Les réseaux intelligents pour un futur décarboné

L’électrification du mix énergétique et la production d’électricité verte sont les solutions adaptées pour la décarbonation de nos économies, à court et moyen termes. Toutefois, elles ne vont pas sans poser des problèmes au système électrique et notamment aux réseaux.

L’électrification progresse rapidement à travers notamment de l’électromobilité, de la hausse continue du chauffage électrique individuel et dans les processus industriels. Par exemple, un million de voitures particulières électriques ont été vendues dans le monde au premier semestre 2020 (correspondant à 3,5% des ventes globales, dont seulement 30% de véhicules hybrides).

L’électricité est de plus en plus verte et renouvelable

Aux États-Unis, la capacité photovoltaïque installée a cru de plus de 2000% lors des dix dernières années et la capacité éolienne en Europe a augmenté de 27% entre 2018 et 2019. Durant les dix dernières décennies, la production d’énergie renouvelable a cru de 18% à 26% du mix électrique et devrait atteindre 45% d’ici à 2040.

En comparaison, le mix énergétique danois était déjà à 60% renouvelable en 2018 essentiellement grâce à l’éolien.

C’est une très bonne nouvelle car, contrairement aux énergies fossiles, l’électricité verte obéit à un « loi de Moore » et améliore sa compétitivité d’année en année, alimentant le développement des nations et facilitant l’accès planétaire à l’électricité.

Le coût actualisé de l’électricité (LCOE) pour le solaire photovoltaïque “utility-scale” a déjà baissé de 82% entre 2000 et 2019 et de 39% en ce qui concerne l’éolien terrestre.

La transition énergétique se focalise largement sur la production d’électricité décarbonée, or la question des réseaux de transmission et de distribution reste encore trop peu considérée.

Les coûts des réseaux devraient encore augmenter (ils représentent déjà environ 40% de la facture électrique des ménages dans de nombreux pays). Maintenir, en temps réel, l’équilibre entre offre et demande d’électricité va devenir de plus en plus difficile en raison du caractère intrinsèquement intermittent et non-contrôlable des productions solaires et éoliennes.

En l’absence de solutions adaptées, cette intermittence conduit à des périodes de prix négatifs de l’électricité (les producteurs sont pénalisés pour injecter de l’électricité dans le réseau) voire même des pannes généralisées, ce qui n’a pu être évité, de peu, que grâce à des mesures d’urgence.

De telles situations se sont récemment présentées au Royaume Uni quand la part des renouvelables a atteint 70% alors que la demande a baissé en raison du Covid 19, créant des défis d’équilibrages tels que seuls des mesures d’urgence comme l’arrêt de capacité de production ou l’activation de capacité d’interconnexion ont permis de les adresser.

Les renouvelables ont également bouleversé certains paradigmes tels que celui des classiques “consommateurs d’énergie”, entreprises ou particuliers, qui sont devenus “prosommateurs”, fournissant leurs propres besoins, ceux de leur communauté ou injectant parfois leur production dans le réseau.

En Europe, la génération d’électricité par les foyers devrait croitre de ~1800% d’ici 2050 comparée au niveau de 2015.

Cette production est difficilement prévisible et encore moins contrôlable par l’opérateur de réseau. Les clients peuvent, soudainement, s’effacer du réseau créant une brusque baisse de la demande, ou au contraire injecter de la puissance électrique dans le réseau alors que ce n’est pas forcément nécessaire.

Cette incertitude est renforcée par les nouveaux comportements de chargement des véhicules électriques et sur lesquels nous manquons encore de recul.

Dans ce contexte d’intermittence et d’incertitude, les réseaux électriques risquent de devenir des facteurs limitant de la transition énergétique.

Les solutions de stockage intelligentes profitent du coût réduit des batteries, le coût des batteries de stockage (BESS) a baissé de 87% sur dix ans pour atteindre $156/kWh en 2019, et elles peuvent fournir de précieuses sources de flexibilité. Cependant elles ne vont pas suffire à assurer l’équilibre.

Les technologies intelligentes constituent en l’espèce une bonne direction de réflexion

Les technologies intelligentes fournissent un équilibrage en temps réel entre génération, demande et stockage à différentes mailles géographiques et temporelles. CE Delft estime que d’ici à 2050, environ 83% des foyers européens pourrons utiliser des solutions de stockages et fournir des services de stabilisation du réseau.

Ceci suppose la transparence des données (en conformité avec les législations sur le respect de la vie privée), de puissants « cerveaux » d’optimisation par l’intelligence artificielle ainsi que des capacités de contrôle des objets connectés réactives et résilientes à grande échelle.

L’orchestration de l’ensemble du système, entre génération, transmission et distribution, stockage et consommation d’électricité, depuis le temps réel jusqu’au long terme, depuis un simple foyer jusqu’au communautés d’énergie, régions, pays et continents, sera seulement possible grâce à une plateforme combinant Intelligence Artificielle et Objets Connectés.

Les technologies AIoT sous-tendent les centrales virtuelles, qui peuvent fournir des services bien orchestrés de micro-réseaux ou services de stabilisation au réseau.

Mais pour matérialiser les bénéfices de ces technologies intelligentes et délivrer la flexibilité nécessaire, tout le modèle doit être adapté, depuis les régulations, les mécanismes de marché, les schémas de rémunération de la flexibilité jusqu’aux règles de partage des données.

Les mécanismes actuels de flexibilité (tels que les marchés de capacité en Europe) atteignent leurs limites alors que le part du renouvelable dans le mix énergétique augmente ; seule une approche globale peut faire évoluer le système pour lui permettre de faire face à cette nouvelle réalité.

 

 

 

 

commentaires

COMMENTAIRES

  • Beaucoup de blabla avec de plus un mauvais vocabulaire uniquement pour dire qu’un réseau n’est pas une toile statique mais un acteur dynamique de l’ensemble reliant fournisseurs et clients du flux avec des fournisseurs de plus en plus hétérogènes et des clients qui l’ont toujours été.

    Répondre
  • La blague classique : dans la réseau intelligent je gare ma voiture électrique avec obligation de branchement, et en la reprenant ou bien mon compte en banque est débité et ma voiture prête à partir, ou bien ma voiture a été mise à plat mais j’ai la consolation d’être crédité à la banque.
    Voilà où mène l’idéologie de l’électricité rare et précieuse.

    Répondre
    • Je crois surtout que l’auteur de ce que vous appelez la blague classique n’a pas intégré toutes les paramètres de la notion de réseau intelligent ce qui lui permet d’imaginer la blague. En revanche, si vous croyez vraiment que ce n’est pas une simple blague comme le laisse sous-entendre votre remarque, je pense que vous êtes dans la même situation que lui et n’avez pas intégré les paramètres de sauvegarde. Par ailleurs il n’est pas question d’électricité rare et précieuse dans ce réseau intelligent mais de ressources optimisées, ce qui très différent car l’abondance ne saurait justifier le gaspillage.

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  • “l’abondance ne saurait justifier le gaspillage”

    Dans le monde de l’énergie de vos voeux il n’y aura pas d’abondance.
    En cas d’abondance le gaspillage est indifférent.

    Répondre
    • Alors vous démontrez par la que vous ne comprenez pas la réalité de l’éolien qui multiplié par 55 ou 6 sa puissance entre un vent moyen et un vent fort….. Et par vent fort on sera forcément en surabondance si on est juste servi par vent moyen. Il y en a même qui se plaignent déjà qu’il y ait des prix négatif avec les période de vent fort en Allemagne…. Avec la formule classique de calcul étudiée pour la pénurie systématique que l’on a avec le nucléaire.

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    • “En cas d’abondance le gaspillage est indifférent.”
      Désolé, mais ce ne peut être vrai qu’à certaines conditions :
      – l’abondance est pérenne. Les ressources sont illimitées
      – la consommation de ces ressources ne produit aucun effluent, aucune pollution d’aucune sorte.
      C’est le cas du photovoltaïque par exemple : un kWh gaspillé n’a aucun impact, à la différence d’un kWh fossile.
      Limite du raisonnement cependant : si le mésusage entraîne un accroissement de la taille des installations.

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  • “le coût des batteries de stockage (BESS) a baissé de 87% sur dix ans pour atteindre $156/kWh en 2019”
    Vous vouliez dire $156/MWh plutôt il me semble ?

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    • Non, il s’agit bien de kWh, mais pas de l’énergie consommée, simplement de capacité de stockage.
      En passant, j’aimerais savoir d’où vient ce chiffre, et vous mets au défi d’acheter une batterie à ce tarif !

      Répondre
      • @jyq
        Il ne sort pas d’un chapeau, c’est le coût industriel de production du KWh actuel communiqué par les professionnels de la filière.

        Répondre
        • Il s’agit donc bien d’un coût de production de la batterie. Auquel il faudra ajouter le gestionnaire de la batterie (BMS) avec son électronique de puissance, les coffrets avec ventilation active, la pose et mise en oeuvre de tout ça. Ce qui nous conduit à peu près au double de ce que vous annoncez, soit actuellement, de 300 à 350 €/kWh.

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          • Vous vous précipitez à faire des plan sur la comète sans même savoir ce que seraient ces éventuels couts si tant est qu’ils soient nécessaire car dans le cadre de stockage en stationnaire nous sommes très très loin d’avoir les contraintes d’une batterie montée dans une voiture qui doit pouvoir supporter des puissances de recharge très élevées car on est pressé quand on fait le plein sur l’autoroute. En stationnaire il ne s’agit pas de ça, de plus aussitôt vous multipliez par deux car multiplier par 10 ne paraitrait pas sérieux… vous n’avez aucune justification à cet excès évident, et même….. cela serait qu’il ne s’agirait encore que que de 6 centimes à 8 centimes d’euros toujours très loin des fantasmes de ceux qui disqualifient les renouvelable variable devant ce qu’il voit comme le mur infranchissable du stockage dont le besoin n’est que dans leur tête.
            Notamment, stocker est une aberration tant qu’on n’est pas en production excédentaire, et stoker du solaire est une aberration absolue, sachant que c’est dans la journée que l’on peut l’obtenir et que c’est dans la journée que l’on a le plus besoin d’électricité lorsque l’activité économique est au plus haut et qu’une part importante de cette activité économique qui utilise aujourd’hui la chaleur dont presque toutes les sources dont fossiles, devra remplacer ces sources à l’électricité verte.
            Le stockage, n’est vraiment pas un problème ailleurs que dans la tête de ceux qui y voient un mur.

    • Cous vous parlez du prix de production du KWh dans ce qu’il sera quand il fonctionnera.
      La il s’agit du coût d’investissement du dispositif de stockage, lequel peut resservir en 4000 à 5000 fois et don’t le coût par KWh stocké est donc à diviser par 4000 à 5000, soit entre 3 et 4 centimes par KWh beaucoup moins cher que ce qu’imaginent ceux qui montent en épingle l’ éventuel problème du stockage qui est loin de se poser comme un problème.
      Serge Rochain

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