SMARTGRIDS : ENTRE INTELLIGENCE ET RESEAU ELECTRIQUE, LE COURANT PASSE DEJA BIEN

Certains sujets à la mode – la Blockchain et ses monnaies virtuelles, les énergies renouvelables, les Smart Cities – font couler beaucoup d’encre depuis quelques temps. Et pour cause : porteurs de multiples promesses, ils peuvent aussi devenir l’objet de spéculations quant à leur futur proche, parfois heureux, parfois moins. Ils peuvent ainsi prendre de vitesse la réalité de leur évolution, pourtant très rapide, mais pas autant que le rythme auquel se propage – et s’amplifie – l’information.

Parmi ces thèmes en vogue, les Smartgrids sont en bonne position. Ces « réseaux intelligents » favorisent la circulation d’information entre de nombreux acteurs de la chaine de valeur afin d’ajuster le flux d’électricité en temps réel et permettre ainsi une gestion plus efficace et plus économe du réseau électrique.

Quel est le degré de maturité des Smartgrids en France et quel est leur impact sur la chaine de valeur traditionnelle de l’électricité ?

Les Smartgrids montent en puissance

Si le sujet a déjà été traité d’un point de vue global, détaillant au passage ces nombreux enjeux (technologiques, écologiques et financiers) et nous apportant un éclairage sur l’arbitrage coûts-avantages qui en résulte, peu d’études ont jusqu’alors été faites sur les différentes expérimentations de Smartgrids, et presque aucune ne s’attache à en dresser un bilan. Pourtant, grâce aux possibilités offertes par les technologies numériques, une large partie des données énergétiques de production et de consommation est déjà à l’heure actuelle collectée et analysée, à tel point que certains préfèrent parler de « Smarter Grids », considérant ainsi le réseau comme « déjà smart ».

Voici donc l’occasion de dresser un panorama -non exhaustif- des démonstrateurs Smart Grids les plus aboutis. L’occasion, aussi, de montrer que le sujet concerne, implique et bouscule l’ensemble de la chaine de valeur, depuis la production jusqu’à la consommation finale d’électricité. L’occasion, enfin, de souligner que le réseau d’aujourd’hui est en réalité déjà « Smart », et que les retours d’expérience qui en découlent contribueront à rendre « Smarter » le réseau de demain.

Des démonstrateurs Smartgrids déjà bien avancés à chaque maillon de la chaine de valeur

Il est ici important de bien s’entendre sur les termes pour discerner correctement ce que le mot « Smartgrid » implique : un réseau ne nait pas intelligent, il le devient à force d’y intégrer un ensemble cohérent de solutions dites « intelligentes » d’un bout à l’autre de la chaine de valeur. Ces solutions, prises individuellement, sont autant de briques qui constitueront, une fois connectées, ce fameux réseau malin. Ces briques, encore au stade de démonstrateurs, sont aujourd’hui en essai dans plusieurs régions de France, et pour certaines déjà en cours de déploiement sur le territoire national.

Le Poste Electrique Intelligent : optimiser la production électrique et intégrer les sources d’énergies renouvelables

Lancé en 2013, piloté par RTE avec le concours actif d’Enedis, le projet Poste Electrique Intelligent a terminé sa phase d’expérimentations fin 2017. D’un coût total de 32 Millions d’euros, le projet devait permettre, par l’apport de technologies numériques et optiques embarquées, d’optimiser les capacités du poste électrique afin de réduire la consommation d’énergie et de l’adapter au développement massif des énergies renouvelables.
L’expérimentation s’est appliquée à deux postes électriques situés dans la Somme, premier département français par sa capacité de production éolienne, et a consisté à y intégrer des solutions innovantes de numérisation de contrôle-commande, afin de les doter de fonctionnalités avancées.

Concrètement, plusieurs nouvelles propriétés sont à l’œuvre sur ces postes : la fibre optique, déjà présente dans les postes électriques aujourd’hui, est installée directement sur des appareils cruciaux pour la gestion du réseau, comme les disjoncteurs. En transmettant en temps réel des flux d’informations utiles pour la gestion des activités opérationnelles, elle permet de renforcer considérablement la sécurité et l’efficacité de l’ensemble du système.

Des réseaux de communication haut débit, déployés entre les postes, leurs permettent d’échanger des informations entre eux, sans passer par les différents échelons actuels. Parmi ces informations figurent notamment celles émanant de stations météo, installées le long des lignes, et qui confèrent au poste intelligent la capacité de s’adapter aux caractéristiques climatiques de n’importe quelle zone dans un périmètre défini ; qui lui permettent aussi, en cas d’incident sur une ligne, d’en faire l’analyse et de rétablir automatiquement et très rapidement le courant si tous les indicateurs sont au vert (fonction dite d’« auto cicatrisation »).

L’intelligence embarquée localement dans le poste électrique lui procure de cette manière l’interactivité nécessaire pour compenser l’intermittence des énergies renouvelables.

Les enseignements ?

• Fort de son succès en phase expérimentale, le projet Postes Electriques Intelligents sera déployé progressivement sur le reste du territoire à partir de 2020
• A infrastructure égale, le réseau peut accueillir selon l’expérimentation jusqu’à 30% d’électricité supplémentaire issue d’EnR

Le Smart Grid solaire d’Alata : produire, stocker et fournir des énergies renouvelables

Inauguré en 2015, le Smart Grid Solaire d’Alata est une centrale photovoltaïque couplée à une solution de stockage et de gestion intelligente de l’énergie. Situé à Alata (Corse du Sud), conçu et déployé par ENGIE Ineo, ce réseau associe une centrale électrique au sol équipée de 13 455 modules photovoltaïques à une solution innovante de stockage et de gestion intelligente de l’énergie, qui intègre :

• Une technologie avancée de stockage par batteries ;
• Un dispositif réalisant la conversion de l’énergie ;
• Un système de pilotage intelligent assurant la maîtrise et l’ajustement en temps réel de la puissance produite.

Les bénéfices ? Le surplus de production des heures très ensoleillées est stocké pour être ensuite restitué sur le réseau aux heures où l’ensoleillement est moindre. Creux et pics se trouvent ainsi écrêtés, tandis que la production est stabilisée et affranchie à la fois des aléas météorologiques et des pics de demande.

Le Smart Grid Solaire d’Alata permet ainsi d’anticiper et de stabiliser la production d’énergie solaire.

Les enseignements ?

• Le dispositif de stockage innovant est une réussite. La puissance de 4,4 megawattcrêtes (MWc) de la Centrale est gérée au moyen de batteries li-ion qui permettent de stocker l’énergie pour pouvoir la redistribuer au fur et à mesure des besoins des clients du gestionnaire du réseau corse, sans rupture de fourniture.
• La production couvre la consommation en électricité de plus de 1 000 foyers en Corse.

IssyGrid® : optimiser la gestion et les consommations d’énergie à l’échelle d’un quartier

IssyGrid®, c’est d’abord un petit projet devenu grand : un concept expérimental qui sert aujourd’hui de référence absolue en matière de smart grid urbain. Le projet prend forme en 2012, lorsque Bouygues Immobilier décide de mettre en place le premier réseau urbain intelligent de production et de gestion optimisée de l’énergie à l’échelle d’un quartier. Deux quartiers de la ville d’Issy-les-Moulineaux, une pionnière en matière de « smart city », en seront les terrains de jeu.

L’expérimentation concerne au quotidien 2 000 logements, 5 000 habitants, 160 000 m² de bureaux et 10 000 employés, et implique un formidable consortium d’entreprises de l’énergie (EDF, Enedis), du BTP (Bouygues) et même de l’informatique (Microsoft).

L’ensemble des bâtiments compris dans le projet sont des bâtiments intelligents, disposant de nombreux capteurs permettant d’adapter la consommation d’énergie à la présence ou non des occupants, pour l’optimiser. Le bâtiment produit sa propre électricité par des panneaux photovoltaïques, et dispose de systèmes de stockage permettant de décaler l’utilisation de cette électricité de sa production.

Les innovations sont nombreuses : un poste de distribution électrique dernière génération, des stockages d’énergies innovants, un réseau radio à bas débit (LoRa) utilisé pour piloter les objets connectés, un tableau de bord de supervision électrique qui gère, traite et transmets l’ensemble des données générées par le site, et même un soin particulier accordé au traitement des données grâce à un partenariat avec la Commission nationale de l’informatique et des libertés (CNIL).

En 2016, IssyGrid® est opérationnel et ouvert. Et parmi toutes les innovations ci-dessus mentionnées, on peut s’arrêter sur le premier tableau de bord énergétique de quartier (instant cocorico : de production française) qui a vu le jour : celui-ci permet aux habitants, étudiants, usagers, entreprises et équipements publics du quartier de mieux comprendre leur consommation énergétique et d’adopter des comportements plus vertueux : de vrais consomm’acteurs !

Les enseignements ?

• Plusieurs défis techniques ont été relevés, parmi lesquels :
  • L’installation de panneaux photovoltaïques et de systèmes de stockage uniques en France ;
  • La mise en place d’un poste de distribution nouvelle génération avec des équipements complémentaires pilotables à distance ;
  • Ou encore l’installation de réverbères connectés dotés de détecteur de présence et programmés pour réduire leur éclairage de 30 % la nuit.
• Les problématiques liées à la confidentialité des données ont constitué un autre challenge. Dans ce domaine, là encore, IssyGrid® a ouvert la voie : après un an de travaux avec la CNIL, une procédure a été définie afin de garantir aux Isséens que leurs données personnelles ne seraient ni collectées, ni utilisées.
• Enfin, bien communiquer a été un défi important : une initiative de cette ampleur ne pouvait réussir sans un soutien infaillible des nombreux acteurs impliqués ; or le smart grid est un sujet complexe, souvent mal compris du grand public. De nombreuses actions de communication ont été menées pour faire connaître et expliquer le projet, tels que la mise en place d’un show-room à visée pédagogique[i].

Modification du rôle des acteurs sur toute la chaine de valeur

Ces trois seuls exemples montrent à quel point la chaine de valeur traditionnelle de l’électricité est perturbée, remodelée par l’arrivée de l’intelligence technologique au cœur du réseau.

En effet, jusqu’à très récemment, la structure de la chaine de valeur électrique s’apparentait à peu de choses près à celle de toute autre chaine de valeur : production, transport, distribution, consommation. Avec l’arrivée des nouvelles technologies et des réseaux intelligents, cette linéarité est largement bousculée : aujourd’hui, un Smart Grid s’apparente bien plus à une interconnexion d’acteurs et de données provenant aussi bien des foyers de consommation (IssyGrid®, compteurs Linky, Smart Home, bâtiments intelligents) que des conditions de production (Smart Grid solaire d’Alata) et de distribution (postes électriques intelligents). Avec des consommateurs finaux devenus au passage parties prenantes non plus passives mais actives de la chaine de valeur !

La filière smart grid est donc très large dans ses applications en proposant des solutions qui lient centrales de production en amont et compteurs individuels en aval, en passant par les postes intelligents : ces solutions rapprochent la consommation de la production électrique.
Elle concentre donc des défis techniques et sociétaux en proposant une mutation de l’environnement électrique dans son ensemble : des partenariats nouveaux et approfondis entre industriels et académiques de nombreuses disciplines, encouragés par l’ADEME, ont permis de relever ces défis à différents niveaux au cours de ces projets. Le projet IssyGrid®, interconnectant gare ferroviaire (Gare d’Issy Les Moulineaux), université (EFB), restaurants et entreprises, en est le meilleur exemple.

Retours d’expérience : vers un réseau toujours plus intelligent

L’un des intérêts majeurs de dresser un panorama des démonstrateurs Smartgrids est bien sûr d’en tirer des premiers enseignements : les projets ci-dessus mentionnés, et beaucoup d’autres, permettront par retours d’expérience d’améliorer continuellement l’efficacité du réseau électrique.

Parmi l’ensemble des démonstrateurs lancés en France, de nombreux Smart Grids ont reçu le soutien de l’ADEME, dans le cadre de son Programme d’Investissements d’Avenir (PIA), et la plupart sont recensés dans la cartographie ci-dessous. L’agence référente de la maitrise de l’énergie en France en a même publié un rapport, prudent[ii] mais très instructif, sur les premiers retours d’expérience fournis par ces démonstrateurs.[iii]

Les grands acteurs de l’énergie en France et ailleurs en Europe sont déjà engagés et en ont d’ailleurs fait leur cheval de bataille dans les années à venir : depuis une vingtaine d’années, Enedis a par exemple investi dans l’automatisation des réseaux moyenne tension, en déployant plus de 105 000 organes de manœuvres télécommandés, situés au niveau des postes de transformation, et en équipant les 2 200 postes sources assurant la liaison entre le réseau de transport et le réseau de distribution d’électricité.

Il semblerait donc finalement que la réalité du développement des Smart Grids fasse au moins jeu égal avec sa réputation : le réseau intelligent est déjà parmi nous, en attendant le Smarter Grid de demain, et nous en sommes les principaux acteurs.

Par ailleurs, nous n’avons parlé ici que d’énergie électrique. Le « Smart », lui, ne connait pas de frontières, et demain les Smart Grids iront de pair avec des initiatives Smart appliquées à d’autres domaines.
C’est bien l’ensemble de ces applications qui permettra d’adresser pour de bon le défi sociétal d’une production et d’une consommation d’énergie durables, efficaces et pérennes.

Notes : 

[i] Vitrine du projet, interface entre la technologie et l’homme, celui-ci restitue les données de consommation et de production d’énergie en temps réel, à l’aide d’un graphisme simple et intuitif, dans un objectif d’éducation et de sensibilisation aux comportements énergétiques vertueux.

[ii] Note générale incitant à la prudence quant à l’analyse des résultats

Pour réaliser ce document, l’ADEME a soumis un questionnaire demandant à chaque porteur de projets de bien vouloir mettre à disposition les résultats qu’il souhaitait rendre public sur chacune des grandes questions posées. Si ces projets ont quant à eux une influence considérable sur le développement de la connaissance sur les smart grids en France pour les acteurs de la filière, la partie sur laquelle les consortiums acceptent de rendre des résultats partagés et publics ne représente malheureusement que la partie émergée d’un iceberg tout à fait conséquent. L’ensemble des résultats précis reste couvert par des accords de confidentialité quelques années après la fin des projets. D’autre part, les projets ont fait l’objet d’expérimentations dans des conditions spécifiques à chaque territoire, ce qui est bien le propre des projets de démonstration. Il est important de garder en tête que les résultats restent ainsi sous-tendus par ces conditions. Pour ces raisons, le lecteur est donc invité à une certaine mesure quant à l’interprétation des résultats présentés ici.

[iii] ADEME, 2016, « Systèmes électriques intelligents : Rapport sur les premiers résultats des démonstrateurs »