Réseau Intelligent (Smart Grid).pptx
- 1. Université Mostefa Benboulaid Batna 2 C U B Faculté : Science et technologie Département : Electrotechnique Branche : 2éme Master énergie renouvelable Titre de Projet : Réseau Intelligent (Smart Grid) Préparer par : Encadré Par : * Cheriet Chahine gharbi * Benoudjit Chalabia *Djamel boukalkoul Année universitaire : 2022/2023 a
- 2. 1/ Introduction L'expression «réseau intelligent» désigne les systèmes évolués de fourniture de services collectifs (électricité, gaz et eau) depuis les lieux de génération et de production jusqu'aux points de consommation, et couvre tous les systèmes de gestion et administratifs connexes, ainsi que les technologies de l'information numériques modernes intégrées. A terme, l'amélioration de la fiabilité, de la sécurité et de l'efficacité de l'infrastructure de distribution que constituent les réseaux intelligents devrait entraîner une baisse des coûts de fourniture des services collectifs aux usagers. Les technologies de communication sont très vite devenues un outil essentiel utilisé par de nombreuses entreprises de services collectifs pour mettre en place leur infrastructure de réseaux intelligents. Ces dernières années par exemple, les administrations et les commissions nationales chargées de superviser la production, la distribution et la consommation d'électricité ont pris des engagements afin d'améliorer l'efficacité, le stockage, la sécurité et la fiabilité dans le cadre de l'action qu'elles mènent pour parvenir à réduire la part de la production d'électricité dans les émissions mondiales de gaz à effet de serre, qui est de 40%1. Les systèmes de réseaux intelligents représentent une technologie essentielle pour y parvenir. Les principaux objectifs de la mise en place de réseaux intelligents sont les suivants: – assurer une fourniture sécurisée; – faciliter le passage à une économie à faible empreinte carbone; – maintenir des prix stables et abordables. Les communications sécurisées sont un élément clé du réseau intelligent, sur lequel repose le déploiement de réseaux intelligents parmi les plus grands et les plus évolués en cours aujourd'hui. Par ailleurs, parce qu'il est composé d'une superposition de technologies de l'information, un réseau intelligent est capable d'anticiper et de se rétablir seul, ce qui permet d'éviter les problèmes de manière automatique. Point essentiel du projet de réseaux intelligents, les particuliers et les entreprises doivent être équipés de compteurs intelligents efficaces qui permettent de suivre en temps réel la consommation et de communiquer, également en temps réel, avec les centres de commande des réseaux afin d'adapter la production en fonction de la consommation et de fournir les services au meilleur prix. 1
- 3. 2/ Définition et catégories: Un smart grid désigne « 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 » (définition de la Commission de régulation de l'énergie). Il est souvent question de ces réseaux intelligents ou « smart grids » au sujet des réseaux d’électricité qui, grâce à des technologies informatiques, ajustent les flux d’électricité entre fournisseurs et consommateurs. En collectant des informations sur l’état du réseau, les smart grids contribuent à une adéquation entre production, distribution et consommation. Il est nécessaire de différencier smart grid et compteur communicant (ou « smart meter »), qui renseigne le consommateur sur sa demande en électricité. « Smart grids » est une appellation générale pour l’ensemble des technologies et des infrastructures « intelligentes » installées. Chez le particulier, le compteur communicant est une première étape dans la mise en place des smart grids. Les réseaux intelligents peuvent être définis selon quatre caractéristiques en matière de : • flexibilité : ils permettent de gérer plus finement l’équilibre entre production et consommation ; • fiabilité : ils améliorent l’efficacité et la sécurité des réseaux ; • accessibilité : ils favorisent l’intégration des sources d’énergies renouvelables sur l’ensemble du réseau ; • économie : ils apportent, grâce à une meilleure gestion du système, des économies d’énergie et une diminution des coûts (à la production comme à la consommation). 3/ Fonctionnement: Au sens large, un réseau intelligent associe l’infrastructure électrique aux technologies numériques qui analysent et transmettent l’information reçue. Ces technologies sont utilisées à tous les niveaux du réseau : production, transport, distribution et consommation. • Un contrôle des flux en temps réel : des capteurs installés sur l’ensemble du réseau indiquent instantanément les flux électriques et les niveaux de consommation. Les opérateurs du réseau peuvent alors réorienter les flux énergétiques en fonction de la demande et envoyer des signaux de prix aux particuliers pour adapter leur consommation (volontairement ou automatiquement). • L’interopérabilité des réseaux : l’ensemble du réseau électrique comprend le réseau de transport et le réseau de distribution. Le premier relie les sites de production d’électricité aux zones de consommation : ce sont les grands axes qui quadrillent le territoire. Le réseau de distribution s’apparente aux axes secondaires. Il achemine l’électricité jusqu’aux consommateurs finaux. Par l’échange instantané d’informations, les smart grids favorise une interopérabilité entre les gestionnaires du réseau de transport et ceux du réseau de distribution. 2
- 4. 4/ Des avantages économiques et environnementaux: Les smart grids améliorent la sécurité des réseaux électriques. En équilibrant l’offre et la demande, ils évitent le suréquipement des moyens de production et permettent une utilisation plus adaptée des moyens de stockage de l’électricité, disponibles de manière limitée. Les réseaux intelligents augmentent aussi l’efficacité énergétique globale : ils réduisent les pics de consommation, ce qui atténue les risques de panne généralisée. Enfin, ils limitent l’impact environnemental de la production d’électricité en réduisant les pertes et en intégrant mieux les énergies renouvelables. 5/ Les limites dans la mise en œuvre: Cependant, le coût des investissements reste élevé. En effet, les smarts grids doivent être implantés sur l’ensemble du réseau et impliquer tous les acteurs pour être efficaces. L’autre obstacle est la diversité des acteurs, car ils doivent mettre au point des systèmes communicants variés avec des logiques convergentes. De plus, les données recueillies sont complexes à gérer et à stocker, compte tenu de l’importante quantité d’informations à traiter. Enfin, les informations sur les horaires ou les activités des consommateurs et des producteurs sont confidentielles. Des normes sur la protection des données doivent être appliquées. 3 • L’intégration des énergies renouvelables au réseau : les réseaux intelligents reposent sur un système d’information qui permet de prévoir à court et à long terme le niveau de production et de consommation. Les énergies renouvelables qui fonctionnent souvent par intermittence et de façon peu prévisible (ex : l’éolien) peuvent ainsi être mieux gérées. • Une gestion plus responsable des consommations individuelle : les compteurs communicants (ou compteurs évolués, « Linky » pour l'électricité) sont les premières versions d’application du réseau intelligent. Installés chez les consommateurs, ils fournissent des informations sur les prix, les heures de pointe de consommation, la qualité et le niveau de consommation d’électricité du foyer. Les consommateurs peuvent alors réguler eux-mêmes leur consommation au cours de la journée. De leur côté, les opérateurs du réseau peuvent détecter plus vite les pannes.
- 5. 7/ Six applications de la technologie Smart Grid à la tête du changement. Les technologies de réseau conventionnelles remplissent une fonction simple : la transmission de l'énergie électrique produite par une centrale électrique. Cela se fait au moyen de transformateurs de tension qui augmentent et diminuent progressivement les niveaux de tension tout en fournissant de l'énergie aux utilisateurs finaux. Les réseaux intelligents, quant à eux, remplissent toutes les fonctions conventionnelles avec la capacité ou l'avantage supplémentaire de surveiller toutes les activités à distance pour des réponses et des performances meilleures et plus rapides.Nous allons aborder six applications clés de la technologie des réseaux intelligents dans ce billet de blog. Il s'agit de l'infrastructure de comptage avancée, de la réponse à la demande, des véhicules électriques, de la connaissance de la situation dans une zone étendue, des ressources énergétiques distribuées et du stockage, ainsi que de la gestion du réseau de distribution. 7,1. Infrastructure de comptage avancée C'est ce qu'on appelle également l'AMI. Il s'agit simplement d'appliquer des technologies telles que les compteurs intelligents pour faciliter le flux bidirectionnel d'informations entre les clients et les services publics. Ces informations concernent le moment de la consommation, le montant et la tarification appropriée. Elle permet aux réseaux intelligents de disposer d'un large éventail de fonctions par rapport aux technologies de réseau conventionnelles. Ces fonctions comprennent, sans s'y limiter, les éléments suivants : • Contrôle de la consommation à distance • Prix basé sur le temps • Prévision de la consommation • Détection des défauts et des pannes • Connexion et déconnexion à distance des utilisateurs • Détection des vols et mesures des pertes • Recouvrement efficace des fonds et gestion des dettes Ces fonctions permettent de mieux contrôler l'efficacité et la qualité de l'énergie dans les réseaux intelligents du monde entier. Toutefois, certains inconvénients inquiètent les consommateurs et les services publics, comme les problèmes de confidentialité et de cybersécurité liés à l'accès non autorisé aux dispositifs AMI. 4
- 6. 5 7,2. Réponse à la demande Les programmes deréponse à la demande (DR) sont des applications récentes et émergentes de la gestion de la demande (DSM). Il s'agit par exemple d'applications qui améliorent la fiabilité des réseaux en fournissant des services tels que le contrôle de la fréquence, les réserves tournantes et les réserves d'exploitation, et d'applications qui contribuent à réduire les prix de gros de l'énergie et leur volatilité. Le développement de commissions de régulation de l'énergie, avec des marchés de gros ouverts et un soutien politique, a permis la mise en place d'applications de réponse à la demande dans la technologie des réseaux. Il existe deux catégories de programmes de réponse à la demande du point de vue du client : • DR basé sur les prix où les clients ajustent leur consommation d'électricité en réponse aux prix variables dans le temps créés par leurs agences de services publics afin de maximiser leur utilisation d'électricité et d'économiser sur les factures. • DR basé sur l'incitation où les bénéfices sont augmentés par la promotion d'une incitation à influencer les comportements des clients pour changer leurs consommations de demande Le DR permet aux consommateurs de réduire ou de déplacer leur consommation d'électricité pendant les périodes de pointe grâce aux programmes mentionnés ci-dessus, ce qui leur donne un rôle important dans le fonctionnement des réseaux électriques dans l'espoir d'équilibrer les besoins de l'offre et de la demande. 7,3. Véhicules électriques (EVs) Cela peut sembler être une application déplacée pour les réseaux intelligents, mais avec l'électrification évidente de l'industrie des transports, les VE sont une solution privilégiée aux problèmes de réchauffement climatique. En termes de technologies de réseaux intelligents, l'introduction des véhicules électriques rechargeables s'accompagne d'une myriade de défis et d'opportunités pour soutenir les systèmes électriques. Si les VE sont ajoutés aux réseaux comme des charges régulières, la flexibilité des variables de charge ne sera pas prise en compte, ce qui mettra en danger le réseau dans son ensemble. Toutefois, ces défis peuvent être relevés avec succès grâce à des approches contrôlées, notamment lorsque la recharge est déplacée vers les heures de faible charge. Les VE peuvent également favoriser la durabilité des réseaux intelligents en fonctionnant comme des ressources de stockage distribuées(V2G) qui contribuent aux services auxiliaires tels que la régulation de la fréquence, l'écrêtement des pics de puissance pour le système ou l'intégration de ressources renouvelables fluctuantes.
- 7. 7,4. Connaissance de la situation dans une zone étendue Il s'agit de la mise en œuvre d'un ensemble de technologies conçues pour améliorer la surveillance du réseau électrique sur de vastes zones géographiques - fournissant effectivement aux opérateurs du réseau une image large et dynamique du fonctionnement du réseau. Selon SELinc, les systèmes WASA fournissent aux opérateurs et aux ingénieurs les bonnes informations au bon moment pour une exploitation et une analyse efficaces du système électrique. L'objectif ultime reste ici le même : comprendre et optimiser la fiabilité du réseau intelligent à travers ses performances et anticiper les changements nécessaires avant que les problèmes ne se multiplient. Les réseaux intelligents utilisent des unités de mesure de phase comme capteurs pour collecter des données sur de grandes zones géographiques, ce qui fait des capteurs de mesure de phase le fléau des systèmes de mesure à grande échelle. On peut compter sur eux pour relayer la connaissance de la situation sur de grandes zones interconnectées grâce à : • Suivi en temps réel • Prévision des perturbations futures 6 7,5. Ressources énergétiques distribuées et stockage Les ressources énergétiques distribuées sont également connues sous le nom de DER et font partie de la production distribuée. Elles font référence aux sources d'énergie ou aux unités de production qui sont plus petites et situées du côté du consommateur du compteur de production d'électricité. L'énergie est produite à partir de sources (principalement renouvelables) proches du point d'utilisation plutôt qu'à partir d'un système centralisé. Le stockage des RED implique des systèmes qui stockent l'énergie distribuée pour une utilisation ultérieure. Le stockage de l'énergie distribuée implique des systèmes qui stockent l'énergie distribuée pour une utilisation ultérieure. Cela se fait à l'aide de deux composants : des batteries chargées en courant continu et des onduleurs bidirectionnels. Il permet d'équilibrer la production, la demande et l'offre d'énergie. Voici quelques autres caractéristiques clés : • L'écrêtement des pointes • Déplacement de la charge • Régulation de la tension • Intégration des énergies renouvelables • Alimentation de secours
- 8. 7 7,6. Gestion du réseau de distribution Un réseau de distribution comprend tous les équipements nécessaires à la distribution d'énergie, tels que les fils, les poteaux, les transformateurs, etc. La gestion du réseau de distribution dans les réseaux intelligents consiste à disposer d'un système "capable de collecter, d'organiser, d'afficher et d'analyser les informations du système de distribution électrique en temps réel ou quasi réel", selon les besoins. Ce système peut également permettre aux gestionnaires de réseau de planifier et de placer des tâches complexes afin d'accroître l'efficacité, d'atteindre les objectifs, de prévenir les pannes et d'optimiser le flux d'énergie. Les technologies de réseaux intelligents sont créées pour être intelligentes, avec la capacité de déterminer à l'avance les défaillances qui peuvent être évitées, de réduire les coûts lorsque cela est possible et de fournir la meilleure valeur aux consommateurs lorsque cela est nécessaire. 8/ Les compteurs : L'expression réseau électrique intelligent est souvent associée au concept de compteur communicant, appelé abusivement compteur intelligent, capable de fournir une facturation par tranche horaire permettant aux consommateurs de choisir le meilleur tarif chez les différentes entreprises productrices, mais aussi de jouer sur les heures de consommation, permettant ainsi une meilleure utilisation du réseau électrique. Un tel système permettrait aussi de cartographier plus finement les consommations et de mieux anticiper les besoins, à l'échelle locale. Les grandes entreprises du secteur de l'informatique, comme Google et Microsoft, travaillent sur ces compteurs intelligents pour en faire des interfaces de suivi (tableaux de bord) de la consommation. L'utilisateur peut alors connaître le détail de sa consommation, par pièce, par interrupteur, par période, par type d'équipements, et connaître les postes sur lesquels des économies d'énergie sont possibles,
- 9. Parmi les technologies de l’information et des communications, le compteur jouera un rôle prépondérant. Les compteurs intelligents font l'objet de nombreuses recherches car ils constituent la première brique des smart grids. Objectif recherché : établir une communication entre les réseaux et les consommateurs afin de mieux maitriser l'offre/demande. Si les compteurs actuels permettent de suivre la consommation réelle, les compteurs dits "communicants" sont capables à la fois de transmettre et de recevoir des informations. Le compteur intelligent va plus loin jusqu’aux fonctions de décision et de pilotage de la consommation à distance. Les compteurs intelligents, également appelés communicants ou de nouvelle génération, disposent de technologies dites AMR (Automated Meter Reading). Ils apportent plus d’informations qu’un compteur classique et permettent de mesurer en temps réel la consommation d’électricité ou de gaz naturel. Concrètement, la transmission des données s’effectue par ondes radio ou par courants porteurs en ligne (CPL) au gestionnaire du réseau de distribution qui est chargé du comptage. 8
- 10. 9/ Conclusion : Les smart grids devraient changer les habitudes de consommation et la relation des consommateurs avec le système de production. Ils devraient favoriser une modération de la demande tout en contribuant à la protection de l’environnement Se voulant pionnière en Europe, l’Italie a installé depuis 2001 près de 30 millions de compteurs intelligents dans plusieurs régions. À l’origine, ce pays souhaitait surtout moderniser ses réseaux pour éviter les pannes récurrentes. De fait, il a vu les pics de consommation diminuer de 5% dans les régions concernées, tandis que les coûts annuels de gestion des réseaux de distribution baissaient de 5%. L’évolution progressive vers les smart grids a amélioré l’efficacité énergétique en Italie. L’augmentation de la complexité est liée à divers paramètres aussi bien institutionnels que techniques comme l’avènement de sources d’énergie intermittente, l’intégration du client final qui devient « pro-actif », la multiplication d’acteurs et les questions d’interopérabilité induites, l’impératif de maintien voire d’amélioration de la qualité d’alimentation, la nécessité d’atteindre les objectifs d’efficacité énergétique ou de maîtrise des pointes de consommation. La mise en place du réseau intelligent va donc induire une évolution notable du système électrique dans son ensemble. 9 Ce concept fournira un cadre technique permettant l'intégration à grande échelle des sources intermittentes d'énergie renouvelable, une plus grande efficacité énergétique et le fonctionnement du réseau tout en assurant la sécurité accrue et la qualité de l'approvisionnement dans les meilleures conditions économiques. Enfin, comme toute aventure technologique, les « smartgrids » offriront un gisement d’évolution technologique et sociétale dont on ne peut aujourd’hui mesurer toute la richesse : transfert technologique vers d’autres secteurs (domotique, logistique, multi-fluidique, domaine applicatif de l’intelligence artificielle), catalyse d’évolution comportementale et sociétale (accompagnement vers une gestion réfléchie de l’énergie et des autres fluides, accompagnement vers des modèles de coopération et de mutualisation de moyens).