Le réseau électrique évolue profondément avec l’essor des énergies renouvelables, des microgrids et des technologies intelligentes. Autrefois centralisé, il devient décentralisé et dynamique, apportant des défis en matière de stabilité et d’innovation. Cet article explore ces transformations et les solutions pour rendre le réseau plus intelligent et résilient.
L’évolution de la chaîne de valeur de l’électricité
La chaîne de valeur de l’électricité1 a connu une transformation majeure au cours des dernières décennies. Les réseaux de transport et de distribution conduisent l’électricité des installations de production aux sites de consommation. Historiquement, ce flux électrique était unidirectionnel, l’électricité était produite dans de grandes centrales éloignées des centres de consommation, puis transportée via des réseaux de haute tension avant d’être distribuée localement.
De nombreuses évolutions sont en cours depuis les dernières décennies, avec une amplitude de plus en plus importante. Avec l’intégration croissante des énergies renouvelables et des technologies intelligentes, cette chaîne de valeur devient de plus en plus décentralisée et dynamique. Les Smart Grids jouent un rôle crucial dans cette évolution en permettant une gestion plus efficace et flexible de la production, du transport et de la consommation d’électricité.
Les évolutions sur la chaîne de valeur de l’électricité représentent de véritables défis pour les acteurs de cet écosystème :
- Le mix de production évolue. Le parc thermique est en réduction et le parc nucléaire vieillit, tandis que les énergies renouvelables, de plus en plus présentes, se dispatchent dans le réseau. Ces tendances se vérifient dans le Bilan Prévisionnel de RTE avec une production d’électricité renouvelable annuelle de 270 TWh (contre environ 120 TWh aujourd’hui) et un productible nucléaire de 360 TWh.
- Parallèlement, la consommation d’électricité croît en raison de la réindustrialisation, de l’électrification des usages, du développement de la mobilité électrique. D’après le Bilan Prévisionnel de RTE, la trajectoire de consommation se situe au-delà des 580 TWh en 2035 en comparaison avec les 445,7 TWh consommés en 2023 (source : Bilan Électrique 20232). Des millions de compteurs intelligents sont installés, soulevant des enjeux digitaux liés à la collecte des données et favorisant le développement d’applications IoT.
- Ces évolutions entraînent une augmentation de l’électronique de puissance dans le réseau, avec de nouveaux phénomènes de stabilité à gérer.
- Au niveau européen, des changements s’opèrent, qu’ils concernent la réglementation ou le développement des interconnexions ; la France, sauf cas exceptionnel, jouant un rôle d’exportateur d’électricité.
- La gestion des raccordements au réseau devient aussi de plus en plus complexe. Les microgrids introduisent des nouveaux défis pour le système électrique, par la décentralisation de la production, la gestion complexe de la stabilité, les enjeux de sécurité, de régulation, de cybersécurité, de nouveaux modèles économiques et la nécessité d’investissements en technologies avancées pour une intégration efficace.
Dans ce contexte, les processus de planification des réseaux doivent être révisés et la conduite des réseaux électriques se complexifie davantage.
Microgrid : des réseaux locaux autonomes et intelligents
Les microgrids3 sont des réseaux électriques locaux qui peuvent fonctionner de manière autonome ou en connexion avec le réseau principal. Ils intègrent généralement des sources de production d’énergie renouvelable, comme l’éolien et le solaire, ainsi que des systèmes de stockage d’énergie.
Les microgrids représentent de véritables opportunités d’innovation pour les cas d’usage suivants :
- Zones isolées géographiquement,
- Base vie : les installations critiques comme les hôpitaux et les bases militaires,
- Zones industrielles, les écoquartiers ou les campus universitaires.
Il existe des cas d’usage de microgrid sur le territoire métropolitain français. En effet, il a été constaté que l’absence d’OMT (Organes de Manœuvre Télécommandé) rend certaines portions du réseau électrique vulnérables aux aléas climatiques, nécessitant des interventions manuelles et provoquant des mécontentements parmi les clients et les autorités de distribution. Enedis propose de pallier cette vulnérabilité par l’installation d’un microgrid dans le nord de la France, permettant une réalimentation provisoire en cas d’incident. Ce projet RIR (Réseau Ilôtable Rural)5 vise à réduire le temps de coupure des clients Enedis, améliorer l’équilibre du système électrique, optimiser les ressources de dépannage et permet de disposer d’un démonstrateur sur le territoire métropolitain.
L’impact des équipements à base d’électronique de puissance sur la stabilité du réseau électrique
La stabilité se réfère à la capacité d’un réseau à rester dans un état d’équilibre pendant des conditions normales d’exploitation et à retrouver un équilibre acceptable après une perturbation. Ainsi, assurer la stabilité du système est une condition essentielle pour garantir la sécurité du système électrique.
Les évolutions sur la chaîne de valeur de l’électricité modifient le comportement dynamique des réseaux électriques. L’intégration croissante d’équipements à base d’électronique de puissance, telles que les générateurs éoliens et photovoltaïques, les systèmes de stockage d’énergie, les véhicules électriques, entraînent de nouveaux défis pour la stabilité.
Dans ce nouveau contexte, de nouveaux phénomènes avec des dynamiques plus rapides émergent, et des nouvelles classes de stabilité devront être étudiées. C’est le cas de la stabilité pilotée par convertisseur (N. Hatziargyriou et al., 2021)6, qui décrit les phénomènes instables spécifiques aux interactions des contrôles des convertisseurs avec le réseau.
Malgré ces défis, les smart grids offrent des opportunités pour la stabilisation du réseau. Par exemple, avec des stratégies de commande spécifiques, les convertisseurs peuvent contrôler fréquence et tension, avec des temps de réponse souvent plus rapides que les technologies conventionnelles ; les systèmes de stockage d’énergie peuvent fournir une réponse rapide aux variations de fréquence, contribuant ainsi à la stabilité du système.
IoT et ses applications : vers un réseau plus intelligent
L’intégration de l’IoT (Internet of Things) joue un rôle clé dans la transformation des réseaux électriques en Smart Grids. L’IoT se compose des appareils connectés tels que les compteurs intelligents, les capteurs et les systèmes de gestion de l’énergie reliés entre eux par le réseau internet. Ces nouveaux objets collectent et analysent des données en temps réel, permettant une gestion plus précise et efficace du réseau.
Par exemple, Enedis utilise des compteurs Linky7 pour détecter et diagnostiquer les pannes, améliorer la maintenance préventive et optimiser la distribution d’électricité. Ces technologies permettent également de mieux intégrer les énergies renouvelables et de réduire les pertes d’énergie.
L’ASGARD (Agence de Supervision des Accès au Réseau et des Dépannages)8 est un nouveau service d’Enedis, qui assure une surveillance 24h/24 du réseau basse et moyenne tension. Cette agence peut s’appuyer notamment sur les compteurs communicants Linky et la plateforme Smart Connect9 pour améliorer le diagnostic des pannes, anticiper les dépannages ou récolter des alertes à la suite des mesures effectuées sur le réseau. À titre d’exemple, cela permet à Enedis d’avoir une visibilité sur l’état du parc des Groupes Électrogènes déployés lors d’incidents sur le réseau de distribution.
Dans le secteur de l’énergie, l’ambition est claire et s’ouvre vers les capteurs nouvelle génération et des expérimentations sont en cours pour répondre aux enjeux de la transition énergétique.
Yélé Consulting, cabinet de conseil à la pointe de l’innovation dans le domaine des Smart Grids, des IoT et de la transformation des modèles opérationnels dans le secteur de l’énergie.
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Nos typologies d’intervention :
- Définition technique des réseaux intelligents (besoins, typologie, accessibilité…)
- Conception et développement d’outils de calcul des réseaux électriques
- Modélisation, planification et gestion prévisionnelle des réseaux électriques
- Flexibilité des réseaux électriques (réinjection, consommation, stockage, microgrid…)
Consultez également notre article sur les Smart Gas Grid, réseaux de gaz intelligents au service de la transition énergétique.
- Auteurs : Guillaume SALUDEN & Luana FORTES MIRANDA
- Contact sur le sujet : Aurélien PALLAVISINI, Directeur practice Ingénierie Smart Grid & IoT
Sources
- Présentation des réseaux d’électricité | cre.fr
- Bilan électrique 2023 | analysesetdonnees.rte-france.com
- Les microgrids | smartgrids-cre.fr
- Le concept de microréseau | smartgrids-cre.fr
- Projet Réseau Ilotable Rural (RIR) | pole-medee.com
- N. Hatziargyriou et al., « Definition and Classification of Power System Stability – Revisited & Extended, » in IEEE Transactions on Power Systems, vol. 36, no. 4, pp. 3271-3281, July 2021, DOI: 10.1109/TPWRS.2020.3041774.
- Tout savoir sur Linky, le nouveau compteur adapté à la vie d’aujourd’hui | enedis.fr
- ASGARD, nouveau service d’Enedis dédié à la supervision du réseau électrique en Poitou-Charentes | lepetiteconomiste.com
- L’IoT, un nouveau levier pour la gestion du RPD | smartgrids-cre.fr
