, à la charge des VE, … 

 

Mesurer la consommation

« C’est un point essentiel du smart grid. La problématique est la même que pour le trafic routier. Il faut construire le « bison futé » de l’énergie », affirme Patrice Caillaud, Directeur commercial et marketing électricité du fabricant de compteurs Itron. Et la tâche est colossale. « Il faut mesurer  à tous les points de consommation et de bifurcation et aux points de transformation », préconise le spécialiste. L’entreprise poitevine produit des solutions de comptage pour  tous ces points. Elle est aussi impliquée dans le projet français de compteur intelligent Linki, qui attend encore le déploiement au niveau national (on parle de 35 millions de compteurs pour le résidentiel). En termes de technologie, « seul le capteur change selon l’application », explique Patrice Caillaud. Quant à la communication, plusieurs solutions sont utilisées : GPRS pour les postes isolés, CPL pour le résidentiel, Zigbee sur les sites industriels…

Pour le smart grid, ces mesures vont servir à déterminer la demande, mais aussi à la gérer intelligemment. Les gros consommateurs ne peuvent pas être traités comme les petits, mais le principe à appliquer est le même : écrêter les pointes de consommation en organisant des effacements, ou délestages, c’est-à-dire la coupure momentanée de certains appareils pour limiter l’appel de courant instantané. Dans le résidentiel et le tertiaire, on entre alors dans le domaine de la gestion technique des bâtiments (GTB). En complément des compteurs intelligents et des systèmes d’automatisation intégrés dans les bâtiments, des solutions de type « supervision » d’acteurs comme Wonderware, Schneider Electric ou Codrat, entre autres, capables de collecter les données et de piloter intelligemment les organes automatisés : chauffage, éclairage, volets roulants, ventilation, etc. La dernière tendance dans ce domaine ? Analyser la signature électriques des appareils ménagers dans les bâtiments afin détecter la connexion d’un réfrigérateur, d’une machine à laver, d’un lave-vaisselle ou d’un téléviseur, et pouvoir « attribuer » des quantités d’énergie données à chaque étage d’un bâtiment, en accord avec la réglementation thermique RT 2012. 

 

Smart factory et efficacité énergétique

Le smart grid implique donc la naissance d’une smart-city construite pour tirer parti du dispositif. Il faudra aussi des smart factories, ou usines intelligentes. Là aussi, « pour passer de l’usine à la smart factory, il y a deux conditions : le comptage et le pilotage du process. Mais il faut d’abord s’attaquer à l’efficacité énergétique des procédés industriels, sans oublier que sur un site industriel, il y a aussi un bâtiment », déclare Sébastien Meunier, d’ABB France. Autrement dit, il est urgent d’installer des systèmes de comptage en entrée du site, mais aussi de sous-comptage aux endroits critiques des usines, pour tracer précisément leurs consommations. Ainsi, si le grid envoie un message qui annonce une hausse du prix dans quelques heures, l’industriel pourra faire ses choix de délestage en conséquence. Un travail réalisé avec des moules de gestion d’énergie construit à partir de solutions de type supervision. Le jeu en vaut la chandelle. « Pour certains industriels, la part de l’énergie représente de 15 à 40% du coût de production, affirme Grégory Guiheneuf. Mais « Il faut de l’investissement pour placer les unités de comptage », reconnaît-il. Autre avantage d’un comptage in situ, il permettra aux industriels de détecter la génération d’harmoniques  et de puissance réactive qui risquent aussi d’augmenter leur facture.

 

On y est presque…

« Il n’est pas nécessaire d’attendre le smart grid pour mettre en place ce type de solutions », note Sébastien Meunier. Un conseil judicieux, d’autant que, si toutes les technologies nécessaires au bon fonctionnement des réseaux intelligents sont déjà disponibles, leur déploiement tarde dans l’Hexagone. En cause, l’attentisme de l’Etat face aux changements de réglementation nécessaires (notre modèle actuel reposant sur la régulation ne peut convenir au concept du smart grid) mais aussi le manque de business model adéquat pour ces solutions inédites. Qui fait quoi ? Comment valorise-t-on les effacements ? Qui installe le matériel ? Qui prend la responsabilité des compteurs sur les réseaux ? Qui prend en charge les investissements ? Qui prend en charge les pertes financières liées aux pertes en charge ? Autant de question qui tardent vraiment à trouver des réponses.

Les choses avancent. D’abord, une trentaine de projets sont actuellement en cours partout en France, qui permettent de valider les concepts, mais aussi de fédérer les acteurs autour de solutions communes. Car en termes de business, une des particularités du smart grid tient dans le fait qu’il nécessite pour les acteurs de travailler en partenariat pour construire des solutions globales. Parallèlement, de nouveaux acteurs apparaissent, notamment pour la valorisation des effacements auprès de (gros) consommateurs, et d’autres acteurs s’invitent à la table, comme les spécialistes des télécommunications, qui voient dans la transmission de milliers d’informations en continu la promesse d’un business juteux… Pendant ce temps aussi, les solutions techniques s’affinent. « Cette année, beaucoup de projets arrivent au stade de retour d’expérience. Des solutions seront abandonnées, d’autres encouragées… », commente Florent Germain. Reste que dans des pays du Nord de l’Europe, aux Etats-Unis, en Chine et en Inde, les pilotes ont déjà laissé place au déploiement de solutions concrètes et, si les Français ne font rien, ils pourraient bien passer d’un statut de leader dans le domaine à celui de suiveur, voire de looser. Il ne tient qu’à eux d’éviter le smart bid !

 

Un smart grid tropical

Dans les territoires insulaires de l’Hexagone, les DOM-TOM en particulier, le déploiement de sources d’énergies renouvelables a été très rapide ces dernières années. Leur poids devient important face aux sources conventionnelles, au point qu’il existe un risque de de black-out lorsque le soleil est soudainement masqué par un nuage ! Pour éviter cela, à la Réunion, par exemple, le gestionnaire de réseau de l’île a investi dans un système dédié, fourni par Itron, chargé de protéger le réseau. Son objectif : déterminer à chaque instant la part d’énergie renouvelable dans la production et, en cas de dépassement d’un seuil de 30%, couper le robinet à certains fournisseurs, en l’occurrence les derniers arrivants dans le réseau. Parallèlement, ce dispositif permet  de détecter tout incident potentiel sur le réseau et d’intervenir si nécessaire. Concrètement, toutes les cinq minutes, le système d’Itron collecte et transmet par GPRS les données de 500 points de comptage répartis dans l’île et les agrège pour calculer le ratio Production d’énergies vertes/ production totale. Dans les faits, ce dispositif est donc un smart grid, dans la mesure où il régule la production et garantit la sécurité du réseau. En revanche, cette production n’est pas directement dépendante de la demande des consommateurs.