Smart grid : définition et applications

Le réseau électrique intelligent, plus souvent désigné par son expression anglophone Smart Grid, est une approche nouvelle de la production et de la consommation électriques.

La Smart Grid introduit dans le réseau électrique des capteurs, actionneurs et analyseurs afin d'optimiser la production et la consommation d'électricité. Ce concept permet entre autres d'intégrer les énergies renouvelables au dispositif existant et également de réduire l'impact écologique de l'électricité.

Réseau électrique et Smart Grid

Le réseau électrique a été développé de manière progressive à partir de la fin du XIXe siècle. Ce réseau a été développé avec une circulation à sens unique : les centrales électriques - à charbon, hydroélectriques, à gaz ou plus tard nucléaires - produisent l'électricité et cette dernière est acheminée aux consommateurs via le réseau de distribution.

La centralisation de la production et l'incapacité de stocker l'électricité, en quantité et efficacement, rendent le système vulnérable. Les producteurs doivent en effet être toujours en mesure de produire suffisamment d'électricité pour répondre à la demande et le réseau de distribution doit, quant à lui, pouvoir l'acheminer. Pour répondre aux pics de consommation, rencontrés principalement en hiver, il n'est plus acceptable, avec la prise de conscience des enjeux écologiques de la part de tous les acteurs du système, de lancer la construction de nouvelles centrales ou de nouvelles lignes. L'optimisation, de la production et de la consommation, est la seule option possible pour l'ensemble des acteurs. La solution retenue pour résoudre ce problème est la Smart Grid, le réseau électrique intelligent. Cette révolution s'est imposée grâce à l'amélioration récente des capteurs électroniques, de la capacité de calcul et de stockage des ordinateurs, des réseaux de communications et du développement des objets connectés.

Cette approche nouvelle de la production et de la consommation de l'électricité est d'autant plus indispensable que dans un avenir très proche la consommation électrique pourrait fortement augmenter avec le remplacement du parc automobile thermique par un parc électrique.

Smart Grid et Réseau décentralisé (micro-producteurs panneaux solaires/éoliennes)

La Smart Grid, en rendant intelligent le réseau électrique, permet une décentralisation du réseau avec l'intégration de nouveaux producteurs. Les énergies renouvelables, solaires ou éoliennes, ont une production intermittente. Les remontées d'informations, via les capteurs placés sur ces sources et plus généralement sur l'ensemble des mailles du réseau, permettent une gestion fine des productions et des consommations. Il est ainsi possible de réduire l'activité des sources d'énergie non-renouvelables comme le charbon pendant que les éoliennes ou les panneaux photovoltaïques sont à l'oeuvre. Ces nouvelles installations peuvent être des parcs ou des installations individuelles, tout un chacun devient donc micro-producteur et participe à la constitution d'un réseau décentralisé.

Grâce à cette communication, les coûts de production pourront être réduits et des économies d'énergie pourront être réalisées. Les réseaux électriques intelligents permettront de réduire également les émissions de gaz à effet de serre.

Les gestionnaires publics des réseaux de distribution et de transport de l'électricité en France ont estimé dans l'étude Valorisation socio-économique des réseaux électriques intelligents une économie de 400 millions d'euros pour la France si les concepts de la Smart Grid sont développés et appliqués sur l'ensemble du territoire.

Optimisation de la production, de la distribution et de la consommation

La Smart Grid est une véritable mutation du réseau électrique traditionnel en réseau intelligent. Ce nouveau paradigme demande la mise en place de dispositifs électroniques pouvant collecter et envoyer des données mais aussi pouvant jouer le rôle de régulateurs. Ces dispositifs doivent échanger en temps réel pour que des analyses informatiques soient réalisées. Les conclusions de ces traitements aboutissent à des ajustements qui sont réalisés par des automates connectés. Ces actionneurs peuvent être intégrés aux capteurs mais aussi ajoutés en "surcouche" à des appareils existants. Les décisions prises ont pour objectifs :

• d'optimiser le rendement des unités de production de l'ensemble du réseau et ainsi de lisser les pics de consommation.
• d'éviter la construction de nouvelles infrastructures d'acheminement ou de nouvelles unités "lourdes" de production.
• de limiter les pannes électriques.
• de réduire au maximum les pertes d'électricité.
• de favoriser l'ajout de nouveaux producteurs d'électricité (des parcs éoliens et des panneaux solaires gérés par des industriels ou gérés par des particuliers).

L'équilibrage entre production et consommation permet le lissage des pics des consommations. La collecte et le traitement des données vont transformer le consommateur en acteur. Des interfaces pourront avertir ce dernier d'un moment de tension sur le réseau et lui conseiller de réduire la consommation de certains de ses appareils. Le lissage des pointes de consommations, qui surviennent généralement l'hiver, permettrait de lutter contre les émissions de gaz à effet de serre et in fine lutter contre le réchauffement climatique. Pour faire face à la demande, la réponse actuelle fait en effet appel aux deux modes de fonctionnement les plus "polluants" des unités de production, à savoir l'activité à plein régime ou la mise en fonctionnement d'unités éteintes.

La Smart Grid - de part son architecture, ses fonctionnalités et son approche intelligente - est l'un des constituants essentiels de la smart city, la ville intelligente, qui va permettre aux agglomérations de réduire leur impact sur l'environnement.

Les capteurs et les actionneurs de la Smart Grid

La transformation du réseau électrique traditionnel en un réseau intelligent repose sur l'installation d'objets connectés ayant pour rôle de collecter et/ou analyser des données et aussi de jouer le rôle d'opérateurs ou d'actionneurs.

Le capteur le plus connu en France est sans nul doute le compteur Linky, qui a mis à jour en lumière malgré lui les enjeux liés à la collecte de données "électriques". Dans le dispositif de la Smart Grid, les smartphones jouent également un rôle essentiel. Ils peuvent en effet servir d'interfaces aux consommateurs ou aux producteurs en les informant sur la la consommation et la production d'électricité de leurs installations. Les téléphones permettent également de réguler le réseau avec le pilotage à distance d'appareils. Des capteurs ont déjà été mis en place à grande échelle dans le monde industriel ou par les gestionnaires de parcs immobiliers. Ces instruments sont utilisés pour protéger les personnes et les biens, surveiller l'état du réseau et ainsi prévenir les pannes ou réduire au maximum une interruption de service, pour réduire les consommations électriques et les factures ou encore auditer le matériel.

Les réseaux de communication électrique ou internet - filaire, wifi, 4G, 5G, bluetooth - sont également des rouages essentiels de la Smart Grid puisqu'ils permettent une surveillance avec une remontée en temps réel des informations et aussi l'envoi d'informations aux actionneurs et aux acteurs du réseau pour un pilotage automatique ou "humain".

Les améliorations des performances des ordinateurs et l'amélioration du stockage de données informatiques permettent également la mise en oeuvre d'un réseau électrique intelligent. La capacité de traiter par exemple les données de près de 40 millions de compteurs Linky aurait été impossible il y a une dizaine d'années.

Conclusion

La Smart Grid révolutionne la consommation et la production d'électricité en rendant intelligent l'ensemble du réseau. Cet apport est possible avec l'ajout de nouvelles technologies - capteurs, automates, analyseurs - dans toutes les mailles du réseau.

La Smart Grid est la réponse retenue pour faire face à l'augmentation des besoins en électricité mais aussi à la nécessité d'intégrer des énergies renouvelables au réseau, afin par exemple de réduire les émissions de gaz à effet de serre. De plus, la maîtrise parfaite de la production/consommation d'électricité pourrait devenir demain un enjeu majeur avec le remplacement du parc automobile thermique par un parc électrique.