Qu'est ce que les réseaux électriques intelligents ?
Les réseaux électriques intelligents (ou smart grids) sont des réseaux électriques modernes avec un flux bidirectionnel d’électricité et flux de données entre les services publics d’électricité et les consommateurs. À la différence d’un réseau électrique classique, un réseau intelligent est un réseau électrique basé sur la technologie numérique et axé sur l’automatisation, la communication et la connectivité.
Imaginez des réseaux électriques intelligents. Des réseaux, mieux équipés pour gérer des demandes d’énergie variables. Des réseaux mieux préparés à faire face aux urgences énergétiques grâce à la capacité interactive bidirectionnelle intelligente.
L’essor des réseaux électriques intelligents est dû à leurs potentiel d’amélioration de la résilience, de l’indépendance énergétique et de la fiabilité du réseau ; entre autres facteurs. Dans le monde entier, les réseaux dotés de technologies numériques favorisent une utilisation plus intelligente des ressources et aident les consommateurs, ainsi que les acteurs du secteur de l’énergie, à réduire les coûts, à économiser l’énergie et à prendre de meilleures décisions en matière d’utilisation de l’énergie.
Un smart grid est un élément essentiel de la transition énergétique mondiale. En effet, il contribue à fournir une énergie propre et à soutenir la croissance économique à long terme ; tout en nous permettant d’atteindre nos objectifs de réduction des émissions de gaz à effet de serre.
Découvrez tout ce que vous devez savoir sur les réseaux électriques intelligents et leur rôle dans la transition énergétique.
Qu’est ce que les réseaux de transports d’électricité intelligents ? Définition !
Un réseau est un système électrique qui achemine l’électricité des producteurs aux consommateurs sur des courtes ou longues distances. Également appelé « réseau électrique » ou « réseau de distribution d’électricité », celui ci consiste en un réseau combiné de transmission et de distribution comprenant une multitude de lignes de transmission à haute tension et de lignes de distribution locales.
Un réseau électrique intelligent est un réseau électrique avancé qui intègre les technologies de l’informations (TIC), utilise des systèmes de communication, d’automatisation et d’informatique pour superviser les flux d’énergie des points de production aux points de consommation.
Une famille moyenne utilise l’électricité pour divers usages domestiques. Notamment pour la cuisine, le chauffage, la réfrigération, l’éclairage et la recharge des véhicules électriques. Mais les réseaux électriques actuels ne sont pas équipés d’une infrastructure de comptage avancée (AMI) permettant de suivre l’utilisation de l’électricité ; ou de mesurer sa consommation. Le but étant d’anticiper les éventuels pics de consommation pour pouvoir adapté la quantité d’électricité à fournir au consommateur.
Aussi, les processus de gestion de l’énergie, longs et peu fiables, ne sont pas idéaux pour faire face à une panne d’électricité ; ainsi qu’aux problèmes liés au réseau électrique.
Les gouvernements, les entreprises de services publics, les propriétaires de centrales électriques, les sociétés de distribution d’électricité et d’autres parties prenantes du secteur des réseaux électriques intelligents bénéficient du développement et du déploiement des réseaux intelligents pour rationaliser les opérations du réseau. Mais également de maximiser l’utilisation de l’énergie dans le respect du réseau et des consommateurs.
Comment fonctionnent les réseaux électriques intelligents (Smart Grid) ?
La transition vers une économie à faible émission de carbone est facilitée par un réseau économe en énergie et respectueux de l’environnement ; tel qu’un réseau intelligent.
Un réseau intelligent connecte chaque composant du réseau électrique à travers les différentes étapes de la production ; du transport, du stockage et de la distribution de l’énergie à la consommation d’électricité. L’intégration de chaque dispositif sur une base « plug & play » crée un réseau intégré de données et d’énergie.
En cas de panne ou de défaillance d’un équipement, un réseau intelligent peut automatiquement réacheminer l’électricité grâce à son interactivité bidirectionnelle. Par exemple, l’identification et l’isolement d’une panne permettent d’éviter une panne d’électricité prolongée et à grande échelle.
Par rapport à un réseau classique, un réseau intelligent induit une participation plus importante des consommateurs et une réponse plus rapide à la demande.
Les réseaux électriques intelligents utilisent des compteurs intelligents pour identifier, mesurer et transmettre les détails de la consommation d’énergie des foyers, des entreprises, etc. En permettant une communication directe avec la compagnie d’électricité, on élimine la pratique des factures estimées. Ainsi, plus de surprises sur la facture d’électricité.
De quoi sont composés les réseaux de distribution électriques dit intelligents ?
Les réseaux électriques intelligents peuvent connecter des millions de lignes de transmission pour fournir de l’électricité à un pays entier. Les différents composants fonctionnent ensemble au sein de l’architecture du réseau intelligent. L’objectif est d’accroître l’efficacité, la fiabilité, la résilience et la stabilité du réseau. En outre, le réseau intelligent modernisé favorise le contrôle du consommateur et la réduction des coûts grâce à une gestion globale du réseau.
L’utilisation de systèmes embarqués dans un réseau intelligent permet le traitement de l’information et la communication entre une grande variété d’applications.
Les principaux composants d’un réseau intelligent sont les suivants :
- Câbles ;
- Disjoncteurs ;
- Nœuds collecteurs ;
- Contrôleurs ;
- Lignes de distribution et de transmission et centres de contrôle ;
- Générateurs d’énergie électrique ;
- Sous-stations d’énergie électrique;
- Compteurs intelligents.
Zoom sur l’ADEME
L’ADEME est un acteur dans le domaine des réseaux électriques intelligents. En 2009, l’ADEME a lancé un appel à manifestation d’intérêt pour de futurs projets. Ils ont également publié une feuille de route pour les réseaux intelligents ; qui est devenue la première du genre.
De nombreuses institutions et centres de recherche français ont été impliqués dans ces projets. Aussi, bien d’autres travaillent sur des projets connexes à travers le monde. Le financement de projets de recherche et de thèses par l’ADEME soutient de nouvelles R&D dans des domaines variés, de l’efficacité environnementale à l’acceptation des technologies. Cela aide à maintenir la conscience de l’état actuel de ces domaines. Cela améliore aussi les perspectives de changement futures.
Les technologies de réseaux électriques intelligents
Un réseau intelligent utilise un large éventail de technologies et de réseaux de communication. Leur objectif est de mieux gérer la production, le transport et la distribution d’électricité ; mais aussi de donner aux clients un contrôle en temps réel.
Découvrons donc dans la suite de cet article les principales technologies de réseau de transport d’électricité intelligent.
Plan avancée de la demande
Le plan avancé de la demande s’appuie sur l’analyse des données et les techniques d’apprentissage automatique. Il génère des rapports de prévision à l’aide de la moyenne mobile intégrée autorégressive et d’autres techniques statistiques.
Composante essentielle de la gestion et l’optimisation des réseaux intelligents, la prévision ARIMA permet de prévoir la consommation annuelle d’électricité et les prix horaires de cette dernière.
La prévision ARIMA fournit également une couche supplémentaire de vérification pour détecter les cyberattaques sur les compteurs intelligents déployés pour mesurer la consommation d’électricité des consommateurs résidentiels et professionnels.
Infrastructure de comptage avancée (AMI)
L’infrastructure de comptage avancée (AMI) est un système intégré de réseaux de communication, de systèmes de gestion des données et de compteurs communicants. Il permet d’améliorer le service à la clientèle, l’efficacité énergétique et une meilleure gestion des coûts.
En permettant une communication bidirectionnelle avec les clients et les services publics, l’AMI offre aux réseaux électriques intelligents un large éventail d’avantages. Notamment avec la prévision de la consommation des équipements électriques, la détection des vols, la détection des défauts et des pannes, la mesure des pertes et la tarification en fonction du temps.
Données volumineuses pour les réseaux électriques intelligents
Les flux de données des réseaux électriques intelligents présentent trois aspects essentiels. A savoir une vitesse élevée, un volume important et une grande variété. Traiter un grand volume de données en temps voulu avec des ressources limitées est un défi majeur pour les réseaux électriques intelligents. C’est là que l’analyse des big data peut jouer un rôle crucial en augmentant l’utilisation des actifs, l’efficacité, la fiabilité et la stabilité du système ; et en améliorant la satisfaction des clients.
Sans l’analyse des big data des réseaux intelligents, il est impossible d’évaluer les pétaoctets de données produites par les dispositifs des réseaux électriques intelligents. Le big data permet de capturer et d’analyser des données non structurées provenant de différents points d’extrémité d’un smart grid.
En outre, le big data facilite la réduction efficace des coûts, la distribution des ressources et un meilleur service à la clientèle.
Ressources énergétiques distribuées
Les ressources énergétiques distribuées fournissent de l’énergie et renforcent la fiabilité locale tout en améliorant la stabilité du réseau et l’utilisation du carburant sur site.
Les DER comprennent les véhicules électriques, les bornes de recharges et les charges contrôlables ; telles que les pompes à chaleur électriques et les systèmes CVC.
Une intégration réussie des ressources énergétiques distribuées améliore la qualité de service et la fiabilité d’un réseau. Par exemple, les systèmes de panneaux photovoltaïques utilisent l’effet photovoltaïque pour convertir la lumière du soleil en électricité. Electricité qui est ensuite convertie par un onduleur en courant alternatif.
Surveillance non intrusive de la charge (NILM)
La surveillance non intrusive de la charge ou surveillance non intrusive de la charge des appareils identifie la consommation d’énergie individuelle des ménages et des installations industrielles.
La décomposition de la consommation d’énergie globale (des appareils actifs) en composants et la fourniture d’informations de diagnostic sont utiles pour identifier les équipements électriques énergivores ou défaillants.
En outre, les consommateurs peuvent programmer le moment le plus rentable pour utiliser les équipements électriques gourmands ; ainsi surveiller et maitriser les dépenses énergétiques en fonction de leur consommation.
Véhicule-réseau (V2G)
Également connue sous le nom d’intégration véhicule-réseau (VGI), la technologie véhicule-réseau (V2G) transfère l’énergie inutilisée d’un véhicule vers le réseau intelligent. La batterie d’un véhicule électrique est une forme rentable de stockage d’énergie.
La technologie V2G permet d’équilibrer les pics de consommation d’électricité et de réduire la surcharge du réseau électrique pendant les heures de pointe.
Par exemple, le système V2G peut réinjecter de l’énergie (capacité inutilisée de la batterie) dans le réseau électrique à partir de la batterie d’une voiture électrique afin d’améliorer la stabilité du réseau et de maximiser les avantages des énergies renouvelables.
Réseaux de communication établis et émergents pour les réseaux électriques intelligents
HAN
Un compteur communicant fournit de l’énergie aux appareils ménagers par l’intermédiaire du réseau domestique (HAN). Ce dernier utilise divers moyens de communication comme le Bluetooth, la technologie M2M l’Ethernet sans fil ou l’Ethernet filaire, et Zigbee.
Le HAN connecte les appareils ménagers au compteur intelligent souvent logé au sein du tableau électrique identifiant la consommation d’énergie et envoyant les détails de la consommation au serveur pour la facturation. La technologie est donc utile, voir indispensable, pour la mise en place de réseaux électriques intelligents.
NAN
Un Neighborhood Area Network (NAN) est un réseau d’accès extérieur qui connecte les dispositifs d’automatisation de la distribution et les compteurs intelligents aux passerelles WAN ; comme les collecteurs RF (radiofréquence) et les dispositifs de terrain (tels que les dispositifs électroniques intelligents (IED)).
Le NAN permet la collecte de données auprès des clients. Aussi, il prend en charge la communication entre le WAN et la zone d’habitation ou de travail.
WAN
Un réseau étendu (WAN) utilise la fibre optique, M2M, 3G/LTE (Long Term Evolution)/GSM (Global System for Mobile Communication) ou WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) pour la communication entre un compteur communicant, les fournisseurs et le serveur du service public.
Un compteur intelligent envoie les notifications qu’il reçoit (via HAN) des appareils aux fournisseurs en utilisant le WAN.
LoRaWAN
En tant que technologie IoT (Internet des objets) largement utilisée, LoRa est une plateforme sans fil de longue portée et de faible puissance idéale pour diverses applications ; telles que la gestion de l’énergie, l’efficacité des infrastructures et la prévention des catastrophes.
Les solutions de comptage d’électricité et les réseaux électriques intelligents basés sur le protocole réseau LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) peuvent mieux comprendre la demande d’énergie. Mais aussi détecter facilement les pannes de courant, améliorer la connectivité et identifier les actifs sous-performants.
De plus, LoRaWAN est compatible avec les réseaux mondiaux (même hors union européenne) et assure une transmission sans interférence pour lire à distance les données de consommation des compteurs d’électricité.
Rapport du Réseau électrique traditionnel vs réseaux électriques intelligents
Au fil des années, la production centralisée d’électricité à partir de centrales électriques a progressivement évolué vers une ressource énergétique distribuée afin de s’adapter à une industrie énergétique dynamique. Le but étant d’améliorer l’expérience énergétique des consommateurs.
Aujourd’hui on explique l’émergence des réseaux intelligents à la place de nos réseaux actuels par plusieurs raisons, notamment :
- La disponibilité d’un plus grand nombre d’énergies renouvelables et de technologies connectées.
- La dérégulation du marché de l’énergie.
- Les changements dans la production d’électricité.
- La croissance des véhicules électriques.
- L’évolution des compteurs.
- La nécessité d’une gestion à distance du réseau.
- Les directives sur les énergies renouvelables.
- L’essor de la microgénération et des microréseaux isolés.
- L’avènement du prosommateur (celui qui produit, consomme, partage et vend de l’énergie).
Examinons à présent, dans la suite de l’article, les principaux avantages des réseaux électriques intelligents.
Où se situe l’enjeu principal des Smart Grids ? Et pourquoi les utiliser ?
La surveillance et l’optimisation des composants interconnectés d’un système énergétique sont essentielles pour garantir une alimentation électrique fiable et efficace ; tout en réduisant la consommation et les coûts énergétiques.
Mais alors, comment les réseaux électriques intelligents améliorent-t-il l’efficacité et la fiabilité d’un système énergétique ? Un réseau intelligent utilise des « compteurs intelligents » pour minimiser le gaspillage d’énergie et maximiser l’utilisation de l’énergie.
Les compteurs communicants, ou les systèmes de mesure intelligents, remplacent les compteurs électriques classiques. Les compteurs intelligents permettent de calculer la production d’électricité, d’enregistrer les pannes de tension et de fournir aux gestionnaires de réseau des données exploitables.
Avantages des compteurs intelligents
Un compteur connecté peut :
- Diminuer la charge du réseau en réduisant la demande d’électricité pendant les périodes de pics de consommation.
- Offrir une meilleure flexibilité aux consommateurs en tirant parti des abonnements et des tarifs « personnalisées ».
- Assurer une plus grande fiabilité du réseau en utilisant efficacement sa capacité.
- Fournir un retour visuel sur les habitudes de consommation ou d’utilisation de l’électricité pour aider les consommateurs à économiser sur les coûts de l’électricité.
Autres avantages des réseaux électriques intelligents
L’intégration de la technologie électrique établie avec des analyses avancées, des technologies d’automatisation et des dispositifs intelligents permet à un smart grid de répondre plus rapidement à la demande des consommateurs et aux incidents potentiels du réseau électrique.
Les réseaux électriques intelligents offrent des avantages supplémentaires, tels que :
- Détecter précocement les fraudes et les défauts du réseau électrique pour prévenir les incidents.
- Permettre aux services publics de réguler la consommation d’électricité et de réduire les coûts d’exploitation.
- Augmenter la sécurité du personnel du réseau et des fournisseurs.
- Déclencher une réponse à la demande en temps voulu pour réduire la pression sur les compagnies d’électricité.
- Prévenir le vol d’électricité par la manipulation des compteurs.
- Reconnaître les besoins de maintenance des actifs en réseau.
- Réduire les émissions de polluants tels que le CO2, le NO2 et le SO2.
Les défis du déploiement des réseaux électriques intelligents
Le déploiement d’un réseau intelligent n’est pas sans poser de problèmes. Voici quelques-uns des défis importants que posent l’installation et la maintenance des réseaux électriques intelligents.
Synchronisation précise du timing
La synchronisation précise du timing est cruciale pour la mesure de l’électricité et le contrôle en temps réel. Ainsi que pour la détection et la localisation des défauts, le maintien de la stabilité du système, etc. Si elles ne sont pas traitées correctement, les discontinuités de synchronisation ont un impact majeur sur l’efficacité et la flexibilité des réseaux électriques intelligents.
L’arbre de diffusion Multicast
Les systèmes de contrôle de zone étendue des réseaux intelligents nécessitent un support de communication de données en temps réel avec une faible latence. Il est nécessaire d’identifier l’arbre de diffusion Multicast avec un délai minimum de transmission de bout en bout des messages de commande et de contrôle aux dispositifs distants.
Interopérabilité
L’hétérogénéité des piles de communication et des protocoles peut entraîner des problèmes d’interopérabilité entre les applications, les dispositifs et les systèmes des réseaux électriques intelligents. Une interopérabilité réussie est indispensable pour rendre possible une communication sécurisée de bout en bout et tirer parti de l’infrastructure existante du réseau électrique.
Infection par des codes malveillants
Un réseau intelligent compatible avec les communications peut être compromis physiquement ou à distance par une infection dû à un code malveillant. En outre, les dispositifs de réseaux électriques intelligents non résistants au sabotage sont exposés au risque d’être facilement physiquement compromis.
Sécurité des déploiements à distance
Les dispositifs de réseaux intelligents déployés à grande échelle dans des lieux éloignés sont facilement accessibles sans protection physique du périmètre. Des solutions de sécurité robustes pour les réseaux électriques intelligents sont obligatoires pour empêcher toute altération de ces dispositifs.
Contraintes liées aux ressources
Les ressources limitées s’avèrent être un inconvénient majeur lors du déploiement massif des solutions de réseaux intelligents ; notamment les solutions de sécurité basées sur la cryptographie à clé publique.
D’autres défis dans les installations de réseaux électriques intelligents comprennent la criticité de la livraison des données, l’usurpation d’identité (spoofing), la falsification des données et la faible accessibilité à l’électricité dans les pays sous-développés.
Toutefois, les progrès de la technologie des réseaux intelligents facilitent l’inclusion de fonctions de sécurité essentielles ; telles que l’authentification, l’autorisation et le contrôle d’accès, la confidentialité, l’intégrité des données et le respect de la vie privée de l’utilisateur final.
En outre, la protection des données et la normalisation des réseaux intelligents prennent de l’ampleur ; conformément au cadre juridique applicable aux différents projets.
À quoi ressemble l’avenir des réseaux électriques intelligents ?
L’avenir semble prometteur pour les smart grids. Selon Blackridge Research & Consulting, le marché mondial des réseaux intelligents devrait connaître une croissance de 15,5 % au cours de la période de prévision 2022-2028.
Le besoin d’un réseau intelligent va s’accroître grâce à des facteurs clés, tels que :
- L’accélération de la demande de fiabilité et de résilience des réseaux électriques.
- L’essor du marché des sources d’énergie renouvelables ; comme l’énergie solaire.
- L’augmentation de la R&D dans les technologies de réseaux intelligents et l’utilisation d’appareils intelligents.
- Les préoccupations croissantes en matière de protection de l’environnement.
- Augmentation du choix et de la participation des clients.
- Augmentation de la consommation mondiale d’électricité et électrification de divers secteurs.
- Augmentation des démarches d’investissements dans les infrastructures de réseaux intelligents ; dans différents pays, dont la Chine, l’Europe et les États-Unis.
Une demande croissante d’optimisation des actifs et de stockage de l’énergie
Véritable colonne vertébrale de la smart city idéale, un réseau intelligent tire parti de l’innovation technologique pour fournir une énergie économique, cohérente et propre. Le tout en améliorant la gestion des actifs et en réduisant les pertes de T&D (transmission et distribution).
Un développement des réseaux électriques intelligents est la marque d’une ville intelligente qui s’épanouit en mettant une énergie intelligente à la disposition des consommateurs.
La modernisation du réseau est essentielle pour remplacer l’infrastructure vieillissante du réseau électrique par un réseau intelligent solide et réactif. Plusieurs améliorations et initiatives en matière de réseau intelligent (prévues, entreprises et en cours) optimisent le potentiel des technologies de réseau intelligent.
Exemples d’application de réseaux électriques intelligents
L’Electric Power Research Institute (EPRI) a réalisé l’évaluation de la mise en œuvre du réseau intelligent mondial afin d’évaluer le développement et le déploiement des projets de réseau intelligent dans le monde.
Duke Energy, l’une des plus grandes sociétés du secteur de l’énergie aux États-Unis, investit massivement dans le développement des réseaux électriques intelligents afin de créer un réseau plus axé sur le client ; mais aussi plus efficace et plus fiable.
Duke Energy s’est associé à des agences gouvernementales, des laboratoires de recherche, des services publics et des fournisseurs pour développer et commercialiser l’Open Field Message Bus (OpenFMB™). Ce cadre d’interopérabilité des appareils de terrain vise à réduire la complexité de mise en œuvre et les coûts d’intégration.
Le gouvernement Indien a mis en place la National Smart Grid Mission (NSGM). Son objectif est de planifier et surveiller la mise en œuvre des politiques et des programmes de réseaux électriques intelligents dans le pays. La NSGM offre également un soutien en matière de formation et de renforcement des capacités aux unités de gestion de projet au niveau des États (SLPMU) pour les activités liées aux réseaux intelligents.
Pour conclure sur les réseaux électriques intelligents
L’utilisation de l’informatique dans le secteur de l’énergie transforme la façon dont la consommation d’énergie est mesurée et gérée dans les systèmes énergétiques au niveau local et national. Les réseaux intelligents facilitent l’établissement de liens efficaces entre les réseaux électriques, les installations de production d’énergie et les consommateurs d’énergie.
La participation active des consommateurs au suivi de la consommation d’électricité grâce aux compteurs intelligents aide également les sociétés de services publics à offrir aux consommateurs un meilleur contrôle de leur consommation d’énergie. C’est un parfait équilibre entre l’offre et la demande en électricité.
En outre, les politiques gouvernementales, les subventions et les autres programmes d’incitation des services publics favorisent l’adoption des réseaux intelligents. Mais elles favorisent également la promotion des projets d’efficacité énergétique dans le monde.
Dans les années à venir, les dispositifs et systèmes de réseaux intelligents joueront un rôle important dans la satisfaction des besoins en énergie des entreprises, des services publics et des clients industriels et résidentiels.
L’augmentation ou le remplacement des applications de réseau traditionnelles par des applications de réseau intelligentes est un moyen éprouvé de fournir un système d’alimentation plus fiable, plus efficace, plus sûr et plus polyvalent, avec un impact environnemental positif.
Un réseau intelligent est un réseau électrique agile et adaptable, capable de répondre à tous les types de besoins énergétiques. À l’avenir, les nouveaux services de réseaux électriques intelligents de la nouvelle ère n’offrira que de plus grandes possibilités.
Besoin de contacter M2M Network ?
Besoin d’informations sur nos cartes SIM M2M ? Nos équipes sont à votre disposition pour répondre à toutes vos questions !
