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Introduction

Le contexte

Un rapport du cabinet de conseil américain, Navigant Research indique que le marché des microgrids, ou micro-réseaux électriques intelligents, augmentera de près de 30 milliards de dollars d’ici 2020, passant de 10 milliards en 2013 à 40 milliards en 2020. Dans le monde, plus de 400 projets représentant plus de 3,2 GWh d’électricité sont en cours de développement ou déjà opérationnels. Et le nombre de ces projets devrait quadrupler d’ici 2020.

La raison principale de cette forte augmentation du nombre de projets réside dans la volonté de rapprocher la production d’électricité de sa consommation, de limiter les investissements dans les réseaux de transport et de distribution et de réduire les pertes. Et cela est aujourd’hui rendu possible par la multiplication des installations de production d’énergie décentralisées, solaires ou éoliennes et le développement des dispositifs de stockage. D’autres raisons président également à ce boom des projets de microgrids, notamment aux États-Unis et en Asie, leaders en nombre de projets dans le monde, comme la volonté d’augmenter la résilience du système électrique en faisant appel à la capacité d’îlotage qu’offrent les microgrids. Les microgrids constituent un modèle d’optimisation pour le réseau électrique.

Le concept de microgrids

Un concept qui intéresse tous les pays du monde

Appelé aussi mini Smart grids ou micro-réseaux intelligents, les microgrids sont des réseaux électriques de petite taille, conçus pour fournir un approvisionnement électrique fiable et de meilleure qualité à un petit nombre de consommateurs. Ils agrègent de multiples installations de production locales et diffuses (micro-turbines, piles à combustible, petits générateurs diesel, panneaux photovoltaïques, mini-éoliennes, petite hydraulique), des installations de consommation, des installations de stockage et des outils de supervision et de gestion de la demande. Ils peuvent être raccordés directement au réseau de distribution ou fonctionner ne mode îloté. Le concept est en train de s’élargir aux réseaux de chaleur et de gaz. Le concept de microgrids peut ainsi être pensé de façon multi-fluides et il peut concerner différentes échelles du territoire (bâtiment, quartier, zone industrielle ou artisanales, village, etc.).

En Europe, les micro-réseaux sont définis par la Commission européenne dans le cadre des projets « Microgrids » et « More Microgrids », comme des systèmes « qui comportent des systèmes de distribution de basse tension avec des sources d’énergie distribuée, telles que les microturbines, les piles à combustibles, les systèmes photovoltaïques, etc., des systèmes de stockage tels que les volants d’inertie, les supercondensateurs et les batteries, et des charges contrôlables, qui ont des possibilités d’être contrôlées vis-à-vis de l’opération du réseau. Les microréseaux sont connectés au réseau de distribution mais peuvent également [fonctionner] en mode ilôté, en cas de défaut dans le réseau principal ».

Le concept de micro-réseaux intéressent de nombreux autres États dans le monde, États qui ont tous des instituts de recherche ou des groupes de travail dédié : États-Unis (Consortium for Electric Reliability Technology Solutions – CERTS), Canada (CANMETEnergie, centre de recherche et d’innovation sur l’énergie du gouvernement du Canada), Japon (New Energy and Industrial Technology Development Organization – NEDO), Sénégal (projet « Microgrids » financé par la Commission européenne).

La segmentation des projets

Les projets de microgrids électriques peuvent être classés en fonction de leur taille, mais également de leur utilité (fiabilité, résilience et efficacité des réseaux, difficulté d’accès à l’énergie, conditions météorologiques dégradées, émergence d’éco-quartiers, réflexion multi-énergie, économies d’énergie, etc.) en 5 grandes catégories :

  • les microgrids des zones commerciales, artisanales ou industrielles : ces zones, fortement consommatrices d’électricité, regroupent entreprises et industries aux activités diverses, dont les besoins en énergie ne sont pas tous identiques. Il s’agit d’y optimiser la gestion de l’énergie pour qu’elles soient plus neutres vis-à-vis du réseau de distribution ;
  • les microgrids de campus universitaire : l’enjeu est d’améliorer la gestion énergétique des campus dans un contexte où ceux-ci se doivent de réduire leur consommation d’énergie ;
  • les microgrids alimentant des zones isolées car faiblement ou non raccordées aux réseaux électriques ou temporairement coupées du réseau pour cause d’intempéries : le déploiement des microgrids leur permet d’exploiter les ressources énergétiques renouvelables locales et de ne plus dépendre de groupes diesel polluants et coûteux. Les microgrids permettent également à des villes touchées par des intempéries d’éviter d’être totalement privées d’électricité ;
  • les écoquartiers : ils fonctionnent peu ou prou sur le même modèle que les microgrids dans les zones commerciales ou industrielles ;
  • les microgrids de « base vie » (camp militaire ou hôpital) : avec ses propres moyens de production et de stockage et ses propres infrastructures de distribution, le microgrid garantit une autonomie énergétique fournissant de l’électricité pendant les périodes de coupures de courant sur le réseau de distribution, atout essentiel pour les bases militaires ou les hôpitaux, qui ne peuvent pas laisser des pannes d’électricité les empêcher de s’acquitter de leurs missions.


Les zones d’utilisation des microgrids (Source : Smart grids Insight, Zpryme)

Les avantages du déploiement des microgrids

Les bénéfices de déploiement des microgrids sont nombreux :

  • côté technique, les microgrids permettent une gestion optimisée de la production d’électricité d’origine renouvelable à l’échelle locale. Ils peuvent apporter un service auxiliaire au réseau public de distribution, en l’aidant à maintenir la stabilité de la tension et en l’« allégeant » lorsqu’il est coupé du réseau de distribution ;
  • côté économique, en fonction de sa taille, le microgrid peut être utilisé avec un rôle d’agrégateur, pour s’ajuster sur les marchés (marché spot, marché d’ajustement et marché de capacités). Les microgrids permettent également de différer des investissements de réseaux, la proximité entre production et consommation permettant d’optimiser l’acheminement de l’énergie. Ils permettent aussi de réduire le volume des pertes techniques ;
  • côté sociétal, un microgrid fournit des réponses à l’évolution des besoins fondamentaux d’un territoire en énergie. Il offre notamment un réseau plus sûr et plus fiable en cas d’incident. Parce qu’il s’agit d’un projet local, il facilite également la création d’initiatives et de nouveaux partenariats entre les acteurs locaux ;
  • côté environnemental, ils permettent de mieux intégrer les énergies de sources renouvelables sur les réseaux et ainsi d’éviter l’installation de centrales thermiques en zones « fragiles ».

En outre, les infrastructures nécessaires aux réseaux électriques intelligents étant complexes à mettre en place et pouvant prendre plusieurs années, les microgrids deviennent une alternative plus simple à mettre en œuvre et pourraient donc jouer un rôle moteur dans le déploiement des réseaux intelligents. En reproduisant à petite échelle un grand nombre d’enjeux liés au déploiement des Smart grids et à l’intégration sur le réseau des énergies renouvelables, ils sont des démonstrateurs de ce que pourraient être de plus grands déploiements de Smart grids.

Les défis technico-économiques des microgrids

Cependant, les défis technico-économiques associés au déploiement de ces micro-réseaux sont aujourd’hui encore très nombreux. La gestion des microgrids et leur raccordement au réseau public de distribution est complexe :

  • en mode d’îlotage, comment maintenir la stabilité du réseau (tension et fréquence) au sein du microgrid et comment maintenir la stabilité du réseau public de distribution lors de la resynchronisation du microgrid avec le réseau public de distribution ? Pour que l’électricité produite puisse être distribuée sur le réseau, les caractéristiques de tension, de fréquence et de puissance doivent être contrôlées. De même, l’infrastructure du microgrid doit être compatible avec les standards existants pour que l’équilibre sur le réseau soit maintenu ;
  • comment envisager le modèle économique du microgrid alliant autoproduction et autoconsommation ?
  • comment faire face aux capacités et au prix des technologies de stockage actuelles ? La plupart des microgrids en projet ne seront pas capables de produire et de stocker suffisamment d’énergie pour pouvoir se passer d’un raccordement au réseau électrique ;
  • le microgrid est-il un réseau privé ou répond-t-il à une mission de service public ? Le microgrid entraîne une certaine privatisation des réseaux et cela pose la question de la péréquation des tarifs fixés pour l’utilisation de ces réseaux ;
  • le cadre de régulation s’applique-t-il aussi aux microgrids ?
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