Smart-Energy

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Finance Grenoble INP | 2012 - 2014

Le modèle énergétique historique repose sur une organisation centralisée de la production. La vision pour les utilisateurs est celle d’une énergie disponible en permanence, en quantité et à faible coût. Ce paradigme monopolistique arrive à ses limites : la demande énergétique est en croissance permanente mais les ressources ne sont pas inépuisables. Les coûts augmentent. L’impact de la production de cette énergie sur l’environnement est également important et doit être réduit.  Le modèle de production, de distribution et de consommation doit être repensé pour faire face à ces nouveaux problèmes, ayant des conséquences à tous les niveaux :

  • introduction massive des énergies renouvelables dans le bouquet énergétique, introduisant de nouvelles contraintes sur le pilotage de la production. Les énergies renouvelables telles que le solaire ou l'éolien ne sont pas disponibles en permanence et doivent être consommées lorsqu'elles sont produites.
  • distribution des moyens de production car les usagers peuvent devenir eux-mêmes des producteurs d'énergie (bâtiments à énergie positive : panneaux solaires, éoliennes domestiques, véhicules hybrides, etc.).
  • multiplication du nombre d'acteurs du fait notamment de la loi NOME qui favorise l'émergence de concurrences dans le domaine de la production d'électricité.
  • optimisation de la distribution. Le département de l’énergie des États-Unis a montré par exemple qu’une amélioration de 5% de l’efficacité du réseau permettrait en plus d’une réduction importante de l’émission de gaz à effet de serre, d’économiser de 46 à 117 milliards de dollars d’ici à un horizon 2023 
  • réduction de la consommation en changeant les habitudes des utilisateurs.

Tous ces phénomènes vont induire pour les producteurs et les consommateurs une complexité croissante. Le besoin de mise en relation des producteurs et le besoin de leviers d'action sur la consommation croissent. Du fait de la loi NOME, une diversification d'offres tarifaires va émerger en France : elles favoriseront les consommateurs qui adapteront leur consommation durant certaines périodes, que ce soit par le levier tarif (pilotage par le coût) ou par le levier délestage (pilotage direct).

Ce bouleversement de paradigme est rendu possible par l’introduction massive des technologies de l’information dans le domaine de l’énergie, qui va permettre d'aider les différents acteurs à faire face à cette complexité croissante. Au plus haut niveau, cela se traduit par le couplage des réseaux de distribution d’énergie avec les réseaux de circulation de l’information : les Smart Grids.

Dans le modèle historique centralisé, les acteurs (producteurs, distributeurs) contrôlent la production mais pas la consommation. Ils doivent être néanmoins en mesure d’assurer la disponibilité immédiate pour chaque utilisateur de l’énergie qu’il demande. Dans le modèle des Smart Grids, les acteurs ne contrôlent toujours pas la consommation mais perdent également en partie le contrôle de la production : la part provenant des énergies renouvelables et des bâtiments producteurs d'énergie.

En effet, l’existence d’un réseau de producteurs/consommateurs qui ne sont disposés à collaborer que partiellement et ayant une vue partielle de l’ensemble des enjeux nécessite la formulation d’un nouveau point de vue aussi bien dans la modélisation que dans la conception des systèmes de contrôle-commande. Les différents acteurs, en dehors des connexions physiques qui les relient, seront aussi amenés à communiquer entre eux, ce qui suppose l’existence d’un réseau de communication de l’information superposé à celui de circulation de l’énergie. C’est ce couplage, des réseaux de distribution d’énergie avec les réseaux de circulation et de traitement de l’information, qui a donné naissance aux réseaux d’énergie intelligents. Une image suggestive en est donnée sur la Figure 1 [1]. Cette figure identifie l’existence des clusters intelligents de conversion d’énergie dans une possible structuration d’un réseau d’énergie. Ces clusters se basent sur des blocs d’électronique de puissance et sont dotés de systèmes de contrôle-commande distribués (CD). L’information peut être véhiculée en utilisant le même support que pour l’énergie – powerline communication – un défi à la fois économique et technique en cours d’investigation [2].

 

 

Figure 1 : Configuration possible d’un réseau d’énergie du futur avec la mise en évidence du caractère de double porteur – d’énergie et d’information – et des clusters intelligents de conversion d’énergie, dotés des systèmes de contrôle-commande distribué.

Le fonctionnement de Smart Grids ne pourra être rendu possible qu’avec l’implication forte des différents acteurs, qu'il s'agisse des professionnels de l'énergie ou des consommateurs finaux. Le marché de l’énergie, actuellement centré sur la production, va devoir intégrer tous les acteurs, y compris les utilisateurs finaux, pour réussir sa mutation [2]. En France, 65% de la consommation électrique est absorbée par le secteur bâtiment, qu'il s'agisse des bâtiments tertiaires ou des bâtiments résidentiels, 30% dans l'industrie, 3% dans le transport, etc. Le secteur bâtiment a donc un rôle très particulier à jouer dans l'émergence des Smart Grids. Le problème reste néanmoins complexe car il existe 32,5 millions de logements en France, 850 millions de m2 de bâtiments tertiaires (soit environ 200 000 bâtiments) avec des utilisateurs de l'énergie ne disposant que d'une compréhension sommaire des phénomènes énergétiques.

Du fait de l'émergence du paradigme de Smart Grid, la recherche se structure. A l'échelle nationale, Grenoble INP a été précurseur sur la recherche autour des Smart Grids et des Smart Homes (voir partie production scientifique locale). Alors que ParisTech se structure autour de ces thématiques, Grenoble, qui réunit un pôle de compétitivité sur l'énergie (TENERRDIS) et un pôle sur les micro et nano-technologies et les systèmes embarqués (MINALOGIC), se doit de coordonner les recherches autour de ces deux pôles : c'est l'objet de ce projet Smart Energy.