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Interview de Georges Kariniotakis (ARMINES) :

En quoi a consisté le projet More Microgrids ? Quelle est la différence avec le projet Microgrids ?

Le projet européen More Microgrids (6e programme-cadre de recherche européen - FP6, 2006-2009) visait l’augmentation de la pénétration de la production répartie et du stockage dans les réseaux électriques à travers le développement et la démonstration du concept de micro-réseau. Il faisait suite au projet européen Microgrids (5e programme-cadre de recherche européen - FP5, 2003-2005). Ces deux projets ont été des pionniers dans le domaine des réseaux intelligents, en établissant les développements théoriques et les premières expérimentations, véritables socles des démonstrateurs de plus grande envergure comme ceux du projet Grid4EU (7e programme-cadre de recherche européen - FP7, 2007-2013) ou le démonstrateur Nice Grid en France.

Le projet Microgrids a été le premier projet européen à étudier le concept de « micro-réseau » en Europe alors que cette recherche se développait principalement aux États-Unis (cf. initiative CERTS – Consortium for electric reliability technology solutions). Le projet Microgrids était davantage axé sur la modélisation dynamique des micro-réseaux, le contrôle-commande des micro-sources locales, la gestion de l’énergie, les questions de sécurité et de protection, les infrastructures de télécommunication et l’investigation des questions réglementaires, économiques et environnementales.

Le projet More Microgrids a permis de poursuivre ce travail de recherche à travers la conception de contrôleurs pour les micro-sources de production et les charges, le développement des différentes stratégies de gestion (centralisées ou distribuées), la conception des architectures alternatives des réseaux, le développement de nouveaux outils pour la gestion de multi-micro-réseaux et la standardisation des protocoles techniques. Le projet a cherché à évaluer l’apport des micro-réseaux au fonctionnement du système électrique et leur impact sur le développement des infrastructures électriques. Enfin, si le projet Microgrids intégrait des expérimentations de laboratoire, le projet More Microgrids s’est intéressé aux systèmes réels.

Quels étaient les autres partenaires du projet ? Quel a été votre rôle dans le projet ?

Le consortium More Microgrids, coordonné par le Professeur Nicolas Hatziargyriou de l’Université Technique d’Athènes (ICCS/NTUA), était composé de 28 partenaires académiques et industriels (voir la figure). MINES ParisTech / ARMINES y a participé au travers du Centre PERSEE. Notre rôle a été crucial, d'abord comme membre du « Core group » qui a développé la proposition de projet, puis en tant que responsable du lot centré sur les démonstrateurs. Nos travaux de recherche se sont axés plus particulièrement sur les aspects liés à la gestion d’un micro-réseau. Nous avons travaillé sur des méthodes de prévision de la demande et de la production renouvelable. En raison de la faible agrégation des consommateurs et des installations renouvelables, les incertitudes y sont plus élevées que dans les grands systèmes. Nous avons développé des méthodes pour la gestion prévisionnelle des micro-réseaux, incluant des micro-sources de production, notamment renouvelables, de la demande contrôlable et des unités de stockage, le tout, dans des conditions de marché d’électricité. Notre approche est fondée sur l’optimisation stochastique pour prendre en compte les incertitudes inhérentes. Enfin, nous avons participé à l’élaboration d’un cadre méthodologique à l’usage des décideurs pour le déploiement de micro-réseaux.


Source : Projet More Microgrids

Pouvez-vous nous présenter certaines des expérimentations menées dans le cadre du projet ?

Dans le cadre du projet nous avons mené 8 expérimentations pilotes présentées dans le tableau ci-dessous :

Site (partenaire pilote du projet) Pays Type de microgrid
1 Gaidouromantra site on Kythnos island (CRES) Grèce résidentiel/île
2 Mannheim-Wallstadt settlement (MVV) Allemagne résidentiel
3 Bronsbergen holiday park (Continuon/EMForce) Pays-Bas résidentiel
4 Ilhavo municipality swimming pool (EDP Distribution) Portugal commercial
5 Bornholm Island (DTU, OESTKRAFT) Danemark multi-microgrids/île
6 AGRIA farm (UKIM, BIG) ARY Macédoine Rural-commercial
7 LABEIN test facility (LABEIN) Espagne Installation de test à grande échelle
8 ERSE test facility (ERSE) Italie Installation de test à grande échelle

Les expérimentations ont démontré avec succès la faisabilité technique des différentes technologies de micro-réseaux, y compris les approches de gestion de l’énergie, à travers la gestion des charges contrôlables, le stockage, etc. Les essais sur le terrain ont permis, entre autres, l’évaluation du fonctionnement des micro-réseaux en mode interconnecté au réseau amont et îloté et pendant les transitions entre ces deux modes, l’évaluation du fonctionnement des onduleurs en parallèle et des stratégies alternatives de gestion. Bien que les objectifs techniques aient été atteints, il n’a pas été possible d’évaluer pleinement les avantages économiques, environnementaux et sociaux en raison de la taille limitée des systèmes concernés.

Par exemple, l’expérimentation du parc de vacances Bronsberger qui contenait 210 pavillons, dont environ 100 équipés de systèmes photovoltaïques (PV) d’une capacité totale installée de 315 kWc, alors que la charge maximale était d’environ 150 kW. Parmi les tests réalisés, il y avait les transitions du mode interconnecté vers le mode îloté et vice-versa. Le micro-réseau a été maintenu en mode « îlotage » pendant une période d’environ 4 heures grâce à la production PV et au stockage.

Quelles sont les conclusions techniques, économiques, sociales et juridiques de ce projet qui s’est clos en décembre 2009 ?

Une quantité considérable de résultats a été produite, résultats qui sont disponibles publiquement sous forme de rapports sur le site Internet du projet. Ils ont également pris la forme d’un ouvrage scientifique de référence qui est intitulé « Microgrids - Architectures and Control » et qui a été publié au début 2014 par Wiley / IEEE Press.

Les modèles développés et les expérimentations de terrain ont montré que les micro-réseaux constituent une option technologique sur laquelle il peut être rentable d’investir, étant donné la situation actuelle du marché en Europe. Le projet a mis en lumière que des avantages importants en termes techniques, économiques, environnementaux et sociétaux pouvaient découler de la mise en œuvre de ce concept en basse tension (BT) et moyenne tension (MT). Les micro-réseaux offrent une opportunité de marché local d’énergie et des services entre micro-sources et consommateurs.

Cependant, le cadre commercial et réglementaire actuel, élaboré dans un contexte de système électrique centralisé, n’est pas en mesure de fournir les bons signaux pour permettre le déploiement à grande échelle des micro-réseaux. Par conséquent, des changements appropriés sont nécessaires. En particulier, une intégration compétitive de la production répartie (DER) dans les micro-réseaux, nécessite d’identifier le type de marché, les cadres de rémunération pour les DER et les accords commerciaux qui doivent être mis en place. Ces éléments doivent, en effet, prendre en compte l’impact à long terme des micro-réseaux sur la distribution BT et les réseaux amont, et doivent fournir des signaux économiques pour stimuler un fonctionnement efficace du système physique.

Par ailleurs, le projet a montré que les micro-réseaux peuvent maximiser l’efficacité totale du système, car ils mettent en exergue les intérêts des micro-sources, des consommateurs et du réseau BT local dans son ensemble. Les micro-réseaux permettent d’atteindre, via une gestion « temps-réel multi-objectifs », à la fois des objectifs économiques, techniques et environnementaux. Ils peuvent supporter différents modèles d’affaires et de propriété et stimuler ainsi la motivation des consommateurs là où d’autres concepts n’y parviennent pas.

Les avantages économiques sont la réduction des prix de l’électricité pour les consommateurs, des revenus améliorés pour les micro-sources ou/et le report des investissements en infrastructures pour les gestionnaires de réseaux de distribution. De tels avantages peuvent être obtenus par la mise en place d’un système de type « marché local » au sein du micro-réseau et par l’application de prix d’électricité différenciés en temps réel. Un micro-réseau présente, également, des avantages techniques, comme la réduction des pertes d’énergie, une contribution à la résolution des problèmes de tension, à l’effacement des pointes et une amélioration de la fiabilité du système. Le dimensionnement et la localisation optimale des micro-sources, ainsi que leur gestion coordonnée en temps réel en fonction des conditions du réseau sont nécessaires pour réaliser les bénéfices techniques attendus. En ce qui concerne les avantages environnementaux, on peut citer leur capacité à intégrer des énergies de sources renouvelables et des technologies économes en énergie, tels que la cogénération. Sur le plan social, les micro-réseaux facilitent la sensibilisation du public et la mise en place d’incitations en faveur des économies d’énergie et de la réduction des émissions de gaz à effet de serre, permettent la création d’emplois et contribuent à l’électrification des zones rurales.

Parmi les conclusions tirées de l’ensemble des expérimentations, il faut citer la nécessité de passer à des démonstrateurs de grande taille incluant des centaines voire des milliers de clients, pour consolider les résultats évoqués ci-dessus. Cela apporterait, de plus, des informations complémentaires liées à la réplication et au changement d’échelle nécessaires au déploiement de ces technologies de micro-réseaux, à l’échelle européenne. Cette recommandation a été suivie par l’UE, ce qui a conduit dans le FP7 à des projets de plus grande envergure encore comme Grid4EU.


Source : Projet More Microgrids

Pour en savoir plus :

Site web de l’ouvrage
Site web du projet


Georges Kariniotakis
8 juillet 2014



Georges Kariniotakis (HdR) a obtenu son diplôme d’ingénieur (1990) et son Master of Science (1992) en Grèce puis son doctorat (1996) à l’École des Mines de Paris. Actuellement il est responsable du groupe de recherche « Energies Renouvelables et Systèmes Electriques Intelligents » du Centre PERSEE. Depuis 1990, il a été impliqué dans une quarantaine de projets R&D et il est l’auteur de plus de 180 articles et communications dans les domaines de la modélisation, gestion et planification des systèmes électriques incluant des EnR. Il a notamment été le coordinateur des grands projets européens Anemos, Anemos.plus et SafeWind sur l’intégration éolienne. Il est membre de différents groupes d’experts (i.e. TPWind) et « Senior Member » de l’IEEE.

Le Centre Procédés, Energies Renouvelables et Systèmes Energétiques (PERSEE) est un des centres de recherche commun MINES ParisTech / ARMINES. Il se situe parmi les principaux acteurs de la recherche française sur les nouvelles technologies de l’énergie (par exemple nanomatériaux, procédés sobres pour la conversion et le stockage) et les énergies renouvelables (EnR). PERSEE développe, sur ce thème, des méthodes et outils permettant l’intégration optimale de la production décentralisée, incluant les EnR, dans les systèmes énergétiques et les marchés de l’électricité (par exemple prévision, gestion prédictive, planification). Les problématiques abordées dans ce cadre sont au cœur du concept de systèmes électriques intelligents (Smart grids).
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