Quand, sous peu, on fera une utilisation massive de l'électricité éolienne et solaire, des réseaux intelligents (smart grids) seront nécessaires afin de compenser les importantes variations de production et mettre ainsi à profit le caractère décentralisé de ces installations. Au coeur de ces réseaux intelligents: les technologies de stockage et de gestion de la demande.

L'infrastructure de réseau a de tout temps été basée sur une production d'électricité à grande échelle et centralisée. Celle-ci est acheminée jusqu'aux consommateurs par le réseau haute tension, moyennant des transformateurs. Le réseau n'est cependant pas adapté à la production distribuée qui résulte de l'utilisation massive d'éoliennes, de panneaux solaires et de (micro) centrales de cogénération. Ce phénomène se ressent, par exemple, dans la région de Hoogstraten (Flandre) où le secteur horticole a recours intensivement à la cogénération. Quand la demande en chaleur y est importante, le réseau n'est plus en mesure d'absorber toute l'électricité produite. Cette problématique se pose également à plus petite échelle dans le cas de panneaux solaires. Encore limitée aujourd'hui, cette production est bien répartie de sorte que son impact sur le réseau est minimum. Du reste, si l'offre est trop importante, l'onduleur qui transforme le courant des cellules photovoltaïques en courant alternatif se déconnecte automatiquement. Quand, à l'avenir, l'offre sera plus importante, le but sera, bien entendu, d'en faire un usage optimal. Mais comme rénover l'infrastructure de réseau est loin d'être une évidence, il conviendra de trouver d'autres solutions intelligentes. La combinaison et l'intégration de toutes ces solutions aura lieu, dès lors, dans un dans un réseau dit intelligent.

Les objectifs en matière de renouvelable étant ambitieux, la nécessité des smart grids est particulièrement actuelle. Rien d'étonnant donc que cette technologie occupe une place essentielle pour nombre de pouvoirs publics et entreprises actives dans le secteur. Concrètement, que représente un réseau intelligent? Et, si l'on se base sur la situation actuelle, comment sera-t-il mis en place? Nous avons soumis cette question à Eefje Peeters, manager Smart Systems for Energy Networks program, Patrick Vanschoubroek, account manager Energy, et Peter-Paul Van den Berg, programme manager de l'unité Energie Technologie du VITO, l'institut flamand de la recherche technologique. L'institut s'est penché sur diverses technologies qui se révèleront cruciales à l'avenir quant à la distribution intelligente d'énergie. En tant que partie indépendante, cet institut souhaite également jouer une part active dans la mise sur pied du rôle d'aggrégateur, une nouvelle fonction qui sera chargée de la gestion de l'équilibre entre l'offre et la demande.

Combiner stockage et gestion active de la demande

En pratique, un réseau intelligent est axé sur l'équilibre entre l'offre et la demande. La caractéristique spécifique de la production «alternative» d'électricité réside dans son caractère fluctuant car elle dépend notamment de la force du vent et de l'ensoleillement. Les choses se corsent car les pics de consommation ne correspondent pas nécessairement aux moments où la disponibilité de l'électricité verte est maximale. Une des solutions consiste à utiliser des systèmes de stockage à la fois thermique et électrique. Le stockage thermique est utile pour solliciter des systèmes tels que des centrales de cogénération quand la demande en électricité est importante et que la demande en chaleur est faible. Le stockage électrique sert, en effet, à pouvoir utiliser de façon optimale les installations destinées à la production d'électricité verte durant des périodes où il y a beaucoup de vent et de soleil même si, à ce moment-là, on est déjà confronté à une surproduction.

Néanmoins, les seuls systèmes de stockage ne permettront pas de résoudre le problème. En effet, la capacité devrait être gigantesque. En outre, le stockage implique, quoi qu'il en soit, également des pertes d'énergie. Une deuxième solution fondée sur la recherche d'un équilibre entre l'offre et la demande consiste dès lors en une gestion active de la demande (demand side response). On entend par-là le fait de contrôler ou d'influencer la demande en fonction de l'offre. VITO collabore avec l'institut ECN (Pays-Bas) sur un concept innovant basé sur un travail du marché permettant de contrôler la demande en énergie à un niveau décentralisé. Les possibilités dans ce domaine sont légion et se situent dans la coordination de très nombreuses petites mesures. Un frigo, par exemple, a une plage de température déterminée dans laquelle il doit fonctionner. Une certaine flexibilité est ainsi requise au moment où le compresseur peut ou doit à nouveau se déclencher afin de refroidir la température. Une machine à laver, qui doit tourner la nuit, dispose de huit heures ou plus pour terminer son programme et peut, par conséquent, attendre le moment idéal pour démarrer. Si une compensation financière est prévue, de très nombreuses personnes seront probablement disposées à adopter aussi un contrôle flexible de leurs systèmes de conditionnement d'air qui pourrait déconnecter quand l'offre électrique est restreinte.

Fonctionnement du marché

Mais comment peut-on maîtriser ces nombreux paramètres de la demande, en combinaison avec la flexibilité qui caractérise également partiellement l'offre? Le concept novateur est basé sur le fonctionnement du marché qui se mettra en place de lui-même, eu égard au caractère fluctuant de l'offre et de la demande, moyennant un prix en temps réel de l'électricité en guise d'indication de la situation du marché. Quand l'offre est très importante, le prix diminue. Quand une pénurie se fait sentir, le prix est faramineux. De son côté et en fonction de la priorité, un consommateur voudra bénéficier d'un prix qu'il est prêt à payer pour l'électricité. Par exemple, pour un frigo, il ne voudra pas payer beaucoup tant que sa température est optimale. Par contre, si le besoin de réfrigérer augmente, la priorité augmente également, tout comme le prix que le consommateur est disposé à payer, jusqu'à, in extremis, un montant infini. Les producteurs, notamment les mini-centrales de cogénération, peuvent également être influencés par cette tarification. Quand le prix est bas, produire de l'électricité a peu de sens. A moins que l'appareil ne soit utilisé pour la production de chaleur, l'électricité est, en fait, un produit secondaire et le prix est également un facteur secondaire. A l'inverse, quand le prix est élevé, c'est-à-dire quand il est question de pénurie en électricité, une microcentrale de cogénération pourra être utilisée, même quand, à ce moment-là, il n'y a aucune demande en chaleur. Dans ce cas, le stockage thermique devrait apporter la solution.

Dans ce concept, tout appareil en mesure de fournir ou de consommer de l'électricité, se voit attribuer un agent qui connaît les priorités de l'appareil et qui, sur cette base, détermine un prix que l'on souhaite payer ou percevoir. Le Power Matcher, initié par ECN, est une commande intelligente qui est développée et appliquée pour rassembler les informations de tous ces agents et les pondérer mutuellement. Un rapport déterminé entre l'offre et la demande résultera en une tarification déterminée sur laquelle les agents présents dans l'appareillage se baseront afin de consommer ou de produire plus ou moins. Un Power Matcher de ce type gère, par exemple, tous les appareils au sein d'un bâtiment mais tient également compte du prix de l'électricité que l'on peut prélever du réseau ou que l'on peut fournir au réseau. A un niveau supérieur, un matcher complémentaire peut, à son tour, régler le fonctionnement du marché dans tout un quartier. Et ainsi de suite, jusqu'à ce qu'un réseau étendu soit mis en place qui, de manière intelligente, rassemble l'ensemble des producteurs, systèmes de stockage et consommateurs: le réseau intelligent.

Le consommateur conserve le contrôle

Un aspect intéressant de ce concept est que l'on peut créer une énorme flexibilité alors que le consommateur final conserve le contrôle de sa propre consommation. Ceux qui, à un moment donné, souhaitent démarrer un appareil quel que soit le prix, pourront le faire. Toutefois, le consommateur sera rapidement encouragé à faire preuve d'une certaine flexibilité car ce sera financièrement avantageux pour lui. Le consommateur fixera lui-même les limites et déterminera, par exemple, quand sa lessive doit être finie. Un appareillage tel que le Power Matcher permet automatiquement d'atteindre cette limite tout en offrant la flexibilité requise pour pouvoir le faire à un prix aussi bas que possible. Ce qui est avantageux pour le consommateur est également utile pour le réseau. En effet, la machine à laver ne se mettra en marche que quand de l'électricité est disponible en suffisance. Un avantage complémentaire de ce concept est qu'il peut être déployé progressivement. On peut commencer, ça et là, dans des bâtiments individuels. Ensuite, il est possible d'établir des liaisons intelligentes à un niveau supérieur jusqu'à ce que le réseau intelligent prenne une forme plus nette. De plus, les anciens appareils pourront toujours être utilisés même si ceux-ci ne contribueront pas à la flexibilité et ne permettront pas des économies de coûts. Le fonctionnement du marché, associé à un prix en temps réel, se créera ainsi spontanément dès que l'offre et la demande, même à petite échelle, seront synchronisées.