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Transition énergétique : en quoi est-il essentiel de développer les Smart Grids ?

Territoires et citoyens sont au cœur des changements induits par la transition énergétique et la transformation numérique. Les Smart Grids, ou réseaux d’énergie intelligents, apparaissent comme l’une des évolutions technologiques clés à implémenter à l’échelle des collectivités pour mettre la transformation numérique au service de la transition énergétique.

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Les Smart Grids, qu’est-ce que c’est ?

Selon la définition officielle de l’ADEME, les Smart Grids sont des systèmes énergétiques capables d’intégrer, de prévoir et d’inciter efficacement et de manière intelligente les actions et comportements des différents utilisateurs (consommateurs et producteurs) qui y sont raccordés, et ce afin de maintenir une fourniture d’énergie efficace, durable, économique et sécurisée.

Pourquoi parle-t-on des Smart Grids électriques ?

Les Smart Grids électriques, ou réseaux électriques intelligents (REI), sont à la base du concept de Smart Grids du fait de la pénétration historique des automatismes et des systèmes de contrôle de la production d’énergie électrique (jusqu’alors très centralisée) jusqu’aux points de consommations (qu’ils soient industriels, tertiaires ou résidentiels), en passant par les réseaux de transport et de distribution.

Historiquement le réseau électrique s’est établi de façon à transmettre les flux d’énergie unidirectionnellement, depuis les centrales de production (ex : centrales hydrauliques, nucléaires, thermiques) vers les consommateurs (résidentiels, tertiaires, industriels). Le réseau était donc composé d’un nombre limité de producteurs clairement identifiés pour garantir que l’offre réponde à la demande à tout moment.

Aujourd’hui, les réseaux intelligents permettent d’intégrer des producteurs d’énergie décentralisés en supervisant les flux bidirectionnels.

L’enjeu est de taille, d’autant que la production d’énergie décentralisée repose principalement sur le photovoltaïque et l’éolien, qui sont des sources d’énergies intermittentes par essence. Par conséquent, un même point du réseau, disons une entreprise disposant d’un parc de panneaux photovoltaïques, peut être à la fois un lieu de production et de consommation d’énergie en fonction des conditions météorologiques.

Un Smart Grid doit donc être capable de mesurer instantanément la production d’énergie locale pour garantir l’alimentation électrique des équipements, en restant en interaction avec le réseau national pour évacuer le surplus d’énergie produite ou appeler de l’énergie si la production locale n’est pas suffisante.

Élément incontournable des Smart Grids, le compteur intelligent permet de connaître précisément la consommation de son réseau. De la meilleure connaissance de la consommation énergétique découlent des changements de comportements vertueux pour optimiser sa façon de consommer.

Par conséquent, en plus de rendre possible l’intégration des énergies renouvelables localement, les Smart Grids sont un moyen concret d’agir sur la consommation énergétique pour répondre aux enjeux écologiques actuels.

A titre d’illustration, les réseaux électriques intelligents sont typiquement déployables à l’échelle d’un quartier, d’un lieu public (ex : centre culturel, centre commercial), ou d’une usine.

Qu’en est-il des Smart Gas Grids ?

Les Smart Gas Grids sont des réseaux de gaz intelligents bénéficiant de toutes les nouvelles technologies numériques (capteurs, automates générateurs de données, etc.), ayant pour objectif d’améliorer l’efficacité de la distribution du gaz naturel. Leur déploiement vient servir quatre grands objectifs stratégiques pour les gestionnaires de réseaux de distribution de gaz naturel :

• L’intégration des gaz verts renouvelables (ex : biométhane, méthane de synthèse, etc.). L’intégration de ces gaz verts nécessite un meilleur contrôle de leur qualité et de leur composition, pour une vision plus fine du réseau qu’auparavant.

 

• La complémentarité des réseaux (« power-to-gas »). L’idée du « power-to-gas » est de faciliter l’insertion des excédents d’énergie électrique de source renouvelable, en favorisant leur conversion en hydrogène ou en méthane. En effet, le surplus d’énergie électrique est utilisé pour alimenter des processus de transformation d’eau en hydrogène (par électrolyse) et/ou d’hydrogène en méthane (par méthanisation en recyclant du CO₂). L’hydrogène ou le méthane produits peuvent être valorisés de différentes manières : injectés dans les réseaux de gaz naturel, consommés à des fins industriels, reconvertis en électricité a posteriori (via une pile à combustible), ou pour alimenter des véhicules à hydrogène. Les technologies associées (ex : minicogénération, systèmes de chaudières hybrides électrique/gaz, piles à combustibles, etc.) permettent de mieux gérer les fluctuations de la production et de la demande, avec un faible coût marginal.

 

• La maîtrise de la demande en énergie. Le déploiement du compteur communicant gaz puis l’exploitation et la mise à disposition des données générées par les capteurs permettent un suivi plus fin des consommations de gaz. Ces données, enrichies par des équipements innovants comme les chaudières connectées, permettent au consommateur de mieux comprendre et maîtriser ses pratiques énergétiques.

 

• La performance opérationnelle. La mise à disposition des données recueillies permet de disposer d’outils d’exploitation et de maintenance plus efficaces, ainsi que d’optimiser le dimensionnement des réseaux par rapport aux évolutions anticipées de la production et de la consommation.

 

Quels sont les différents types de Smart Grids thermiques

Il existe 2 types de réseaux thermiques : les réseaux de chaleur et de froid. Un réseau de chaleur est un système de distribution de chaleur desservant plusieurs usagers. Un réseau de froid collecte lui la chaleur dans les bâtiments pour l’évacuer au niveau d’une centrale de refroidissement. Ces réseaux ont tous les deux un grand potentiel d’efficacité énergétique et d’intégration des énergies renouvelables et de récupération.

Le déploiement de technologies numériques et de capteurs intelligents sur ces réseaux donne la possibilité d’en optimiser la gestion en anticipant davantage les périodes de pointe de chauffage et en réduisant les pertes d’énergies, tout en favorisant les sources les moins coûteuses (sur le plan économique et environnemental).

Ces réseaux de chaleur et de froid « intelligents » autorisent donc une gestion dynamique de l’énergie thermique en fonction des conditions de marché, au plus près de la demande finale.

En plus des énergies conventionnelles (ex : gaz naturel, fioul, charbon, etc.), ces réseaux peuvent aussi intégrer de nouvelles sources d’énergie telles que les énergies de récupération (ex : la chaleur fatale dégagée par l’incinération de déchets, la chaleur liée au fonctionnement des serveurs dans un datacenter) et les énergies de sources renouvelables (ex : biomasse, biogaz, solaire thermique, etc.).

La récupération de l’énergie calorique est un élément à intégrer dans l’équation économique dès la phase de conception des projets d’infrastructures, dans une logique de valorisation des émissions de chaleur, perdues ou coûteuses sinon.

Les Smart Grids, un enjeu économique et social pour les collectivités

La mise en œuvre des Smart Grids crée de la valeur pour la collectivité autour de quatre enjeux majeurs :

• Un enjeu technique : relever les défis techniques de l’optimisation des réseaux énergétiques permettra de mieux exploiter les outils de la révolution numérique,

 

• Un enjeu économique : les smart grids sont un moyen de renforcer l’attractivité économique sur des valeurs d’innovation, mais aussi d’accéder à un mix énergétique performant, sécurisé, économique, générateur de valeur ajoutée locale, et créateur d’emplois locaux,

 

• Un enjeu sociétal : les collectivités pourront mieux accompagner les citoyens vers des comportements énergétiques plus vertueux écologiquement en démontrant qu’elles prennent leurs responsabilités dans la transition énergétique en cours,

 

• Un enjeu organisationnel: il sera nécessaire d’adopter de nouveaux modes de travail et de gouvernance plus collaboratifs et agiles qui bénéficieront aux collectivités. Les smart grids sont en effet un lieu de convergence de plusieurs verticales : réseau électrique, mobilité, réseau de chaleur, communication.

 

Des économies pour les collectivités

D’après une analyse pilotée par l’Association des Distributeurs d’Electricité en France (ADEeF), l’ADEME, Enedis et le Réseau de Transport d’Electricité (RTE) en 2017, la valeur économique des smart grids réside surtout dans la mise en place de systèmes de pilotage intelligents (gestion prévisionnelle et dynamique des réseaux de distribution, solutions d’écrêtement, flexibilité), qui pourraient générer, à l’horizon 2030, des bénéfices nets de l’ordre de 400 millions d’euros par an pour l’ensemble des collectivités nationales, dont plusieurs dizaines de millions d’euros pour le réseau public de transport. A cela, il faut aussi ajouter les bénéfices réalisés par les gestionnaires de réseau public de distribution.

Les économies et bénéfices identifiés par cette analyse sont les suivants :

• Investissements évités, dans de nouvelles capacités de production ainsi que dans le réseau,

 

• Optimisation du parc de production, à travers la participation aux marchés d’énergie et grâce aux différents services d’équilibrage offre-demande,

 

• Optimisation de l’exploitation des réseaux, notamment par la diminution de l’énergie non distribuée, de l’énergie non injectée, et des pertes sur les réseaux,

 

• Analyse prédictive, par le croisement des données, permettant l’anticipation des risques de défaillance avec un haut niveau de précision. Les collectivités pourront ainsi cibler au mieux les opérations d’entretien ou de renouvellement.

 

Une valorisation des données publiques pour les collectivités

Les données collectées ou produites par la collectivité dans le cadre de sa mission de service public lui permettent de mieux comprendre et gérer son activité, mais elle pourra aussi les valoriser auprès de tiers pour encourager la création de nouveaux services au bénéfice des citoyens.

Ces données permettent par exemple :

• De diagnostiquer et d’agir sur les consommations énergétiques dans les territoires,

 

• D’évaluer l’opportunité de développement d’un projet d’aménagement par rapport au réseau énergétique,

 

• De dimensionner la production énergétique ainsi que sa distribution pour un nouveau quartier.

 

Les données peuvent ainsi être utilisées pour créer des typologies de consommation et enrichir les services proposés. Les gestionnaires d’électricité et de gaz deviennent donc des opérateurs de données qu’ils fournissent aux collectivités dans le respect des obligations liées à la protection des données personnelles. Ces dernières seront en mesure d’initier un service public local de la donnée, qui combine les données provenant des concessionnaires avec les données publiques. L’agrégation des données est précieuse dans une démarche « d’Open Data », vecteur d’innovations locales.

Quelques recommandations pour la mise en place de Smart Grids

Voici une liste non-exhaustive de recommandations pour les collectivités, qui permet d’aider à cadrer la démarche pour le déploiement de Smart Grids :

• Positionner les Smart Grids comme l’un des moteurs de la transition énergétique et de la transformation numérique du territoire,

 

• Désigner parmi les élus un référent des déploiements Smart Grids dans la collectivité, et faire monter en compétence des correspondants Smart Grids pour en faire des ambassadeurs de la démarche,

 

• Disposer d’un état des lieux exhaustif des domaines susceptibles d’avoir un impact ou une interaction avec le déploiement d’un smart grid (ex : la politique d’urbanisme, l’habitat social, la présence d’économie circulaire, etc.),

 

• Garantir l’appropriation des Smart Grids par les acteurs de la collectivité : opérateurs, consommateurs, sous-traitants, parties prenantes, etc.,

 

• Ouvrir une commission de concertation et de débat citoyen afin de s’assurer, entre autres, de l’acceptabilité la plus large des solutions technologiques,

 

• S’assurer de l’accompagnement du déploiement des compteurs communicants, et plus généralement des outils numériques conduisant à collecter de la donnée aidant à la prise de décision,

 

• Suivre et évaluer les financements privés et publics disponibles, ainsi que les évolutions juridiques et contractuelles qui favorisent le déploiement des Smart Grids pour en saisir les opportunités,

 

• Anticiper la montée en qualité des services permise par les nouvelles infrastructures de réseaux d’énergie et de communications (ex : l’internet des objets),

 

• Proposer des bâtiments « Smart Grids Ready » dans les schémas d’urbanisation,

 

• Animer une démarche d’innovation locale sur les smart grids en contactant les pôles de compétitivité les plus proches, les agences locales de l’énergie, les Chambres de Commerce et d’Industrie, etc.

 

Sources externes

www.ecologique-solidaire.gouv.fr

http://reseaux-chaleur.cerema.fr

www.latribune.fr

www.ademe.fr

Benjamin Fradelle

Directeur Associé Depuis 2002, Benjamin Fradelle développe une expertise de l’aménagement numérique des territoires, tant sur le plan de la définition de la stratégie des collectivités locales que sur les approches techniques et économiques associées aux réseaux d’initiative publique.

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Directeur Associé Tactis Depuis 2002, Benjamin Fradelle développe une expertise de l’aménagement numérique des territoires tant sur le plan de la définition de la stratégie des collectivités locales que les approches techniques et économiques associées aux réseaux d’initiative publique.