Les microgrids

Une organisation de réseaux qui se répand dans les cinq continents 07/05/2017
Auteurs : Bruno Meyer
Publication REE REE 2017-2 Dossier Les microgrids
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2017-2:19258

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Les microgrids

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32 Z REE N°2/2017 Introduction Après la vogue des smartgrids, en attendant les supergrids et les nano- grids, les microgrids font une entrée re- marquée dans le monde des systèmes électriques de par le monde. Ces labels qui sonnent bien ne sont pas toujours simples à cerner ; ils fleurissent néan- moins partout, que ce soit dans des publications, des projets de recherche, des maquettes, des démonstrateurs, dans les discours des élus et des régulateurs, et désormais dans des déploiements sur le terrain. Une façon de les appréhender serait de les classer par taille : les nanogrids à l’échelle d’une maison ou d’un immeuble, les microgrids d’un quartier ou d’un réseau industriel, les smartgrids pour une ville et les supergrids pour un ensemble de pays. La définition d’un microgrid qui fait consensus est un réseau électrique composé de moyens de production, de charges (donc des consommateurs ou consommacteurs pour poursuivre dans la mode et les néologismes), voire de moyens de stockage, qui peuvent être exploités et coordonnés de ma- nière à ce qu’ils puissent fonctionner de façon auto- nome par rapport au système électrique global. Cette autonomie peut être permanente dans le cas d’un réseau totalement isolé, ou mise en œuvre sous conditions pour les microgrids raccordés au réseau global. Dans ce cas, le passage en régime autonome (ou îloté) peut être déclenché selon divers critères. Par exemple quand les niveaux de prix de l’énergie sont temporairement plus bas sur le microgrid que ceux du système global, on encore quand des capacités de stockage sont disponibles localement, ou bien pour pallier une défaillance du réseau principal, ou encore pour amortir des ins- tabilités dans la production locale qui poseraient problème au réseau principal. Les microgrids peuvent notamment permettre d’améliorer la qualité et la fiabilité du réseau concerné ou d’utiliser des actifs de production ou de stockage qui ne seraient pas appelés par le système global. Les microgrids offrent donc une souplesse, dont peuvent bé- néficier tant les acteurs locaux que ceux du système tout entier. On voit donc qu’au-delà de la défini- tion minimale, les microgrids sont sou- vent associés à des sources d’énergie renouvelables et intermittentes locales, des capacités de stockage, voire des raccordements de véhicules électriques et autres dispositifs pouvant jouer des rôles de charges ou de moyens de stockage. L’essor des microgrids résulte de la concomi- tance de mouvements technologiques, écono- miques, réglementaires et sociétaux convergents. Parmi les principaux déclencheurs de leur arrivée on peut citer : renouvelables (EnR) dans le mix énergétique. Cette progression fulgurante des EnR a mené à une baisse de leurs coûts, due à des économies d’échelle ; producteurs de se raccorder au réseau électrique de moyenne ou de basse tension ; l’information et des télécommunications qui per- mettent des pilotages locaux d’équilibre offre- demande, la mise en place d’automatismes, et systèmes de protections performants ; baisse de coûts (ou pour le moins l’existence de dispositifs incitatifs) ; - miser leur facture énergétique en étant capables de s’effacer lors des passages des pointes des sys- tèmes électriques ; et efficaces pour des réseaux îliens (zones non interconnectées, les ZNI selon la définition de la Commission de régulation de l’énergie) ou dans des zones isolées ou économiquement en déve- loppement ; LES GRANDS DOSSIERS Introduction Les microgrids : une nouvelle organisation de réseaux qui se répand sur les cinq continents Bruno Meyer RTE REE N°2/2017 Z 33 Introduction LES GRANDS DOSSIERS gérer leur système en autonomie. Une illustration a été l’impact sur les populations du Nord-Est des Etats Unis après le passage de l’ouragan Sandy en 2012. Si cette tempête a frappé de nombreuses ré- gions dans le monde, cette population particuliè- rement a eu du mal à admettre les conséquences subies. Pourquoi eux, habitants d’une des régions les plus riches du globe, se sont-ils retrouvés sans électricité pendant plusieurs jours ? L’approche qui a prévalu jusqu’à présent dans le développement des systèmes électriques consistait à investir dans des unités de production de grande taille pour des économies d’échelle, raccordées au réseau très haute tension. Ce réseau alimentant en- suite ces centrales aux centres de consommation. Avec en outre un réseau électrique à très haute ten- sion maillé garantissant la fiabilité du système. Avec le développement massif des EnR et la possibilité pour les producteurs de se raccorder à des niveaux de tension inférieurs, ce modèle de développement a commencé à être battu en brèche. Les microgrids vont au-delà, et sont parfois vus comme une approche novatrice de concevoir des systèmes électriques qui implique l’ensemble des parties prenantes, avec une promesse de fonction- nement en autoconsommation à l’échelle de tout un quartier, un campus, ou tout réseau capable d’être autonome. La difficulté à définir de manière plus large les microgrids tient à leur côté protéiforme. Ils varient selon les régions ou les environnements, avec des technologies multiples. La variété des acteurs contribuant au présent nu- méro permet d’affiner les différents points de vue et modèles d’affaires, et dans tous les cas, de souligner en quoi ces microgrids répondent à une attente de la société et contribuent à une démarche mondiale qui, en France comme dans de nombreux pays, se traduit par une loi de transition énergétique. Outre cette dimension fonctionnelle et tech- nique, les microgrids incluent également des tech- nologies numériques originales permettant de traiter et garantir les transactions entre acteurs. C’est toute la puissance des blockchains, dont la renommée a débuté par la crypto-monnaie bitcoin et qui désormais s’appliquent aussi bien à l'horo- datage des objets connectés qu'à l’enregistrement des actes notariés. L’article présenté dans ce dos- sier montre l’intérêt de blockchains pour gérer les transactions d’énergie produite au niveau d’un mi- crogrid. Le titre de cette introduction fait référence aux cinq continents, pour des motivations qui ne sont pas les mêmes, mais qui toutes concourent à une transition énergétique. Les exemples sont aussi variés que les économies et les pays peuvent l’être. Il s’agit d’alimenter un quartier résidentiel dans la Nouvelle-Angleterre, une zone mal électrifiée dans un quartier pauvre dans une région en développe- ment, ou un réseau d’usine. Les solutions mises en œuvre diffèrent, mais le concept général se répand. Il bénéficie de la baisse des coûts des EnR et d’autres sources de production locale (biogaz, cogénération) ainsi que du développement de solutions de stoc- kage bon marché (ou subventionnées). Si la plupart des microgrids étaient jusqu’à pré- sent des prototypes, leur expansion accompagne les grands mouvements de notre société qui favo- risent les énergies renouvelables, et profite de la vague des nouvelles technologies en production, stockage, ou télécommunications. Elle exerce une incidence certaine sur l’avenir des gestionnaires de réseaux électriques qui risquent de voir leur rôle traditionnel remis en cause s’ils n’accompagnent pas ce mouvement. Leur croissance va bouleverser la donne et les gestionnaires de réseau et de distribution devront y être attentifs, notamment en raison des baisses cer- taines de leurs recettes. En effet, les raccordements de production et de consommation au niveau du réseau de transport vont diminuer, de nouveaux acteurs vont émerger, producteurs décentralisés, fournisseurs de solutions de secours, offreurs de plates-formes de mise en relation des différents acteurs du système, sans compter la capacité et la volonté des consommateurs de se transformer en consommacteurs. Il faut néanmoins tempérer l’enthousiasme que génère un nouveau concept a priori sédui- sant, comme le sont les nano, smart et autre supergrids. Les installations électriques actuelles sont issues de plus d’un siècle d’investissements et d’économies d’échelle. Il serait audacieux de prédire que ces nouveaux microgrids rendront obsolètes et se substitueront aux infrastruc- tures présentes. Les infrastructures existantes de production, de transport et de distribution de l’électricité représentent des milliers de milliards d’euros d’investissement. 34 Z REE N°2/2017 How Microgrids contribute to the Energy Transition Jean Wild, François Borghese, Veronique Boutin, Jacques Philippe ..........................................................p. 35 New microgrid integration layers Laurent Schmitt ............................................................................................................................................................. p. 44 Reliable and affordable power supply with new microgrid solutions Britta Buchholz ............................................................................................................................................................. p. 48 Quels usages de la blockchain dans les microgrids ? Olivier Sellès .................................................................................................................................................................... p. 53 LES ARTICLES A venir dans le numéro 2017-3 de la REE, une série d’autres articles signés notamment de Thomas Morris & al (Grenoble INP), Didier Laffaille (CRE), Aude Pelletier & al (EDF R&D), Siebert Bressinck & al (Tractebel - ENGIE). LES GRANDS DOSSIERS Introduction Selon le cabinet Navigant Research, le premier marché mondial des microgrids est l’Asie-Pacifique qui dépasse désormais l’Amérique du Nord, cette région devant repasser en tête au milieu des années 2020. Une de leurs études montre que la capacité mondiale de microgrids installés passerait de 1,4 GW en 2015 à 7,6 GW en 2024. Mais ces chiffres doivent être mis en regard de la capacité électrique installée mondiale, qui avoisine les 6 000 GW. Donc, autant il est important de prendre en compte cette croissance des microgrids, autant ce serait un leurre que de croire que l’ensemble des consommateurs mondiaux y seront raccor- dés dans les décennies à venir. Ce qui est certain c’est que les microgrids, comme les smart,t nano ou supergrids bénéficieront de l’accélération des innovations technologiques qui révolu- tionnent notre temps, et se- ront eux-mêmes générateurs d’innovations qui pourront bénéficier aux réseaux tradi- tionnels. Les articles de ce dossier offrent au lecteur un pano- rama qui lui permettra d’appréhender le concept innovant des microgrids depuis sa description jusqu’à ses applications sur le terrain, en passant par le développement de nouveaux produits indus- triels, tout en donnant une ouverture sur de nou- velles recherches académiques ou technologiques comme l’Internet of Things, ainsi que la mise en œuvre dans le domaine de l’énergie des désormais célèbres blockchains. L’ensemble de ces articles a été réparti entre ce numéro de la REE et le suivant, en espérant que, comme dans la belle tradition du XIXe siècle, quand Eugène Sue faisait paraître ses Mystères de Paris en feuilleton, le lecteur attende avec impatience, après la lecture de cette première série d’articles, « la suite au prochain numéro ». Bibliographie Q Bruno Meyer est Manager Business Development à RTE. Il a travaillé à EDF de 1985 à 2008 où il a exercé différentes fonctions d’expertise et de management avant de rejoindre le Groupe RTE en 2009 où il a été directeur général d’Arteria de 2011 à 2016. Il est membre senior de la SEE et Fellow de l’IEEE.