Les Smart Grids au service de l’intégration des renouvelables

De nombreux pays s’engagent dans une transition énergétique pour intégrer plus d’énergies renouvelables. Certaines de ces énergies, comme la biomasse ou les biogaz, visent à réduire la dépendance à des ressources fossiles, par définition, disponibles en quantités limitées ; d’autres, comme l’hydraulique, exploité depuis longtemps, la géothermie, l’éolien ou le solaire photovoltaïque, permettent une réduction des émissions de gaz à effet de serre et donc un moindre impact environnemental de la production d’électricité.

Au-delà des apparences et des objectifs affichés, l’introduction de ces énergies bouleversent parfois profondément les systèmes électriques et notamment leur équilibre. Equilibrer un réseau électrique consiste à assurer continuellement que production et consommation se correspondent. Le gestionnaire du réseau de transport est, dans tous les pays européens, responsable de cet objectif.

Un équilibre assuré en deux temps

Tout d’abord, le gestionnaire de transport tente de prévoir au mieux la consommation des jours à venir en fonction de paramètres influents (météo, jour de semaine/week-end…) et « dimensionne » le volume de production en fonction du résultat.

Puis à des horizons très courts variant de 30 secondes à 15 minutes, il fait appel à des capacités de production disponibles, pour venir, instantanément ou presque, corriger les écarts constatés entre la consommation réelle et la production prévue.

Les ruptures de l’éolien et du solaire

Les énergies éoliennes et solaires, les deux plus largement répandues en dehors de l’hydraulique, introduisent deux ruptures dans le schéma d’équilibre évoqué : tout d’abord, le niveau de production associé n’est plus prédictible, il dépend de l’ensoleillement et des régimes de vent. Difficile, avec ces énergies, de « caler » un niveau de production. De plus, le passage d’un nuage ou une saute de vent peuvent introduire des variations très rapides de la production et donc des déséquilibres plus nombreux à compenser.

Le solaire, tout particulièrement, engendre une autre modification très importante ; la production est souvent assurée à partir de petites unités, appartenant à des particuliers, dispersées sur le territoire et connectées loin, en aval, sur les réseaux de distribution, proches des lieux de consommation. Il est fréquent, lors d’un après-midi estival par exemple, que la production excède la consommation. Le flux d’électricité est alors inversé par rapport au flux habituel. Les flux d’électricité, désormais bidirectionnels, selon que la production d’une zone excède ou non sa consommation, surcharge des réseaux conçus pour un usage bien différent.

Ces deux conséquences du développement des énergies renouvelables – équilibre des réseaux plus difficile à effectuer et flux bidirectionnels – remettent en cause la façon de gérer les réseaux électriques.

Réduire les flux bidirectionnels, c’est faire coïncider au mieux production solaire et consommation au voisinage des lieux de production, afin de limiter « l’exportation » de cette production solaire en dehors de ces zones. Si des actions généralement peu coûteuses de planification de certaines consommations ne suffisent pas, un recours au stockage d’électricité permet de stocker un surplus de production et de restituer l’électricité stockée en période de déficit de production par rapport à la consommation, la nuit par exemple. Ce dispositif local peut tout aussi bien être installé par un consommateur quand les conditions de rachat d’énergie ne lui sont pas favorables que par un gestionnaire de réseau de distribution électrique pour optimiser ses opérations et l’usage de son réseau.

Optimisation des flux énergétiques

Une fois les capacités de stockage en place, les plages de stockage et de restitution étant larges, une optimisation des flux énergétiques peut être réalisée en fonction des prix de l’électricité. Il est plus rentable de choisir d’utiliser l’énergie stockée quand le prix de l’électricité est plus élevé.

De proche en proche, la réduction des flux bidirectionnels induit donc une gestion de plus en plus contrôlée des flux énergétiques entre unités de production, de stockage et de consommation. Il est donc nécessaire de disposer d’informations de plus en plus nombreuses en provenance de ces différentes unités ou relatives aux tarifs et de pouvoir actionner à distance les équipements de réseaux permettant d’orienter les flux électriques en fonction des besoins. Bref, les réseaux doivent être plus intelligents.

Affiner les mécanismes d’équilibre des réseaux électriques

Plusieurs pistes sont suivies pour cela : réaliser des équilibres en « cascade » en assurant un premier niveau d’équilibre sur une maille locale réduite puis en réalisant des équilibres sur des mailles de plus en plus larges, mais aussi dynamiser les processus de correction des écarts entre production et consommation nationales en faisant appel à des capacités de production ou de modulation de consommation de plus en plus nombreuses et aux caractéristiques de plus en plus variées.

Quelles que soient les solutions déployées, elles requièrent aussi de plus en plus d’informations et une capacité de plus en plus grande à commander les réseaux à distance.

Les réseaux intelligents capables de fournir des données, de les traiter et quelquefois d’agir automatiquement en fonction du résultat de ces traitements sont donc au cœur de l’enjeu de l’intégration des énergies renouvelables dans les réseaux, puisque cette intégration génère des « perturbations » de plus en plus nombreuses auxquelles il faut répondre automatiquement. En étant à peine caricatural, on peut aisément conclure : « pas d’intelligence des réseaux électriques, pas d’intégration du solaire et de l’éolien » !

Crédit photo : @EDF – Philippe Eranian