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L’agrégateur : un nouveau métier pour le marché électrique

Sous l’impact de l’augmentation de la demande électrique, notamment au moment des pointes de consommation, de l’intégration des énergies de sources renouvelables et intermittentes, ainsi que de l’anticipation des nouveaux usages comme les véhicules électriques, le besoin d’adaptation du réseau électrique est de plus en plus important. En effet, la modernisation des réseaux électriques est nécessaire pour maintenir en toutes circonstances l’équilibre entre la production et la consommation d’électricité et permettre au consommateur final de mieux maîtriser sa demande en électricité au quotidien. La variabilité des sources de production d’électricité renouvelable, c’est-à-dire leur fluctuation en fonction des contraintes météorologiques (ensoleillement, vents, etc.), ainsi que l’augmentation de la production dite décentralisée (parc éolien raccordé au réseau de distribution ou consommateur final disposant de panneaux photovoltaïques sur le toit de son habitat qui devient producteur d’énergie par exemple) et les ambitions de réduction des consommations d’énergie complexifient la gestion de l’équilibre entre production et consommation : les gestionnaires de réseaux devront mieux connaître en permanence les besoins en matière de consommation, les niveaux de production et l’état des réseaux. Il est, donc, nécessaire d’adapter le système électrique actuel en déployant notamment des capteurs, des réseaux de communication, des automatismes et des logiciels de pilotage pour permettre aux gestionnaires d’optimiser les flux électriques et limiter les risques de coupure. En favorisant l’intégration des productions d’électricité à partir d’énergies de sources renouvelables, les Smart grids ont un impact fort sur la réduction d’émission de CO2.

Si la mesure en temps réel est nécessaire au réseau électrique pour ajuster la production, elle n’est malheureusement pas suffisante pour répondre instantanément et de manière économique à l’introduction massive des EnR imprévisibles et fatales dans le système électrique. Cependant, on peut aussi agir sur l’autre moitié du système, à savoir : les clients finaux et leurs consommations. Afin de pouvoir répondre rapidement et efficacement à la demande d’équilibrage ou de pointe du réseau, il est nécessaire d’agir conjointement sur la production et sur un grand volume d’effacement potentiel. Or si on veut assurer au réseau un volume d’effacement tout en garantissant aux clients industriels un impact limité de l’effacement sur leur process ou aux clients tertiaires un impact limité sur le confort des occupants des bâtiments, il est nécessaire de disposer d’une grande flexibilité en agrégeant un grand nombre de sites. C’est le rôle dévolu à l’agrégateur. En plus de la mise en action de capacités d’effacement, l’agrégateur doit générer, gérer et valider des scénarios d’effacement sur les différents sites pour optimiser le potentiel, la flexibilité et la fiabilité de son action.

Si le déploiement de compteurs communicants ou un peu plus intelligents - notamment vers les particuliers - sera assuré dans le futur généralement par les gestionnaires de réseaux de distribution d’électricité comme ERDF en France avec « Linky », le suivi précis en temps réel de la consommation électrique chez le client final et son management sont encore des sujets sur lesquels peu d’acteurs se sont déjà positionnés. Pour les particuliers et les entreprises, le déploiement de systèmes de comptage associés aux réseaux intelligents est aussi une opportunité pour mieux connaître leur production ou consommation d’énergie en temps réel et agir sur leur facture énergétique globale ainsi que sur leur demande de pointe. C’est dans ce domaine que les opérateurs historiques de services énergétiques comme Dalkia peuvent apporter leur expertise et leur expérience, en identifiant notamment les potentiels de flexibilité des infrastructures industrielles et tertiaires consommatrices.

En regardant les évolutions récentes du marché de l’effacement outre-Atlantique, on peut penser que l’agrégation deviendra une prestation complémentaire, s’ajoutant à une palette de services énergétiques existants - l’agrégateur servant alors d’intermédiaire entre le système électrique et les utilisateurs (particuliers, logements collectifs, industriels, bâtiments tertiaires). Son rôle est d’optimiser le fonctionnement d’un ensemble aussi large que possible de bâtiments ou sites tertiaires et industriels du point de vue de leur demande instantanée d’électricité, afin de les rendre acteurs de l’équilibre du système électrique. Par exemple, l’agrégateur procède à des délestages partiels de certains usages électriques des bâtiments qu’il pilote (chauffage, climatisation, traitement d’air, eau chaude sanitaire, éclairage, ascenseurs, informatique, process industriels, etc.), change momentanément les consignes des gestions techniques centralisées (GTC) & des gestions techniques des bâtiments (GTB), ou démarre des groupes électrogènes de secours disponibles sur d’autres sites, durant les périodes de pointe de demande sur le réseau. Lorsque la législation le permet, il agit, donc, comme un générateur de flexibilité locale et crée de la valeur pour ses clients en vendant cette flexibilité au système électrique. On appelle parfois cette flexibilité une « centrale électrique virtuelle ».

Pour mieux réguler la distribution d’électricité sans léser le confort des utilisateurs, il faut parvenir à la stocker en période ou le système électrique est le moins chargé (de manière directe avec des batteries, ou indirecte sous forme d’énergie transformée) afin de ne fournir que l’électricité demandée, et à utiliser ces stocks tampon lors des pics de demande. Le stockage est essentiel aux Smart grids et contribue à l’équilibre du réseau et à sa stabilité, il augmente l’efficacité des installations de transport et de distribution du réseau électrique et permet d’intégrer les énergies de sources renouvelables. Le secteur de l’électricité est l’une des rares industries qui ne dispose pas de système de stockage de masse, systématique, économique, facilement manipulable et accessible en tous points du réseau. Néanmoins, des solutions performantes ont été développées ces dernières années, au point d’en envisager le déploiement commercial. Différentes possibilités de stockage existent, au niveau individuel (batteries de véhicules électriques, ballon d’eau chaude, etc.), d’un bâtiment (inertie thermique, batterie chaude ou froide, etc.), d’une collectivité (barrage électrique, château d’eau, etc.), ou d’une industrie sous forme de stockage de produits intermédiaires (broyeur de cimenterie, etc.). L’agrégateur doit, donc, aider le consommateur final à réfléchir de manière globale à ses usages électriques et énergétiques afin de dégager un stockage : c’est un élément incontournable pour gagner en flexibilité.

Pour jouer son rôle, l’agrégateur a besoin de rendre les immeubles et sites industriels qu’il pilote « intelligents », afin de disposer des informations et des moyens d’actions lui permettant de gérer son parc depuis un poste de commande central. Il a, également, besoin de modèles pour prévoir les résultats de son action sur un site (par exemple le chauffage dans un immeuble), afin de pouvoir agir en préservant un niveau de confort ou de service minimum. Enfin, il doit disposer des systèmes d’information lui permettant d’anticiper les évolutions du marché et d’optimiser la valorisation de cette disponibilité de puissance d’effacement. C’est, donc, un métier ou plutôt une fonction entièrement nouvelle qui requiert de très nombreux développements en matière de R&D et repose sur les NTIC.

Afin de réaliser l’analyse énergétique (par exemple : pour qu’un industriel maîtrise sa demande électrique tout au long de son process ou pour qu’un bâtiment puisse s’autoréguler en fonction de son exposition, de son occupation, des conditions météo et de ses capacités de production d’énergie renouvelable et de stockage), il faut que les sites soient instrumentés, dotés de capteurs et de systèmes d’information et de communication, pour mesurer, détecter des anomalies, actionner des équipements (stores, système de chauffage ou de climatisation, etc.). Cela relève de la gestion technique centralisée, qui rend les bâtiments intelligents ou les process industriels économes, domaine dans lequel beaucoup d’équipements existent déjà. Cependant, l’enjeu n’est plus de faire uniquement du suivi a posteriori, mais d’anticiper l’évolution de la consommation et de piloter (par délestage, ajustement des courbes de chauffe, etc.) en temps réel les installations.

Au-delà de l’instrumentation des sites, l’agrégateur a besoin d’un système de collecte d’informations et de pilotage performant.

En effet, l’agrégateur d’effacement se situe au centre d’un grand nombre d’acteurs. Il gère des flux d’informations à l’interprétation complexe, avec des contraintes de fiabilité forte et nécessitant une grande adaptabilité.
Sa valeur ajoutée est d’autant plus grande qu’il gère des consomm’acteurs avec des profils différents. Le nombre de données gérées augmentant nécessairement avec le développement commercial de l’agrégateur, cela le conduit à s’équiper dès l’origine d’un système d’information performant, modulable, et interfaçable avec une grande variété de GTC & GTB et autres automates. Cet outil informatique est la clé de voûte du système sans laquelle les performances attendues par l’agrégateur ne peuvent être garanties.

Le système d’information fournit aux traders les données qui leur permettent de valoriser l’effacement sur les marchés financiers de l’électricité. Parmi ces données, la prévision de la disponibilité d’un site pour s’effacer est la donnée la plus complexe à élaborer. Elle doit prendre en compte, d’une part, des paramètres physiques intrinsèques et, d’autre part, des comportements humains difficilement prévisibles et modélisables.

L’état d’un site et sa consommation doivent être connus en temps réel pour permettre la réactivité imposée par les contraintes du réseau électrique. Les automates permettant le pilotage des sites tertiaires et industriels peuvent ainsi être interrogés et pilotés par le système d’information de l’agrégateur. Les informations ainsi collectées peuvent être complétées par des alertes de dysfonctionnement remontées par les techniciens de maintenance et les refus d’effacement des clients exploitant le site.

La modélisation du site dans l’outil informatique est faite en amont par un expert du mode de consommation et des habitudes du client. Cette phase préalable à tout effacement est déterminante. Si la prévision n’est pas suffisamment fiable, le réseau électrique est mis en risque et l’agrégateur doit payer des pénalités.

Le développement des Smart grids pourrait être renforcé par la mise en oeuvre d’un marché de capacité. Or la mise en place d’un tel mécanisme en France comme à l'étranger est très lente, parce qu’elle présuppose d’une part l’existence d’un long processus réglementaire, la construction d’un cadre régulatoire adapté et la définition de règles de fonctionnement ; d’autre part, après sa mise en œuvre, , la naissance de véritables signaux de marché stimulant l’investissement et attirant de nouveaux entrants. En France, ce marché de capacité prévu par la loi NOME sera fonctionnel au plus tôt en 2016.
La naissance du nouveau métier ou de la nouvelle fonction d’agrégateur d'effacement est une chance importante pour accélérer l'émergence du marché de capacité. Cette nouvelle approche comporte deux caractéristiques principales :

  • l'agrégation doit permettre de faire accéder au marché un grand nombre de nouveaux acteurs plus petits ou dont l’engagement d’effacement n’est pas totalement garanti sur l’année en apportant sécurité et disponibilité des installations. Autrement dit, lors des déclenchements de l’effacement par l’agrégateur, le consommateur final garde la possibilité à tout moment de revenir en mode « normal ». Cette option laissée au consommateur implique pour l’agrégateur une importante mutualisation des installations et une forte réactivité des systèmes de pilotage pour compenser toute baisse du niveau d’effacement garanti pour l’équilibre du système électrique ;
  • l'agrégation doit être gagnante au plan économique pour les propriétaires des installations incluses dans le plan d'effacement. D’où l’importance de l’existence d’un marché permettant la monétisation de l’effacement.

A l’heure actuelle en France, le mécanisme d’ajustement permet à certains acteurs d’effacement – agrégateurs ou détenteurs en propre – de valoriser leur capacité. Si des travaux sont en cours pour permettre, à terme, l’essor d’une véritable valorisation de l’effacement sur le marché de l’énergie, le cadre actuel limite encore l’émergence de la fonction d’agrégateurs d’effacement électriques. Le nouveau modèle d’affaires de l’agrégateur se construit sur deux services :

  • Le paiement de la capacité (€/MW) pour mise à disposition de la puissance : c’est le cas d’une valorisation marché de capacité (long terme), services système et réserves rapides (court terme)
  • Le paiement de l’énergie (€/MWh) pour livraison de l’énergie : c’est le cas de l’activation sur le marché de l’énergie, des services systèmes et du mécanisme d’ajustement.

Le marché actuel en France est en phase expérimentale. De façon générale, les travaux d’études pour l’agrégation se concentrent sur le développement de modèles de prévision. L’agrégateur cherche à anticiper la consommation d’électricité à une ou deux heures ou à quelques jours, par exemple, en essayant de déterminer des stratégies de délestage en fonction des appels de puissance, etc. Une modélisation financière est, également, faite pour identifier le modèle économique permettant d’intégrer les Smart grids dans le marché actuel. Enfin, un intérêt tout particulier est porté à l’impact environnemental et social des Smart grids – analyse du cycle de vie des systèmes, acceptabilité par les usagers et les différents acteurs du marché, etc.

Ainsi est né le projet Réflexe mené par le groupe Veolia/Dalkia et ses partenaires dans le consortium (Alstom, Supélec, Ines, Sagemcom), premier projet AMI signé par le Premier Ministre pour vérifier la faisabilité économique, technique, comportementale et sociétale de cette approche afin de passer ensuite à une phase d’industrialisation de cette offre en multipliant les installations concernées.

Ce démonstrateur régional principalement basé dans la Communauté d’Agglomération de Nice (06) teste un dispositif d’agrégation basé sur une centrale de gestion informatisée permettant un pilotage en temps réel des actifs du portefeuille production-stockage-consommation. Le projet doit garantir d’une part des économies de puissance en équilibrant la demande en fonction des capacités de fourniture d’électricité et d’autre part, le confort et l’usage du système pour tous. Il permettra également de définir des modèles économiques pérennes.

Cette expérimentation met en œuvre des solutions de pilotage de la production, du stockage et de la consommation d’électricité au niveau d’une vingtaine de bâtiments – immeubles tertiaires, station d’épuration, centrales photovoltaïques, installations de stockage (piles à combustible, centrale hydraulique, stockage thermique, stockage par batteries…) et stations de pompage d’eau potable. Est examiné le lissage de la charge énergétique résultante appelée sur le réseau régional de distribution ainsi que son impact environnemental. Quatre axes de travail sont envisagés. Le premier porte sur les infrastructures consommatrices : il s’agit de prédire leur comportement énergétique et d’identifier les gisements de flexibilité qu’elles présentent. Le deuxième porte sur les infrastructures de production et de stockage : l’étude de la flexibilité apportée par les moyens de stockage locaux et le contrôle de la production électrique décentralisée. Le troisième volet de ce projet de recherche concerne l’agrégation proprement dite : il porte sur l’infrastructure de communication et les solutions logicielles à mettre en œuvre pour récupérer les données des différents sites et les traiter, avec pour objectif un pilotage optimisé des flux. Enfin, le quatrième volet concerne les études économiques, environnementales et sociologiques.



Cette fiche a été rédigée par Dalkia.




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