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Les réseaux électriques intelligents : quels standards pour quels rôles ?

      Objectifs

    - avoir une vue globale de la problématique liée à la mise en place des SmartGrids

    - acquérir des connaissances générales des standards, outils et techniques concernés.

    - comprendre le rôle et l'importance de cette évolution pour les entreprises du secteur énergétique,
    et avoir conscience des enjeux de sa mise en œuvre.

      Public concerné

    Ce stage s'adresse à toute personne concernée par les systèmes d'information ou de contrôle-
    commande appliqués aux domaines de production, transport, distribution et marchés d'électricité.

      Méthodes pédagogiques

    - Conférences




    PROGRAMME
Réseau électrique pour les SmartGrids
- Bases d'un réseau électrique et applications types permettant de gérer le système électrique.
- Les problèmes actuels, besoins pour la mise en place des SmartGrids
Technologies pour la mise en place SmartGrids au niveau des systèmes d'information
Contexte Normatif
- Contexte normatif en Amérique du Nord, en Europe
- Les instances de normalisation
- Les acteurs impliqués et leurs intérêts
Standards CIM, 61850 et autres
- But et usage
- Outils et technologies associées
- Harmonisation CIM-61850
- Smart-metering : DLMS-COSEM en Europe
Études de cas pratiques
- Méthodologie et outillage
- Perspectives et besoins futurs
- Le vécu d'une entreprise électrique




    CEI 60688 COMPIL:2002 Mai 2002


    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


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                        Définition des Smart grids
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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 « 3x20 ». 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
                                                      Caractéristiques des réseaux électriques intelligents
actuels




Analogique                                            Numérique




Unidirectionnel                                       Bidirectionnel




Production centralisée                                Production décentralisée




Communicant sur une partie des réseaux                Communicant sur l’ensemble des réseaux




Gestion de l’équilibre du système électrique par      Gestion de l’équilibre du système électrique par la
l’offre/ production                                   demande/consommation




Consommateur                                          Consom’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.




http://www.smartgrids-cre.fr/index.php?rubrique=presentation&srub=definition&page=1




Technologies et innovations

Structure d’un Smart grid
Le système électrique connaît de profondes mutations : augmentation de la consommation d’électricité due aux
nouveaux usages, multiplication des producteurs raccordés aux réseaux en raison de la libéralisation du marché
de l’électricité, intégration des énergies de sources renouvelables intermittentes due aux nouveaux objectifs en
matière d’émission de gaz à effet de serre. Dans le même temps, le système électrique doit continuer de
répondre aux exigences de qualité de l’alimentation et de service, d’équilibre offre-demande et de sûreté du
système électrique.

Afin de répondre à ces exigences, le système électrique doit donc être adapté à tous les niveaux de son
architecture :

     le niveau physique pour acheminer et orienter l’énergie (réseaux de transport et de distribution) ;
     le niveau pour communiquer et collecter les données (communication) ;
     le niveau des applications et des services (informatique).

Le déploiement des technologies de Smart grids sur ces trois niveaux modernisera le réseau en réponse aux
mutations en cours tout en répondant aux exigences de sûreté, de qualité et de stabilité.
Les nombreux domaines d’application des technologies de Smart grids couvrent la totalité du système électrique,
depuis la production en passant par le transport, et la distribution jusqu’aux différents types d’utilisateurs.




Les technologies de Smart grids
Les technologies de l’électronique de puissance, de détection et de mesures, de communication, de contrôle
avancé et les interfaces évoluées d’aide à la décision permettront de mieux optimiser le fonctionnement du
système électrique.

Certaines de ces technologies sont en cours de perfectionnement (supraconductivité, tolérance des défauts,
stockage, conducteurs composites et appareils plus intelligents), tandis que d’autres sont considérées comme
matures, à la fois dans leur développement et dans leur mise en œuvre, et sont déjà en cours de déploiement.
Enfin, d’autres sont encore au stade de la recherche ou des démonstrateurs (RD&D - électronique de puissance,
communication et informatique). Néanmoins, la large diffusion de ces technologies se heurte encore à la
constitution de modèles d’affaires rentables.

Le système électrique sera complètement optimisé dans la mesure où l’ensemble des domaines décrits sur le
schéma auront déployé ces nouvelles technologies. Cependant, ces technologies n’ont pas besoin d’être
déployées dans l’ensemble des domaines pour accroître l’intelligence du système.

La difficulté réside dans le fait de conserver voire d’améliorer la fiabilité et la sécurité du réseau électrique actuel
tout en introduisant l’ensemble de ces technologies.
Les capteurs de mesure (Neelogy)

NEELOGY est une jeune PME innovante, spécialiste des capteurs magnétiques hautes performances pour la
mesure         de           courants             électriques          DC            ou           AC.



Sans capteurs, pas de Smart Grid. Pour rendre un réseau électrique intelligent, il est nécessaire de déployer, en
marge de l’infrastructure électrique, une technologie de mesure précise pour analyser, traiter, trier et distribuer les
données. Traits d’union entre le monde physique et les systèmes intelligents, les capteurs de mesure des
paramètres électriques (courant, tension, déphasage et fréquence) ont un véritable rôle à jouer.


Des mutations nécessaires pour une révolution à chaque niveau de la
chaîne de valeur
Production, transport, distribution, client final : quel maillon de la chaîne a le plus besoin d’instrumentation ? Elle
est en réalité primordiale en très haute et haute tension comme en moyenne et basse tension, en courant
alternatif (CA) comme en courant continu (CC), pour assurer protection, fiabilité et optimisation des systèmes,
qualité de l’énergie et maximisation des performances. Avec près de 720 000 postes de distribution MT/BT en
France et pas moins de 33 millions de consommateurs, les données de supervision doivent pouvoir être produites
et remontées en quasi-temps réel pour garantir la continuité et la qualité de service. D’autant que l’équilibrage de
l’offre et de la demande électrique n’a jamais constitué un tel défi qu’avec l’arrivée de nouvelles venues comme
les énergies de sources renouvelables (une offre intermittente) et les infrastructures de recharge des véhicules
électriques (une demande mouvante). La mise en place de capteurs adaptés à chacun de ces enjeux est
nécessaire pour évaluer l’état et la stabilité des systèmes, lutter contre les fraudes et soutenir les stratégies de
contrôle.


Les capteurs de paramètres électriques, l’intelligence en temps réel
Les besoins d’instrumentation changent à mesure que le réseau se complexifie. Au cœur de toute stratégie de
Smart Grid, la collecte de données répond à des finalités majeures :

      protection des biens et des personnes : pour éviter une électrocution ou la destruction d’un matériel
      (détection d’un courant de défaut et ouverture d’un circuit) ;
      supervision : pour assurer la surveillance proactive du réseau (détection et localisation précises d’une
      panne) ;
      comptage légal ou sous-comptage : pour facturer ou optimiser sa consommation (mesure métrologique) ;
      diagnostic : pour optimiser les performances d’une installation grâce à un audit et une analyse ponctuels
      (mesure temporaire) ;
      stockage de l’énergie : pour optimiser la durée de vie et l’autonomie des batteries et des piles à
      combustible (Battery Management System (BMS) et systèmes associés) ;
      conversion : pour convertir l’énergie en minimisant les pertes (contrôle commande).


Des capteurs intelligents pour un pilotage fin
Quel est, dès lors, le capteur idéal ? Pour assurer un pilotage fin de l’énergie, il doit lui aussi être intelligent, à
savoir non intrusif (pas d’interruption de service ni de mise en péril de l’intégrité de l’installation), peu encombrant,
ne nécessitant ni maintenance ni recalibrage, programmable à distance, et présentant une faible dissipation de
chaleur (pas de perte supplémentaire) et une capacité à mesurer avec précision aussi bien des courants faibles
que forts, en CA et en CC. Le capteur idéal est en somme un appareil polyvalent qui assure plusieurs fonctions à
la fois (mesure et protection, ou mesure et stockage de données, par exemple), et qui permet le contrôle en
temps réel et l’échange de données et d’informations
Les systèmes de gestion des données (Teradata)


Teradata est le leader mondial reconnu de l'innovation en matière de stockage de données et de développement
de solutions analytiques. Nous aidons chaque jour nos clients à être plus pertinents et plus compétitifs, en
collectant les informations des entreprises, en facilitant leur exploitation pour l’analyse et l’action.



Les fournisseurs et les gestionnaires de réseaux ont parfaitement perçus le défi constitué par l’afflux massif
d’informations, conséquence de la transformation des réseaux d’électricité en réseaux intelligents (Smart grids).
Néanmoins sont-ils en mesure d’exploiter ces données à leur avantage ? La clé de la réussite de la transition des
réseaux actuels vers des réseaux plus intelligents est pourtant là et nécessite que ces acteurs s’appuient sur
l’expérience acquise en la matière dans d’autres secteurs industriels.

Du fait de l’intégration des technologies de l’information et de la communication dans les réseaux de distribution
d’électricité, les gestionnaires de réseaux et les fournisseurs vont être amenés à traiter de très grandes quantités
de données. La gestion et l’analyse de ces informations constituent un défi de taille pour les acteurs du système
électrique, pour deux raisons. La première est que les gestionnaires de réseaux ne sont pas préparés à gérer un
si grand nombre de données, même s’ils peuvent compter sur de nombreux partenaires avec lesquels ils ont tissé
des liens solides et qui pourront les aider à faire face à cette évolution majeure, à se conformer aux nouvelles
réglementations, à prendre en charge les changements informatiques, etc. La deuxième raison est que les
contours de cette évolution sont encore flous : quel sera le volume et le contenu des données produites ? Dans
quel intervalle seront-elles actualisées ? Seront-elles générées en temps réel ou non ? Quelles seront les
fonctions analytiques les plus utiles ?

La multiplication de ces données résultera, notamment, du déploiement des systèmes de comptage évolués.
Ainsi, en France, conformément à la réglementation actuelle, quelque 35 millions de nouveaux compteurs
électriques seront déployés d’ici 2018. Ils enregistreront les données de consommation toutes les 30 minutes et
enverront automatiquement ces données une fois par jour aux gestionnaires des réseaux de distribution
d’électricité, ce qui représente environ 12 milliards de relevés par an et 613 milliards par an de données de
comptage à traiter. Les données de consommation agrégées seront transmises aux fournisseurs. Les systèmes
de comptage évolués transmettront également des informations sur la qualité de l’électricité (tenue de tension,
continuité). En outre, les systèmes d’exploitation des réseaux devront être capables de gérer de nouveaux
usages comme la gestion intelligente de la recharge des véhicules électriques et la bidirectionnalité des flux entre
les installations de production locales à partir d’énergies renouvelables et les réseaux publics d’électricité.

Les systèmes de gestion des données des gestionnaires de réseau et des fournisseurs devront donc évoluer
pour pouvoir gérer et analyser l’ensemble des données générées par le développement des Smart grids.

Aujourd’hui, les gestionnaires de réseaux et les fournisseurs savent que leur paysage informatique doit changer
et intégrer de nouvelles solutions innovantes. Ces solutions permettront de concrétiser la valeur ajoutée que peut
apporter l’association des données transmises par des compteurs intelligents et d’autres informations issues de
systèmes de gestion géo spatiale, de gestion des actifs constituant le réseaux, de la facturation, de la relation
clients (GRC, Gestion de la Relation Client, ou CRM Customer Relationship Management), etc…

La mise en commun et le recoupement de ces différentes informations pourraient ainsi aider :

     les gestionnaires de réseaux à exécuter les fonctions analytiques nécessaires à l’exploitation d’un réseau
     intelligent, à établir de nouvelles interactions plus riches avec les différents acteurs du secteur électrique
     (clients, producteurs, etc.) ;
     et les fournisseurs à proposer de nouvelles offres et de nouveaux services.
Le système permettant de gérer et d’analyser les données est un « entrepôt de données analytique et décisionnel
»:

     l’« entrepôt de données » désigne la possibilité de stocker en un seul endroit de grandes quantités de
     données variées et détaillées ;
     le terme « analytique » fait référence à la capacité de la solution à pouvoir mener rapidement des analyses
     stratégiques et/ou opérationnelles sur ces gros volumes de données ;
     et le terme « décisionnel » renvoie à l’objectif de la solution qui est d’aider à la prise de décisions
     opportunes et pertinentes, dont l’application apportera de la valeur à l’entreprise.

Afin de tirer au mieux parti de ces systèmes de gestion des données, les gestionnaires de réseaux et les
fournisseurs pourront s’appuyer sur l’expérience de traitement des données déjà acquise dans d’autres secteurs,
comme la grande distribution, les télécommunications, les transports, etc.

À titre d’exemple, grâce à ces systèmes de gestion des données, les opérateurs télécoms ont pu améliorer :

     leur connaissance du comportement de leurs clients, en croisant les données d’usage et celles issues des
     actifs constituant le réseau téléphonique ;
     leur gestion des recettes ;
     leur garantie des règlements ;
     leur détection des fraudes ou des comportements abusifs.

Grâce à ces systèmes, les compagnies aériennes ont, également, pu améliorer la gestion de leur vaste réseau de
sites et d’équipements géographiquement dispersés. Elles suivent l’utilisation de leurs avions, les activités de
maintenance et les stocks de pièces détachées, selon une approche entièrement intégrée du point de vue des
données, en s’appuyant sur un entrepôt de données analytique et décisionnel. Outre les informations concernant
les cycles de vie et les actifs, cet entrepôt de données est un levier d’amélioration de la qualité du service rendu à
l’usager.

Les gestionnaires de réseaux et les fournisseurs pourront également bénéficier de retours d’expériences
intéressants concernant la façon dont les prestataires de services financiers (banques, assurances, etc.) gèrent la
sécurité et la confidentialité de leurs volumes massifs de données, en répondant aux processus complexes de
mise en conformité aux réglementations en vigueur.

Tirer parti de ces différentes expériences contribuera ainsi à la création d’une solution à la fois robuste, pour
supporter cet afflux de données, et évolutive, pour accompagner le futur encore mouvant des réseaux électriques
intelligents



Comprendre les Smart grids

Définition

Les réseaux électriques intelligents sont aussi appelés Smart grids. 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.
Source : CRE


Comment fonctionne le réseau actuellement ?

Le rôle du réseau électrique est de connecter les producteurs d’énergie, tels que les centrales nucléaires et
thermiques, les panneaux solaires ou les éoliennes, avec les consommateurs d’électricité (particuliers, industries,
…).

La caractéristique de l’électricité est qu’elle est très difficile à stocker : à tout moment, la quantité d’électricité
demandée par le consommateur doit être égale à la quantité injectée sur le réseau de manière quasi-immédiate
pour éviter le black out. Cet équilibre entre l’offre et la demande est aujourd’hui atteint de deux manières : en
prévoyant la consommation électrique sur la base des données historiques et des conditions climatiques et en
ajustant en permanence la production. Sur le réseau actuel, l’électricité circule principalement dans un sens
unique : des producteurs aux consommateurs.


A quelles contraintes le réseau électrique doit-il faire face ?
Pour faire face à de nouveaux défis, le réseau électrique doit évoluer.


De nouvelles consommations

La climatisation, les appareils audio et vidéo ou le chauffage électrique se développent et accroissent la
consommation.
L’apparition de nouveaux usages de consommation, tels que la voiture électrique, amplifiera cette hausse. Face à
cette augmentation prévisible, les réseaux électriques actuels ne seront plus suffisamment adaptés. Pour éviter
de renforcer les réseaux (coûteux), il sera nécessaire de contrôler les périodes de charge des véhicules
électriques.

Le graphique suivant montre les prévisions de consommations selon différents scénarios envisagés.




                                                   Source : RTE
La consommation d’électricité est fonction de l’évolution du PIB, de la démographie, de la population active et de
l’efficacité énergétique.

Scénario       «      Haut         »       :       hypothèse         majorant         la      consommation.
Scénario    «   Référence    »    :   hypothèse     centrale    pour    chacun      de    ces   déterminants.
Scénario « MDE renforcée » : prise en compte de l’accélération de la maîtrise de la demande d’énergie (MDE)
via des actions sur les comportements de consommation, une performance accrue du bâtiment, etc.
Scénario       «       Bas        »       :       hypothèses          minorant         la      consommation

Les Smart grids contribueront à la mise en œuvre de la maîtrise de la demande en donnant des informations
précises sur l’énergie qui circule, ce qui permettra de contrôler et d’optimiser la consommation d’énergie.
De nouvelles énergies




                                  Depuis quelques années, de plus en plus de sources d’électricité d’origine
renouvelable (éolien, photovoltaïque) sont reliées au réseau électrique. L’intermittence de cette production
(l’éolien dépend du vent, le photovoltaïque du soleil) la rend très difficile à intégrer au réseau et ne correspond
pas forcément aux périodes de consommation de pointe (19h). L'électricité produite, ne pouvant être stockée, est
alors perdue. Le développement des énergies de sources renouvelables est ainsi souvent freiné par une
inadéquation des moyens de production avec le fonctionnement du réseau actuel.


De nouveaux objectifs

Pour s’attaquer aux causes du changement climatique, l’Union européenne a adopté un ensemble de directives
en décembre 2008, fixant des objectifs contraignants à l’horizon 2020. Le Conseil européen a fixé l’objectif
politique des « 3 fois 20 » en 2020 :

     20% de la consommation énergétique totale proviendra des énergies de sources renouvelables ;
     à production équivalente de biens et de services en 2020 par rapport à 1990, l'Union européenne s'est fixé
     l'objectif de consommer 20% d'énergies en moins ;
     réduction de 20%, voire de 30% en cas d’accord international, des émissions de gaz à effet de serre par
     rapport à 1990.


Quelles évolutions pour le réseau ?
Pour faire face à ces nouvelles contraintes, le réseau actuel doit nécessairement s’adapter, en intégrant les
nouvelles technologies de l’information et de la communication afin de maintenir l’équilibre entre l’offre et la
demande. Le système électrique passe d’une situation où la production est largement contrôlable, alors que la
consommation l’est peu, à une situation où la production ne sera contrôlable que dans une certaine mesure et où
la consommation fera l’objet d’une gestion active.

Le réseau intelligent permettra d’intégrer les énergies renouvelables et de renseigner producteur, distributeur et
consommateur sur l’utilisation de l’énergie.

Pour gérer ces nouveaux besoins et ces nouvelles productions, les réseaux électriques intelligents ont deux
caractéristiques :

     ils sont communicants et interactifs ;
     ils permettent d’échanger des données entre les différents acteurs du système électrique pour connaître,
     contrôler, gérer le réseau et ils prennent en compte les actions de tous les acteurs du système électrique.


Quels avantages pour le consommateur ?
Par l’évolution du système électrique, les consommateurs vont
devenir      des      acteurs        de     leur       consommation,      voire     de      la    production.
Très prochainement, l’électricité fournie par leur éolienne ou leurs panneaux photovoltaïques sera directement
injectée sur le réseau ou dans le circuit énergétique de leur maison, résidence ou usine. Elle servira, par
exemple,       à     la       recharge       des        batteries    de     leurs     voitures     électriques.

Grâce aux compteurs intelligents, les consommateurs et les gestionnaires de réseaux connaîtront précisément la
consommation d’un site ou d’un foyer. Les fournisseurs d’énergie pourront donc proposer aux consommateurs de
nouvelles offres selon leur profil de consommation, ainsi que de nouveaux services d’efficacité énergétique ou de
maîtrise de la demande d’énergie.

En améliorant la connaissance sur la consommation électrique à l’aide de compteurs évolués, il sera plus facile
d’éviter les pics de consommation et les pannes dues à une surcharge. La consommation électrique sera gérée
de manière intelligente. Par exemple, pendant les horaires où la consommation est réduite, on pourra profiter de
l’électricité produite pour charger sa voiture électrique. Le consommateur sera renseigné par une télégestion sur
le meilleur horaire pour faire tourner une machine. Le consommateur sera renseigné par une gestion à distance
sur le meilleur horaire pour faire tourner une machine. Le consommateur gèrera alors de manière active sa
consommation d'énergie.

Grâce aux nouvelles technologies de l’information, les gestionnaires de réseaux détecteront et localiseront
facilement les pannes sur le réseau. Ils effectueront les opérations de maintenance, de relève et de conduite à
distance. Les centres de contrôle des gestionnaires des réseaux d’électricité seront également informés en temps
réel des besoins en énergie des consommateurs : ils distribueront alors la juste quantité d’électricité sur le
réseau.

Les réseaux électriques intelligents permettront au consommateur d’avoir :

     une maison plus intelligente,
     des factures plus précises,
     des pannes mieux détectées et plus rapidement réparées,
     des offres tarifaires plus diversifiées.


Conclusion
Dans ce contexte et compte tenu des enjeux, les réseaux électriques actuels doivent absolument s’adapter pour
devenir plus intelligents, c’est-à-dire intégrer les nouvelles technologies de l’information et de la communication.
Plus réactifs et communicants, ils permettront de répondre aux défis que constituent l’intégration de la production
électrique d’origine renouvelable, la maîtrise de la demande énergétique, la gestion de la pointe de
consommation, le développement de l’usage de la voiture électrique et, évidemment, l’ouverture du marché.

En résumé, les réseaux électriques intelligents :

     faciliteront l’intégration de la production de sources renouvelables et décentralisée,
     rendront actif le consommateur au sein du système électrique,
fourniront au consommateur la connaissance suffisante permettant un pilotage efficace de sa
consommation,
participeront à l’élaboration d’un système électrique décarboné.

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Les réseaux électriques intelligents

  • 1. Les réseaux électriques intelligents : quels standards pour quels rôles ? Objectifs - avoir une vue globale de la problématique liée à la mise en place des SmartGrids - acquérir des connaissances générales des standards, outils et techniques concernés. - comprendre le rôle et l'importance de cette évolution pour les entreprises du secteur énergétique, et avoir conscience des enjeux de sa mise en œuvre. Public concerné Ce stage s'adresse à toute personne concernée par les systèmes d'information ou de contrôle- commande appliqués aux domaines de production, transport, distribution et marchés d'électricité. Méthodes pédagogiques - Conférences PROGRAMME Réseau électrique pour les SmartGrids - Bases d'un réseau électrique et applications types permettant de gérer le système électrique. - Les problèmes actuels, besoins pour la mise en place des SmartGrids Technologies pour la mise en place SmartGrids au niveau des systèmes d'information Contexte Normatif - Contexte normatif en Amérique du Nord, en Europe - Les instances de normalisation - Les acteurs impliqués et leurs intérêts Standards CIM, 61850 et autres - But et usage - Outils et technologies associées - Harmonisation CIM-61850 - Smart-metering : DLMS-COSEM en Europe Études de cas pratiques - Méthodologie et outillage - Perspectives et besoins futurs - Le vécu d'une entreprise électrique CEI 60688 COMPIL:2002 Mai 2002 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.
  • 2. 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 Accueil» Présentation »Définition des Smart grids Définition des Smart grids Navigation rapide : 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.
  • 3. L’émergence de nouveaux objectifs environnementaux Face aux préoccupations environnementales croissantes, l’Union européenne a adopté des objectifs ambitieux, dits des « 3x20 ». 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.
  • 4. 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
  • 5. 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 Caractéristiques des réseaux électriques intelligents actuels Analogique Numérique Unidirectionnel Bidirectionnel Production centralisée Production décentralisée Communicant sur une partie des réseaux Communicant sur l’ensemble des réseaux Gestion de l’équilibre du système électrique par Gestion de l’équilibre du système électrique par la l’offre/ production demande/consommation Consommateur Consom’acteur L’architecture du système électrique intelligent
  • 6. 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.
  • 7. 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.
  • 8. 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. http://www.smartgrids-cre.fr/index.php?rubrique=presentation&srub=definition&page=1 Technologies et innovations Structure d’un Smart grid Le système électrique connaît de profondes mutations : augmentation de la consommation d’électricité due aux nouveaux usages, multiplication des producteurs raccordés aux réseaux en raison de la libéralisation du marché de l’électricité, intégration des énergies de sources renouvelables intermittentes due aux nouveaux objectifs en matière d’émission de gaz à effet de serre. Dans le même temps, le système électrique doit continuer de répondre aux exigences de qualité de l’alimentation et de service, d’équilibre offre-demande et de sûreté du système électrique. Afin de répondre à ces exigences, le système électrique doit donc être adapté à tous les niveaux de son architecture : le niveau physique pour acheminer et orienter l’énergie (réseaux de transport et de distribution) ; le niveau pour communiquer et collecter les données (communication) ; le niveau des applications et des services (informatique). Le déploiement des technologies de Smart grids sur ces trois niveaux modernisera le réseau en réponse aux mutations en cours tout en répondant aux exigences de sûreté, de qualité et de stabilité.
  • 9. Les nombreux domaines d’application des technologies de Smart grids couvrent la totalité du système électrique, depuis la production en passant par le transport, et la distribution jusqu’aux différents types d’utilisateurs. Les technologies de Smart grids Les technologies de l’électronique de puissance, de détection et de mesures, de communication, de contrôle avancé et les interfaces évoluées d’aide à la décision permettront de mieux optimiser le fonctionnement du système électrique. Certaines de ces technologies sont en cours de perfectionnement (supraconductivité, tolérance des défauts, stockage, conducteurs composites et appareils plus intelligents), tandis que d’autres sont considérées comme matures, à la fois dans leur développement et dans leur mise en œuvre, et sont déjà en cours de déploiement. Enfin, d’autres sont encore au stade de la recherche ou des démonstrateurs (RD&D - électronique de puissance, communication et informatique). Néanmoins, la large diffusion de ces technologies se heurte encore à la constitution de modèles d’affaires rentables. Le système électrique sera complètement optimisé dans la mesure où l’ensemble des domaines décrits sur le schéma auront déployé ces nouvelles technologies. Cependant, ces technologies n’ont pas besoin d’être déployées dans l’ensemble des domaines pour accroître l’intelligence du système. La difficulté réside dans le fait de conserver voire d’améliorer la fiabilité et la sécurité du réseau électrique actuel tout en introduisant l’ensemble de ces technologies.
  • 10. Les capteurs de mesure (Neelogy) NEELOGY est une jeune PME innovante, spécialiste des capteurs magnétiques hautes performances pour la mesure de courants électriques DC ou AC. Sans capteurs, pas de Smart Grid. Pour rendre un réseau électrique intelligent, il est nécessaire de déployer, en marge de l’infrastructure électrique, une technologie de mesure précise pour analyser, traiter, trier et distribuer les données. Traits d’union entre le monde physique et les systèmes intelligents, les capteurs de mesure des paramètres électriques (courant, tension, déphasage et fréquence) ont un véritable rôle à jouer. Des mutations nécessaires pour une révolution à chaque niveau de la chaîne de valeur Production, transport, distribution, client final : quel maillon de la chaîne a le plus besoin d’instrumentation ? Elle est en réalité primordiale en très haute et haute tension comme en moyenne et basse tension, en courant alternatif (CA) comme en courant continu (CC), pour assurer protection, fiabilité et optimisation des systèmes, qualité de l’énergie et maximisation des performances. Avec près de 720 000 postes de distribution MT/BT en France et pas moins de 33 millions de consommateurs, les données de supervision doivent pouvoir être produites et remontées en quasi-temps réel pour garantir la continuité et la qualité de service. D’autant que l’équilibrage de l’offre et de la demande électrique n’a jamais constitué un tel défi qu’avec l’arrivée de nouvelles venues comme les énergies de sources renouvelables (une offre intermittente) et les infrastructures de recharge des véhicules électriques (une demande mouvante). La mise en place de capteurs adaptés à chacun de ces enjeux est nécessaire pour évaluer l’état et la stabilité des systèmes, lutter contre les fraudes et soutenir les stratégies de contrôle. Les capteurs de paramètres électriques, l’intelligence en temps réel Les besoins d’instrumentation changent à mesure que le réseau se complexifie. Au cœur de toute stratégie de Smart Grid, la collecte de données répond à des finalités majeures : protection des biens et des personnes : pour éviter une électrocution ou la destruction d’un matériel (détection d’un courant de défaut et ouverture d’un circuit) ; supervision : pour assurer la surveillance proactive du réseau (détection et localisation précises d’une panne) ; comptage légal ou sous-comptage : pour facturer ou optimiser sa consommation (mesure métrologique) ; diagnostic : pour optimiser les performances d’une installation grâce à un audit et une analyse ponctuels (mesure temporaire) ; stockage de l’énergie : pour optimiser la durée de vie et l’autonomie des batteries et des piles à combustible (Battery Management System (BMS) et systèmes associés) ; conversion : pour convertir l’énergie en minimisant les pertes (contrôle commande). Des capteurs intelligents pour un pilotage fin Quel est, dès lors, le capteur idéal ? Pour assurer un pilotage fin de l’énergie, il doit lui aussi être intelligent, à savoir non intrusif (pas d’interruption de service ni de mise en péril de l’intégrité de l’installation), peu encombrant, ne nécessitant ni maintenance ni recalibrage, programmable à distance, et présentant une faible dissipation de chaleur (pas de perte supplémentaire) et une capacité à mesurer avec précision aussi bien des courants faibles que forts, en CA et en CC. Le capteur idéal est en somme un appareil polyvalent qui assure plusieurs fonctions à la fois (mesure et protection, ou mesure et stockage de données, par exemple), et qui permet le contrôle en temps réel et l’échange de données et d’informations
  • 11. Les systèmes de gestion des données (Teradata) Teradata est le leader mondial reconnu de l'innovation en matière de stockage de données et de développement de solutions analytiques. Nous aidons chaque jour nos clients à être plus pertinents et plus compétitifs, en collectant les informations des entreprises, en facilitant leur exploitation pour l’analyse et l’action. Les fournisseurs et les gestionnaires de réseaux ont parfaitement perçus le défi constitué par l’afflux massif d’informations, conséquence de la transformation des réseaux d’électricité en réseaux intelligents (Smart grids). Néanmoins sont-ils en mesure d’exploiter ces données à leur avantage ? La clé de la réussite de la transition des réseaux actuels vers des réseaux plus intelligents est pourtant là et nécessite que ces acteurs s’appuient sur l’expérience acquise en la matière dans d’autres secteurs industriels. Du fait de l’intégration des technologies de l’information et de la communication dans les réseaux de distribution d’électricité, les gestionnaires de réseaux et les fournisseurs vont être amenés à traiter de très grandes quantités de données. La gestion et l’analyse de ces informations constituent un défi de taille pour les acteurs du système électrique, pour deux raisons. La première est que les gestionnaires de réseaux ne sont pas préparés à gérer un si grand nombre de données, même s’ils peuvent compter sur de nombreux partenaires avec lesquels ils ont tissé des liens solides et qui pourront les aider à faire face à cette évolution majeure, à se conformer aux nouvelles réglementations, à prendre en charge les changements informatiques, etc. La deuxième raison est que les contours de cette évolution sont encore flous : quel sera le volume et le contenu des données produites ? Dans quel intervalle seront-elles actualisées ? Seront-elles générées en temps réel ou non ? Quelles seront les fonctions analytiques les plus utiles ? La multiplication de ces données résultera, notamment, du déploiement des systèmes de comptage évolués. Ainsi, en France, conformément à la réglementation actuelle, quelque 35 millions de nouveaux compteurs électriques seront déployés d’ici 2018. Ils enregistreront les données de consommation toutes les 30 minutes et enverront automatiquement ces données une fois par jour aux gestionnaires des réseaux de distribution d’électricité, ce qui représente environ 12 milliards de relevés par an et 613 milliards par an de données de comptage à traiter. Les données de consommation agrégées seront transmises aux fournisseurs. Les systèmes de comptage évolués transmettront également des informations sur la qualité de l’électricité (tenue de tension, continuité). En outre, les systèmes d’exploitation des réseaux devront être capables de gérer de nouveaux usages comme la gestion intelligente de la recharge des véhicules électriques et la bidirectionnalité des flux entre les installations de production locales à partir d’énergies renouvelables et les réseaux publics d’électricité. Les systèmes de gestion des données des gestionnaires de réseau et des fournisseurs devront donc évoluer pour pouvoir gérer et analyser l’ensemble des données générées par le développement des Smart grids. Aujourd’hui, les gestionnaires de réseaux et les fournisseurs savent que leur paysage informatique doit changer et intégrer de nouvelles solutions innovantes. Ces solutions permettront de concrétiser la valeur ajoutée que peut apporter l’association des données transmises par des compteurs intelligents et d’autres informations issues de systèmes de gestion géo spatiale, de gestion des actifs constituant le réseaux, de la facturation, de la relation clients (GRC, Gestion de la Relation Client, ou CRM Customer Relationship Management), etc… La mise en commun et le recoupement de ces différentes informations pourraient ainsi aider : les gestionnaires de réseaux à exécuter les fonctions analytiques nécessaires à l’exploitation d’un réseau intelligent, à établir de nouvelles interactions plus riches avec les différents acteurs du secteur électrique (clients, producteurs, etc.) ; et les fournisseurs à proposer de nouvelles offres et de nouveaux services.
  • 12. Le système permettant de gérer et d’analyser les données est un « entrepôt de données analytique et décisionnel »: l’« entrepôt de données » désigne la possibilité de stocker en un seul endroit de grandes quantités de données variées et détaillées ; le terme « analytique » fait référence à la capacité de la solution à pouvoir mener rapidement des analyses stratégiques et/ou opérationnelles sur ces gros volumes de données ; et le terme « décisionnel » renvoie à l’objectif de la solution qui est d’aider à la prise de décisions opportunes et pertinentes, dont l’application apportera de la valeur à l’entreprise. Afin de tirer au mieux parti de ces systèmes de gestion des données, les gestionnaires de réseaux et les fournisseurs pourront s’appuyer sur l’expérience de traitement des données déjà acquise dans d’autres secteurs, comme la grande distribution, les télécommunications, les transports, etc. À titre d’exemple, grâce à ces systèmes de gestion des données, les opérateurs télécoms ont pu améliorer : leur connaissance du comportement de leurs clients, en croisant les données d’usage et celles issues des actifs constituant le réseau téléphonique ; leur gestion des recettes ; leur garantie des règlements ; leur détection des fraudes ou des comportements abusifs. Grâce à ces systèmes, les compagnies aériennes ont, également, pu améliorer la gestion de leur vaste réseau de sites et d’équipements géographiquement dispersés. Elles suivent l’utilisation de leurs avions, les activités de maintenance et les stocks de pièces détachées, selon une approche entièrement intégrée du point de vue des données, en s’appuyant sur un entrepôt de données analytique et décisionnel. Outre les informations concernant les cycles de vie et les actifs, cet entrepôt de données est un levier d’amélioration de la qualité du service rendu à l’usager. Les gestionnaires de réseaux et les fournisseurs pourront également bénéficier de retours d’expériences intéressants concernant la façon dont les prestataires de services financiers (banques, assurances, etc.) gèrent la sécurité et la confidentialité de leurs volumes massifs de données, en répondant aux processus complexes de mise en conformité aux réglementations en vigueur. Tirer parti de ces différentes expériences contribuera ainsi à la création d’une solution à la fois robuste, pour supporter cet afflux de données, et évolutive, pour accompagner le futur encore mouvant des réseaux électriques intelligents Comprendre les Smart grids Définition Les réseaux électriques intelligents sont aussi appelés Smart grids. 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.
  • 13. Source : CRE Comment fonctionne le réseau actuellement ? Le rôle du réseau électrique est de connecter les producteurs d’énergie, tels que les centrales nucléaires et thermiques, les panneaux solaires ou les éoliennes, avec les consommateurs d’électricité (particuliers, industries, …). La caractéristique de l’électricité est qu’elle est très difficile à stocker : à tout moment, la quantité d’électricité demandée par le consommateur doit être égale à la quantité injectée sur le réseau de manière quasi-immédiate pour éviter le black out. Cet équilibre entre l’offre et la demande est aujourd’hui atteint de deux manières : en prévoyant la consommation électrique sur la base des données historiques et des conditions climatiques et en ajustant en permanence la production. Sur le réseau actuel, l’électricité circule principalement dans un sens unique : des producteurs aux consommateurs. A quelles contraintes le réseau électrique doit-il faire face ?
  • 14. Pour faire face à de nouveaux défis, le réseau électrique doit évoluer. De nouvelles consommations La climatisation, les appareils audio et vidéo ou le chauffage électrique se développent et accroissent la consommation. L’apparition de nouveaux usages de consommation, tels que la voiture électrique, amplifiera cette hausse. Face à cette augmentation prévisible, les réseaux électriques actuels ne seront plus suffisamment adaptés. Pour éviter de renforcer les réseaux (coûteux), il sera nécessaire de contrôler les périodes de charge des véhicules électriques. Le graphique suivant montre les prévisions de consommations selon différents scénarios envisagés. Source : RTE La consommation d’électricité est fonction de l’évolution du PIB, de la démographie, de la population active et de l’efficacité énergétique. Scénario « Haut » : hypothèse majorant la consommation. Scénario « Référence » : hypothèse centrale pour chacun de ces déterminants. Scénario « MDE renforcée » : prise en compte de l’accélération de la maîtrise de la demande d’énergie (MDE) via des actions sur les comportements de consommation, une performance accrue du bâtiment, etc. Scénario « Bas » : hypothèses minorant la consommation Les Smart grids contribueront à la mise en œuvre de la maîtrise de la demande en donnant des informations précises sur l’énergie qui circule, ce qui permettra de contrôler et d’optimiser la consommation d’énergie.
  • 15. De nouvelles énergies Depuis quelques années, de plus en plus de sources d’électricité d’origine renouvelable (éolien, photovoltaïque) sont reliées au réseau électrique. L’intermittence de cette production (l’éolien dépend du vent, le photovoltaïque du soleil) la rend très difficile à intégrer au réseau et ne correspond pas forcément aux périodes de consommation de pointe (19h). L'électricité produite, ne pouvant être stockée, est alors perdue. Le développement des énergies de sources renouvelables est ainsi souvent freiné par une inadéquation des moyens de production avec le fonctionnement du réseau actuel. De nouveaux objectifs Pour s’attaquer aux causes du changement climatique, l’Union européenne a adopté un ensemble de directives en décembre 2008, fixant des objectifs contraignants à l’horizon 2020. Le Conseil européen a fixé l’objectif politique des « 3 fois 20 » en 2020 : 20% de la consommation énergétique totale proviendra des énergies de sources renouvelables ; à production équivalente de biens et de services en 2020 par rapport à 1990, l'Union européenne s'est fixé l'objectif de consommer 20% d'énergies en moins ; réduction de 20%, voire de 30% en cas d’accord international, des émissions de gaz à effet de serre par rapport à 1990. Quelles évolutions pour le réseau ? Pour faire face à ces nouvelles contraintes, le réseau actuel doit nécessairement s’adapter, en intégrant les nouvelles technologies de l’information et de la communication afin de maintenir l’équilibre entre l’offre et la demande. Le système électrique passe d’une situation où la production est largement contrôlable, alors que la consommation l’est peu, à une situation où la production ne sera contrôlable que dans une certaine mesure et où la consommation fera l’objet d’une gestion active. Le réseau intelligent permettra d’intégrer les énergies renouvelables et de renseigner producteur, distributeur et consommateur sur l’utilisation de l’énergie. Pour gérer ces nouveaux besoins et ces nouvelles productions, les réseaux électriques intelligents ont deux caractéristiques : ils sont communicants et interactifs ; ils permettent d’échanger des données entre les différents acteurs du système électrique pour connaître, contrôler, gérer le réseau et ils prennent en compte les actions de tous les acteurs du système électrique. Quels avantages pour le consommateur ?
  • 16. Par l’évolution du système électrique, les consommateurs vont devenir des acteurs de leur consommation, voire de la production. Très prochainement, l’électricité fournie par leur éolienne ou leurs panneaux photovoltaïques sera directement injectée sur le réseau ou dans le circuit énergétique de leur maison, résidence ou usine. Elle servira, par exemple, à la recharge des batteries de leurs voitures électriques. Grâce aux compteurs intelligents, les consommateurs et les gestionnaires de réseaux connaîtront précisément la consommation d’un site ou d’un foyer. Les fournisseurs d’énergie pourront donc proposer aux consommateurs de nouvelles offres selon leur profil de consommation, ainsi que de nouveaux services d’efficacité énergétique ou de maîtrise de la demande d’énergie. En améliorant la connaissance sur la consommation électrique à l’aide de compteurs évolués, il sera plus facile d’éviter les pics de consommation et les pannes dues à une surcharge. La consommation électrique sera gérée de manière intelligente. Par exemple, pendant les horaires où la consommation est réduite, on pourra profiter de l’électricité produite pour charger sa voiture électrique. Le consommateur sera renseigné par une télégestion sur le meilleur horaire pour faire tourner une machine. Le consommateur sera renseigné par une gestion à distance sur le meilleur horaire pour faire tourner une machine. Le consommateur gèrera alors de manière active sa consommation d'énergie. Grâce aux nouvelles technologies de l’information, les gestionnaires de réseaux détecteront et localiseront facilement les pannes sur le réseau. Ils effectueront les opérations de maintenance, de relève et de conduite à distance. Les centres de contrôle des gestionnaires des réseaux d’électricité seront également informés en temps réel des besoins en énergie des consommateurs : ils distribueront alors la juste quantité d’électricité sur le réseau. Les réseaux électriques intelligents permettront au consommateur d’avoir : une maison plus intelligente, des factures plus précises, des pannes mieux détectées et plus rapidement réparées, des offres tarifaires plus diversifiées. Conclusion Dans ce contexte et compte tenu des enjeux, les réseaux électriques actuels doivent absolument s’adapter pour devenir plus intelligents, c’est-à-dire intégrer les nouvelles technologies de l’information et de la communication. Plus réactifs et communicants, ils permettront de répondre aux défis que constituent l’intégration de la production électrique d’origine renouvelable, la maîtrise de la demande énergétique, la gestion de la pointe de consommation, le développement de l’usage de la voiture électrique et, évidemment, l’ouverture du marché. En résumé, les réseaux électriques intelligents : faciliteront l’intégration de la production de sources renouvelables et décentralisée, rendront actif le consommateur au sein du système électrique,
  • 17. fourniront au consommateur la connaissance suffisante permettant un pilotage efficace de sa consommation, participeront à l’élaboration d’un système électrique décarboné.