Les systèmes de distribution d’énergie électrique, souvent appelés réseaux électriques, constituent la principale source d’électricité dans le monde depuis la fin du XIXe siècle. Lorsque ces réseaux électriques ont été créés, leurs principes de fonctionnement étaient plutôt simples : produire de l’électricité et envoyer cette électricité aux maisons, aux bâtiments et partout où il y avait une demande d’électricité.
Mais avec l’augmentation de la demande d’électricité vient le besoin de réseaux électriques plus efficaces. Les systèmes de distribution modernes, les réseaux intelligents, utilisés aujourd’hui dans le monde entier s’appuient sur des technologies de pointe pour optimiser l’efficacité. Cet article explore la définition d’un réseau intelligent et les principales technologies qui les rendent intelligents.
Qu’est-ce que la technologie des réseaux intelligents ?
Un réseau intelligent est une infrastructure de distribution d’énergie électrique qui assure une communication bidirectionnelle entre le fournisseur d’électricité et les clients. Les technologies numériques qui contribuent à la technologie des réseaux intelligents comprennent les capteurs de puissance/courant, les contrôles, les centres de données et les compteurs intelligents.
Certains réseaux intelligents sont plus intelligents que d’autres. Dans de nombreux pays, des efforts importants et ciblés sont déployés pour transformer les réseaux de distribution électrique vétustes en réseaux intelligents, mais cette adoption est complexe et prend plusieurs années, voire des décennies.
Exemples de technologie et de composants de réseau intelligent
Compteurs intelligents : il s’agit de la première étape vers la construction d’un réseau intelligent. Les compteurs intelligents fournissent des données sur la consommation d’énergie au point d’utilisation, tant au consommateur qu’au producteur de services publics. Les informations sur la consommation et les coûts qu’ils fournissent alertent les consommateurs pour qu’ils réduisent le gaspillage d’énergie et aident les fournisseurs à optimiser les charges de distribution sur le réseau.
Les compteurs intelligents se composent généralement de trois sous-systèmes principaux : le système d’alimentation qui mesure la consommation d’énergie, un microcontrôleur pour gérer la technologie au sein du compteur intelligent, et le système de communication qui transmet et reçoit les données de consommation/d’instruction. En outre, certains compteurs intelligents peuvent contenir une alimentation de secours (en cas de panne de courant sur la ligne de distribution principale) et des modules GSM pour localiser le compteur à des fins de sécurité.
Nous avons vu l’investissement mondial dans les compteurs intelligents doubler au cours de la dernière décennie. En 2014, l’investissement annuel mondial dans les compteurs intelligents était de 11 millions de dollars américains. Compte tenu des gains d’efficacité du système découlant des mises en œuvre de compteurs intelligents, en 2019, l’investissement mondial dans les compteurs intelligents a atteint 21 millions de dollars US, par Statista.
Commutateurs et tableaux de distribution intelligents : si les compteurs intelligents peuvent fournir des données en temps réel aux fournisseurs de services publics, ils ne contrôlent pas automatiquement la distribution de l’énergie. Pour optimiser la distribution pendant les pics d’utilisation ou dans des régions spécifiques, les services publics d’électricité utilisent des dispositifs de gestion de la puissance tels que des commutateurs de contrôle de charge intelligents et des tableaux de distribution. Cette technologie permet d’économiser d’importantes quantités d’énergie en réduisant la distribution inutile ou en gérant automatiquement les charges qui ont dépassé leurs limites de temps d’utilisation. En termes simples, les interrupteurs intelligents de contrôle de la charge peuvent activer et désactiver intelligemment la distribution d’électricité au point d’utilisation afin d’optimiser l’efficacité globale de la distribution et de la consommation du système.
Par exemple, la ville de Wadsworth, dans l’Ohio (États-Unis), utilise un système de distribution électrique construit en 1916. En collaboration avec Itron, un fabricant de commutateurs intelligents de contrôle de la charge (SLCS), Wadsworth a pu réduire l’utilisation de son système de 5 300 mégawattheures en installant des SLCS sur les maisons résidentielles afin de cycler l’utilisation du compresseur de climatisation pendant les pics de demande.
Automatisation des réseaux électriques : l’automatisation du réseau électrique est rendue possible par les technologies de réseau intelligent qui utilisent des infrastructures informatiques de pointe pour contrôler chaque étape de la chaîne de distribution d’électricité. Par exemple, un système d’alimentation automatisé utilise des systèmes d’acquisition de données intelligents (comme ceux des compteurs intelligents), des systèmes de contrôle de l’alimentation (comme les commutateurs de contrôle de charge intelligents), des outils analytiques, des systèmes de calcul et des algorithmes de système d’alimentation. La combinaison de ces composants critiques permet à une grille (ou à plusieurs grilles) de s’ajuster et de s’optimiser de manière autonome avec une interaction limitée de l’homme.
La mise en place d’un réseau intelligent
Lorsque la technologie numérique, la communication bidirectionnelle et l’automatisation sont mises en œuvre au sein d’un réseau intelligent, plusieurs changements infrastructurels sont alors en mesure de maximiser l’efficacité du réseau. Les changements d’infrastructure suivants sont rendus possibles par la mise en œuvre du réseau intelligent :
Source de l’image : Wikipedia
1. Production d’énergie décentralisée
Comme les réseaux intelligents peuvent surveiller et contrôler en permanence la distribution d’énergie, il n’est plus nécessaire que l’énergie soit produite par une seule grande centrale électrique. L’énergie peut plutôt être générée par de nombreux sites de production d’énergie décentralisés tels que des éoliennes, des fermes solaires, des panneaux solaires photovoltaïques résidentiels, de petits barrages hydroélectriques, et bien plus encore.
2. Marchés décentralisés
L’infrastructure de réseau intelligent permet également la connexion de plusieurs réseaux comme moyen de partager intelligemment l’énergie entre les systèmes centralisés traditionnels. Par exemple, les municipalités ont historiquement eu des installations de production indépendantes qui ne sont pas connectées aux municipalités adjacentes. Avec la mise en œuvre de l’infrastructure de réseau intelligent, les municipalités peuvent contribuer à des calendriers de production partagés afin d’éliminer les dépendances de production en cas de coupure.
3. Transport à petite échelle
L’un des plus grands gaspillages d’énergie dans les réseaux électriques réside dans la distribution de l’énergie sur de grandes distances. Étant donné que la décentralisation de la production et du marché est rendue possible par le réseau intelligent, les distances de distribution nettes au sein d’un réseau intelligent sont drastiquement réduites, ce qui réduit le gaspillage d’énergie de distribution.
Par exemple, imaginez une petite ferme solaire de quartier qui peut générer 100 % de la demande électrique diurne du quartier et qui se trouve à 1 km de ce dernier. Si la ferme solaire locale n’existait pas, ce quartier devrait peut-être recevoir son électricité d’une grande centrale située à 100 km. La perte d’énergie observée lors de la transmission de l’électricité depuis la centrale électrique distante peut être cent fois plus importante que la perte de transmission observée depuis la ferme solaire locale.
4. Distribution à deux voies
Dans l’exemple de la ferme solaire locale, il peut exister un scénario dans lequel la ferme solaire peut générer plus d’énergie que ce qui est consommé par le quartier. Un surplus d’énergie est créé. Cet excédent d’énergie peut alors être distribué dans le réseau intelligent et contribuer à réduire la demande de la centrale électrique éloignée.
Dans ce scénario, l’énergie circule de la ferme solaire vers le réseau principal, hors quartier, pendant la journée, mais lorsque la ferme solaire n’est pas active, l’énergie circule du réseau principal vers le quartier. Ce flux d’énergie bidirectionnel peut être surveillé et optimisé par des algorithmes de distribution d’énergie afin de s’assurer qu’un minimum d’énergie est gaspillée à n’importe quel moment de l’utilisation.
5. Participation des consommateurs
Dans une infrastructure de réseau intelligent avec une distribution bidirectionnelle et des limites de réseau décentralisées, les consommateurs peuvent agir comme des micro-générateurs. Par exemple, les maisons individuelles peuvent être équipées de systèmes solaires PV indépendants qui peuvent générer de l’énergie au point d’utilisation. S’il y a un excédent d’énergie généré par le système PV résidentiel, cette énergie peut être transmise au réseau plus large, réduisant ainsi davantage la demande des grandes centrales électriques centralisées.
L’importance des réseaux intelligents
Les réseaux intelligents sont impératifs pour réduire la consommation électrique au niveau macro-économique. De nombreux fournisseurs de services publics locaux et gouvernements offrent de généreuses incitations afin d’encourager l’adoption des réseaux intelligents car ces derniers sont intéressants tant sur le plan financier qu’économique. En adoptant les réseaux intelligents, la production d’énergie peut être démocratisée, ce qui permet d’éliminer les risques de pannes, de réduire les coûts d’exploitation des systèmes électriques et d’éliminer l’énergie inutilement gaspillée.
