Introduction aux smart grids

Un système énergétique en pleine transformation

Sous l’effet principal de la transition énergétique, de la révolution numérique et de l’ouverture du secteur à la concurrence, le paysage énergétique connaît des transformations majeures qui redessinent progressivement le modèle français tel qu’il avait été construit après la Seconde Guerre Mondiale. D’une gestion des réseaux d’énergie centralisée et unidirectionnelle, allant des sites de production aux sites de consommation, on s’achemine vers une gestion répartie et bidirectionnelle. Les objectifs ambitieux de l’Union Européenne en matière de décarbonisation, de verdissement du mix énergétique et de sobriété énergétique à l’horizon 2030 traduisent cette nouvelle réalité:

  • réduction de 40% des émissions de gaz à effet de serre par rapport à 1990 ;
  • au moins 32% d’EnR dans la consommation finale d’énergie de l’UE ;
  • amélioration d’au moins 32,5% de l’efficacité énergétique.

Ces objectifs politiques modifient en profondeur l’utilisation de l’énergie et la gestion du système électrique. Cela constitue un changement sans précédent dans la façon de concevoir et de piloter le réseau. Parallèlement au développement des énergies renouvelables et aux efforts de sobriété énergétique, de nouveaux usages, tels que l’autoconsommation, le véhicule électrique ou encore le stockage, apparaissent et d’autres déjà existants, comme le chauffage électrique ou la climatisation, s’intensifient. Ces changements contraignent le pilotage des réseaux d’énergie car :

  • la consommation d’électricité et de gaz naturel connaît de fortes variations horosaisonnières. La consommation d’énergie est plus importante en hiver qu’en été. Elle fait par ailleurs l’objet de pointes et de creux journaliers ;
  • les moyens de production d’électricité et de gaz naturel sont de plus en plus variables, du fait de l’intermittence de leurs sources renouvelables ;
  • le développement de la production décentralisée conduit à multiplier les sites de production, et à injecter de l’énergie sur des réseaux de distribution conçus pour l’acheminer et non la collecter.

Ces contraintes imposent de revoir les règles habituelles d’exploitation des réseaux et nécessitent des adaptations en termes d’observabilité et de conduite des réseaux d’électricité et de gaz naturel.

La généralisation des nouvelles technologies numériques est une opportunité majeure pour répondre à ces nouveaux enjeux.

Le rôle des réseaux intelligents

Pour faire face aux mutations du paysage énergétique, les réseaux d’énergie doivent se transformer. La solution qui consisterait à systématiquement renforcer les réseaux paraît sous-optimale et d’ailleurs difficilement réalisable, eu égard à la démographie croissante en ville, à la difficile acceptabilité sociale des nouvelles infrastructures et aux coûts importants des investissements à consentir. Les réseaux intelligents, aussi dits Smart grids, offrent une alternative au remplacement et au renforcement massif des réseaux, tout en garantissant une livraison d’énergie efficace, économiquement viable, sûre et de qualité.

On désigne par Smart grid un réseau d’énergie qui intègre des technologies de l’information et de la communication, ce qui concourt à une amélioration de son exploitation et au développement de nouveaux usages tels que l’autoconsommation, le véhicule électrique ou le stockage. Désormais, à la couche physique pour le transit d’énergie des réseaux vient se superposer une couche numérique qui joue un rôle de plus en plus important pour son pilotage. De nombreux points d’interface (capteurs, automates etc.) relient ces deux couches. Les compteurs évolués de type Linky pour l'électricité et Gazpar pour le gaz naturel sont une brique essentielle de cette nouvelle architecture des réseaux en France.

Fondamentalement, les Smart grids rendent possible le pilotage de la consommation d’énergie et son optimisation pour le consommateur. Jusque récemment, l’équilibre du système énergétique était principalement obtenu en pilotant l’offre d’énergie (la production) en fonction de la demande (la consommation), aux meilleures conditions d’approvisionnement et de coûts. Avec les Smart grids, il devient possible d’adapter la consommation à la production, d’où le rôle essentiel des "consomm’acteurs".

Les Smart grids apportent des réponses à une multitude de défis posés par les mutations profondes du système énergétique :

  • faciliter l’insertion des EnR électriques intermittentes dans les réseaux : à ce titre, le déploiement des compteurs Linky doit améliorer la connaissance du domaine basse tension et ainsi favoriser l’optimisation de solutions de raccordement grâce une meilleure compréhension du comportement en exploitation et en vraie grandeur de la production renouvelable ;
  • faciliter l’insertion des gaz verts dans les réseaux : les gestionnaires de réseaux de gaz développent des rebours pour rendre l’interface entre le réseau de distribution et le réseau de transport bidirectionnelle. Les surplus de biométhane pourront être remontés vers le réseau de transport de gaz naturel ;
  • favoriser le développement de la mobilité électrique : il est essentiel de développer la pilotabilité de la recharge des véhicules électriques pour lisser l’appel de puissance aux heures de pointe qui créerait d’importantes contraintes sur le réseau,. Grâce à Linky, cette pilotabilité est possible à travers le compteur, avec des asservissements simples via un contact sec virtuel de Linky ;
  • développer des actions de maîtrise de l’énergie et d’efficacité énergétique : les nouveaux compteurs évolués de type Linky, mais aussi les objets connectés de domotique offrent la possibilité aux consommateurs de piloter la consommation de leurs appareils énergivores ;
  • améliorer l’exploitation des réseaux : le déploiement de nouveaux postes électriques intelligents, de compteurs évolués, de capteurs voire d’actionneurs fournit aux gestionnaires de réseaux des informations sur l’état des réseaux et leur permet de les piloter à distance, ce qui améliore la qualité de service pour l’utilisateur ;
  • mieux exploiter les synergies entre énergies : les réseaux de gaz naturel, en particulier, peuvent participer à l’équilibre offre-demande d’électricité par le pilotage de pompes à chaleur hybrides ou de dispositifs de micro-cogénération de production d’électricité décentralisée. Avec les technologies de power-to-gas, ils pourraient même faciliter l’insertion des énergies renouvelables intermittentes sur les réseaux d’électricité. 

Comprendre les réseaux intelligents dits Smart grids

Un réseau intelligent d'électricité ou de gaz naturel intègre des technologies de l'information et de la communication pour développer de nouveaux usages.

Découvrir le module

L’architecture des réseaux intelligents se compose de trois niveaux :

  1. le premier sert à acheminer l’électricité et le gaz naturel par une infrastructure classique d’ouvrages électriques et de gaz naturel (lignes, transformateurs, etc.) ;
  2. le deuxième niveau est formé par un maillage de communication fondée sur différents supports et technologies de communication (fibre optique, CPL, GPRS, 4/5G etc.) servant à collecter les données issues des capteurs installés sur les réseaux électriques ;
  3. le troisième niveau est constitué d’applications et de services, tels que des systèmes de dépannage à distance ou des programmes automatiques de réponse à la demande d’électricité utilisant une information en temps réel.

Objectifs du site

La Commission de régulation de l’énergie accompagne l’évolution des réseaux d’énergie vers des réseaux intelligents et s’assure que leur déploiement se fait au bénéfice de la collectivité et dans le respect des solidarités territoriales. À ce titre, le régulateur a intégré le sujet des Smart grids dans ses activités de régulation. Son attention se porte notamment sur les conditions de financement, sur les fonctionnalités Smart grids et sur le suivi et l’accompagnement des expérimentations. La CRE contribue ainsi à la réflexion sur le cadre institutionnel et de gouvernance des projets de réseaux intelligents, qu’elle a notamment initiée, pour ce qui la concerne, au travers des recommandations formulées dans ses délibérations du 12 juin 2014 et du 8 décembre 2016. Destinées à faire évoluer le cadre réglementaire, juridique et régulatoire des Smart grids, ces recommandations ont permis de préparer le déploiement à grande échelle des réseaux intelligents en France.

Dans le cadre de la démarche d’information et de partage d’expertise sur les réseaux intelligents depuis 2010, la CRE a créé en 2011 un site Internet collaboratif dédié aux Smart grids. Le présent site se veut donc une source d’information incontournable sur le déploiement des réseaux intelligents, en même temps qu’un outil de diffusion des travaux et expérimentations menés sur en France.

Ce site Internet se veut un think tank virtuel au service des réseaux intelligents et vise à :

  • mieux informer les consommateurs sur l’ensemble des innovations liées aux réseaux intelligents en invitant les parties prenantes à partager leur expertise ;
  • susciter la réflexion sur les Smart grids en donnant la parole aux acteurs des réseaux intelligents ;
  • mettre en avant les expérimentations Smart grids menés sur le territoire français.

Devenir contributeur du site

Le site Internet dédié aux Smart grids de la Commission de régulation de l’énergie est collaboratif. Il s’élabore et s’enrichit grâce aux contributions des acteurs, qui participent, chacun à leur manière, à la construction du système énergétique de demain. 
Pour toute question, l’équipe du site Smart grids est joignable par email à l’adresse suivante : smartgrids(@)cre.fr
Dans un souci de bonne lisibilité des contenus et pour respecter de la ligne éditoriale du site, toutes les contributions mises en ligne sont relues par le comité éditorial composé exclusivement de représentants des services de la CRE, qui fait part de ses propositions de modification au contributeur.