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Une grande diversité de services envisageables

Les technologies de l’habitat ont le potentiel pour fournir au client une gamme très riche de services d’éco-efficacité énergétique, allant du suivi des consommations, à leur pilotage, et enfin à la gestion et au pilotage de la production locale (voire du stockage). Ces trois types de services sont synthétisés dans le schéma suivant.

Chaque catégorie de services peut être déclinée de façon plus ou moins riche et détaillée. Mais ces catégories sont également progressives : ainsi, des offres de pilotage peuvent-elles venir compléter des offres d’information/alertes.

Aussi le service le plus riche et complet est-il celui d’optimisation automatisée entre production locale, consommation voire stockage, et qui peut avantageusement être couplé à la gestion de la demande.
Détaillons chacun de ces services :

Services de suivi des consommations

Informer le client sur sa consommation globale

Hormis s’il prend soin de relever lui-même régulièrement son compteur, le client ne dispose pas aujourd’hui d’un moyen commode pour savoir, à tout moment, où il en est de sa consommation d’électricité et de sa facture. Celle-ci aura-t-elle fait un bond ou est-elle au contraire restée stable ? À quoi devra-t-il s’attendre après la saison froide ?

Informer, voire alerter le client sur sa consommation globale d’énergie, ou sur son niveau de puissance instantanée (sa vitesse de consommation), lui permettre de se comparer avec son historique, avec des prévisions individualisées, avec son voisinage, etc., et cela à différentes échelles de temps sont les premiers services d’efficacité énergétique. Ils permettent à la fois au client de mieux prendre conscience de sa consommation au jour le jour, et de gérer cette consommation, sans toutefois lui en donner les détails.

Sur un plan technique, cette information peut être donnée au client sur différents supports : site Web, téléphone mobile, afficheurs dédiés et placés en ambiance chez le client, aussi appelés Displays car ils tendent à se généraliser au Royaume-Uni sous la pression du régulateur, ou encore sur un support plus innovant comme le lapin Nabaztag ou la web radio Wifi Chumby, démontrée à EDF R&D et adoptée par Yellostrom. L’indicateur de puissance, qui suppose une information permanente et en temps réel, donne lieu à une certaine créativité : par exemple l’horloge Watt’time ou la prise Yellostrom indiquant, avant de quitter le logement, si le niveau d’électricité est bien réduit au seul « talon ».

La source naturelle de cette information de consommation et de puissance est le compteur électrique. Délivrer cette information est une des fonctions de base des compteurs intelligents. En France, sur les compteurs bleus électroniques, ceci est déjà fait via la sortie de téléinformation client, qu’il est prévu de reprendre dans le compteur Linky. Lorsque le compteur est dépourvu de sortie ad hoc, comme le sont encore la plupart des compteurs actuels, un tore (anneau en ferrite que l’on place autour d’un câble électrique dont on veut mesurer le courant comme le Tywatt de Deltadore, dont l’installation peut accompagner celle des gestionnaires d’énergie et mesurer de façon distincte le chauffage et l’eau chaude) de mesure de courant relié à un transmetteur radio et placé en aval du compteur ou du disjoncteur sur le câble de phase de l’installation, peut permettre d’effectuer et transmettre l’information en parallèle de celle du compteur. C’est notamment le moyen utilisé au Royaume-Uni pour fournir l’information aux displays. Selon les projets et les études, la pose d’un tel afficheur permet une économie comprise entre 4 et 15 %.

Une consommation détaillée qui donne au client les moyens d’arbitrer

Une information plus détaillée du client sur ses principaux postes de consommation (chauffage électrique, ballon d’eau chaude, climatisation), voire sur l’ensemble de ses appareils peut lui donner davantage de compréhension sur l’origine de ces consommations et donc de moyens de les réduire. Les clients commencent à savoir que les appareils en veille, et notamment les équipements multimédia, sont responsables d’une part notable de consommation mais n’apprécient pas toujours ce que cela représente dans leur cas et si l’effort supplémentaire pour les supprimer vaut le coup (ou le coût). Cela est valable pour d’autres usages, pour lesquels le client voudra pouvoir arbitrer : l’information détaillée des consommations donne au client les moyens de cet arbitrage.

Au plan technique, l’information peut être délivrée au client sur les mêmes types de supports que l’information globale, voire sur les appareils eux-mêmes.

En revanche, cette information détaillée peut être fournie par des moyens variés :

  • les équipements eux-mêmes, une fois rendus communicants et énergétiquement vertueux, pourront, à terme, délivrer cette information ;
  • en attendant, des prises gigognes dites intelligentes peuvent permettre de mesurer et de communiquer et/ou afficher la consommation et la puissance électrique de l’appareil qui y est branché. Ces prises permettent également en général d’allumer ou éteindre l’appareil à distance ;
  • pour faire baisser le coût de ces prises ou des composants à intégrer dans les équipements, des industriels comme Watteco ou encore Aizo et l’association digitalSTROM cherchent à promouvoir une puce à bas coût (de l’ordre de quelques euros), porteur de leur protocole de communication et effectuant cette fonction, ainsi que l’allumage et l’extinction à distance ;
  • pour les appareils qui ne sont pas raccordés par l’intermédiaire d’une prise électrique, tels les convecteurs électriques, ballons d’eau chaude ou fours électriques, des modules similaires aux prises intelligentes peuvent être placés au tableau électrique ou dans le boîtier de raccordement, sur les départs correspondants, moyennant, cependant, l’intervention d’un électricien. Soit ces modules cumulent la fonction de mesure avec la fonction classique de disjoncteur, soit ils en sont disjoints, la mesure de courant s’effectuant alors sur le départ considéré par l’intermédiaire d’un tore ;
  • extraire cette information détaillée de l’information de consommation globale issue du compteur pourrait permettre d’économiser les coûts de ces installations et équipements supplémentaires. C’est l’objet des travaux de décomposition de la courbe de charge individuelle qui cherchent, par des approches combinant statistique et traitement du signal à donner une valeur approchée des principaux postes de consommation à partir des données de puissance globale, soit issues de la téléinformation du compteur, soit mesurées et échantillonnées en propre par un système (tore par exemple) posé au tableau électrique.

Pilotage et gestion de la consommation des équipements et de la charge

La gestion classique du chauffage, de l’eau chaude sanitaire

Le chauffage électrique et l’eau chaude sanitaire, qui sont les deux principaux postes de consommation des clients qui en sont équipés et qui ont un rôle important dans l’équilibre du système électrique français, ont été l’objet de dispositifs de pilotage spécifiques.
Le relais d’asservissement du ballon d’eau chaude lui-même raccordé au compteur, permet d’asservir le fonctionnement de ce ballon d’eau chaude pour ne l’autoriser à fonctionner que pendant les périodes les moins chères, par exemple aux heures creuses.

Dans les logements équipés de chauffage électrique, les gestionnaires d’énergie permettent :

  • d’équilibrer la charge appelée par l’ensemble des convecteurs et d’éviter que leur fonctionnement simultané ne fasse disjoncter l’installation ;
  • d’asservir le niveau de confort aux périodes tarifaires, à la manière du ballon d’eau chaude ;
  • de programmer le niveau de fonctionnement selon les présences et absences dans le logement et de gérer les éventuelles dérogations à cette programmation.

Leur utilisation est cependant reconnue comme trop complexe pour la plupart des clients. Les rendre communicants peut permettre d’apporter au client une interface Web, plus riche et surtout plus facile à utiliser que l’interface native, ou encore de les utiliser à distance par exemple pour en vérifier ou en corriger l’état.

Le pilotage et la gestion avancée des principaux usages

Automatiser la programmation du chauffage électrique via des capteurs de présence et d’absence ou en captant et mémorisant les habitudes de réglage de confort des clients, a également été investigué dans certains projets de recherche et donné lieu à la réalisation de gestionnaires d’énergie prototypes, à programmation automatisée.

Le pilotage d’une pompe à chaleur, par ailleurs, offre des opportunités analogues et même plus étendues, grâce à l’adjonction d’un ballon d’eau chaude de stockage. La mise en route de la pompe à chaleur peut alors être différée par rapport au besoin de chauffage du logement, de façon à la faire fonctionner en dehors des périodes de pointe ou encore aux périodes de la journée où les conditions de température sont optimales pour ses performances.

Des dispositifs d’automatisation pourraient aussi équiper les systèmes de climatisation, aujourd’hui moins répandus en France. Cependant, le pilotage du confort d’été peut et doit même être fait de façon plus évoluée que par un simple pilotage de climatisation, en agissant également sur :

  • les stores ou volets, pour empêcher le rayonnement direct dans les pièces ;
  • la ventilation, de préférence naturelle via le pilotage des ouvrants, ou forcée.

Les critères de pilotage et de confort ne se résument pas non plus à la seule température, mais doivent prendre en compte l’intensité et l’orientation du rayonnement solaire, l’humidité intérieure, la luminosité intérieure, la présence ou absence d’occupants dans les pièces.

Enfin, la recharge du véhicule électrique ou hybride rechargeable, est également amenée à jouer un rôle important et à donner lieu à pilotage en particulier pour permettre au client de bénéficier d’heures creuses, ou encore gérer la concomitance de cette recharge avec d’autres usages ou avec la disponibilité de production locale d’énergie.

Le pilotage généralisé à tous les équipements

Il devient envisageable d’ajouter un peu plus de communication, d’intelligence ou de commodité dans le pilotage de la plupart des équipements, en vue de réduire la consommation d’énergie ou de mieux la gérer. Ainsi, avec un bouton de commande « Je pars/J’arrive », associé à des équipements communicants ou, à défaut et quand c’est possible, à des prises intelligentes qui les pilotent, c’est l’ensemble des appareils de la maison qui peut s’adapter au fait que le logement soit vide ou occupé : volets, chauffage ou climatisation, comme cité plus haut, mais aussi veille des appareils multimédia, et des appareils de cuisson (plaques, fours, micro-onde)…
Des scénarios plus complexes peuvent être élaborés, en particulier pour mettre en œuvre les fonctions citées plus haut mais l’écueil, parfois caricaturé, de la maison complètement automatisée échappant au contrôle de ses habitants ou préjugeant trop de ses habitudes doit être évité.

Par ailleurs, des fonctions spécifiques de gestion de demande au sein d’appareils électroménagers ont été expérimentées depuis plusieurs années, en particulier par Whirlpool. En cas de situation critique du réseau se traduisant par un abaissement de la fréquence du courant, ces appareils peuvent réduire, voire couper leur consommation quelques minutes : ballon d’eau chaude, mais aussi réfrigérateur, congélateur, ou sèche-linge, dont la résistance se coupe mais dont le tambour continue à tourner pour préserver le linge.

Le pilotage de charge et la gestion de la demande

Le Demand Response, ou pilotage de la charge ou encore gestion de la demande, consiste en un ensemble de gestes visant à transformer la demande d’énergie, soit par pilotage direct sur les usages des clients, soit indirectement via une tarification dynamique incitant le client à réagir. L’objectif est le plus souvent de limiter les pics de consommation pendant les périodes de pointe, mais certains dispositifs permettent de baisser aussi le niveau global de consommation.

Alors que, jusqu’alors, l’équilibre entre production et demande est presque uniquement assuré par l’ajustement de la production, les évolutions du système électrique pousseront à l’avenir vers plus d’intégration de la demande. Ce n’est plus une utopie, c’est une opportunité pour le système électrique pour répondre aux enjeux de post-libéralisation et à ceux liés à la lutte contre le changement climatique. C’est même dans certains cas une urgence. C’est ainsi que les Etats-Unis et l’Australie s’y sont attelés depuis déjà quelques années de manière très volontariste. Les doutes subsistent uniquement sur l’ampleur et la vitesse de cette intégration dans les différents marchés, du gros au détail.

  • Le scénario probable des années 2010-2015 consistera à accentuer l’usage de la gestion de la demande en commençant à l’introduire dans les marchés, et en renouvelant des tarifications dynamiques comme EJP ou Tempo appliquées sur une proportion modeste mais significative de la population.
  • Le scénario probable des années 2015-2020 consistera à faire participer la demande à tous les marchés organisés de l’énergie, et à généraliser l’adoption des tarifications dynamiques.

Le système énergétique de l’habitat est donc à terme amené à se complexifier, en multipliant les possibilités d’arbitrage, mais aussi à posséder les moyens de communication et de traitement capables d’automatiser son optimisation. Il s’agira de minimiser la consommation, - la facture énergétique du client et son empreinte écologique (émission de gaz à effet de serre), en tenant compte de tarifs dynamiques amenés à tenir compte de plus en plus du coût réel de production, d’éventuels ordres d’effacement, planifiés ou non, de la production locale d’énergie (ENR) effective et prévue selon les aléas météo, voire du stockage, et enfin des consommations d’énergie et des capacités d’adaptation variables selon les usages.

Tout comme, en France dans les années 90, les tarifs Tempo et Heures Creuses ont pu être rendus possibles grâce à l’émergence de technologies de pilotage du chauffage et des ballons d’eau chaude correspondants, de même la généralisation des tarifications dynamiques et de la gestion de la demande ne sera possible qu’avec l’évolution, la pénétration et la standardisation corrélées des Technologies d’Information et de Communication dans les équipements de l’habitat en vue d’une gestion d’énergie globalisée, prenant en charge l’automatisation de cette optimisation.

C’est là le cadre de travail général et l’objet de nombreux projets et maisons de démonstration.

Services relatifs à la production locale d’énergie

Le suivi de production et les alertes

Le déploiement des EnR, peut s’accompagner de services destinés à assurer au client, qui a investit dans son installation, qu’elle fonctionne à son optimum. C’est notamment le cas pour les installations photovoltaïques locales. Etant donné que, en France, leur production est aujourd’hui entièrement revendue sur le réseau, vues les conditions de revente extrêmement attractives, un éventuel dysfonctionnement de l’installation altérant cette production peut passer complètement inaperçu de son propriétaire. Les causes peuvent être diverses : défaut des équipements eux mêmes (panneaux, onduleurs, etc.), défaut d’installation, défaut d’entretien (encrassage, feuilles mortes,…), problème lié à l’environnement des panneaux (ombre portée des arbres environnants, etc.).

Un suivi au jour le jour de la production, mis en regard de la production attendue compte tenu des conditions d’ensoleillement ainsi que l’émission d’alertes automatiques en cas d’écart important et identifiant la cause possible du dysfonctionnement sont donc des services très liés à la fourniture de l’installation. On peut y ajouter la mesure de l’énergie produite, revendue ou, à terme, autoconsommée, et la production automatisée de la facture de revente.

Les moyens techniques de restitution au client du suivi ou d’alertes sont analogues à ceux du suivi de consommation globale: Web, Displays pour l’information, SMS ou email pour les alertes. Les informations nécessaires peuvent être issues :

  • des différents compteurs de l’installation : compteur de production de l’installation, compteur d’injection sur le réseau ;
  • des équipements de l’installation, et notamment de l’onduleur s’il est rendu capable de communiquer et renvoyer ses informations de fonctionnement ;
  • de capteurs additionnels, notamment de capteurs solaires ;
  • d’informations météo prises sur le Web, ou encore d’informations de production d’installations voisines et mises sur le Web par leur propriétaire, dans l’esprit du site BDPV.

Pour le ballon d’eau chaude solaire, des besoins similaires existent. Les installations étant le plus souvent automatisées et couplées à un appoint électrique, il n’est pas toujours facile, sans un suivi additionnel, de vérifier que l’installation solaire produit ce qui est attendu et que ce n’est pas l’appoint électrique qui fonctionne presque en permanence. Suivi et alertes permettront d’effectuer cette vérification, et aussi –d’informer le client sur le stock d’eau chaude disponible sans recours à l’appoint et ainsi de le guider dans son utilisation. Que ce soit pour l’une ou l’autre des installations solaires, les services visant à aider le client ou à le débarrasser des soucis de fonctionnement de son installation peuvent donner lieu à différents modèles d’affaires. Comme évoqué ci-dessus, il peut s’agir de fournir au client des outils qui lui facilitent le suivi. Mais des opérateurs de services peuvent également proposer au client d’effectuer pour eux ce suivi à distance, au sein d’un package comprenant les prestations de maintenance périodiques et de télédiagnostic et de dépannage ponctuels.

La gestion d’énergie production/consommation

La consommation de l’énergie produite localement peut donner lieu à un certain couplage entre les équipements consommateurs et les équipements producteurs. Ainsi :

  • des appareils consommateurs d’eau chaude comme le lave-vaisselle ou le lave-linge pourraient, sinon être directement asservis, du moins tenir compte de la disponibilité de cette eau chaude pour effectuer le lavage et le terminer à l’heure voulue par l’utilisateur. Ce type de scénario, est travaillé notamment au sein du projet européen Beywatch ;
  • la charge d’un véhicule électrique ou de batteries peut aussi être couplée à la production locale d’une installation photovoltaïque. Des scénarios de ce type pourront émerger selon les conditions économiques régissant la production photovoltaïque, aujourd’hui défavorables à toute forme d’auto-consommation.

L’optimisation production/consommation

Au delà du couplage direct à certains usages, la production locale, également appuyée par des moyens de stockage (incluant le véhicule électrique) peut participer à une gestion d’énergie généralisée et optimisée de l’habitat, à la fois pour en réduire le niveau de consommation et pour en gérer la demande.

Elle permet en effet, soit, via la revente, d’apporter au réseau un complément de production d’électricité, soit de moduler la demande du client selon ses propres besoins et ceux du système électrique.

À l’instar du service de suivi, l’aspect communautaire ou échanges à l’échelle d’un quartier pourrait également émerger, à l’exemple de Qurrent. Les habitats sont alors regroupés dans de petits réseaux locaux d'énergie, privés, au sein desquels les membres peuvent échanger de l'énergie de façon à jouer sur le foisonnement des productions et des consommations individuelles. Ce réseau local d’énergie peut aussi comporter des moyens de production ou de stockage mutualisés. L’interconnexion avec le réseau du distributeur permet d’apporter un éventuel complément à la production locale, ou au contraire la revente sur le réseau. Une telle agrégation peut également participer à la gestion globale de la demande des clients membres avec un effet de groupe qui pourrait permettre d’optimiser la réponse du groupe en minimisant l’impact sur chaque membre.

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