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RÉSUMÉ
Cet article présente les réseaux électriques intelligents sous l'aspect de la mesure avec les technologies associées. Sont analysés d'une part les producteurs et gestionnaires du réseau et d'autre part le point de vue du consommateur. Le PMU et son rôle dans la surveillance et le contrôle du réseau électrique sont présentés tout comme les aspects normatifs, de qualité de l'énergie électrique, de synchronisation au GPS et de modélisation en temps réel de l'état du réseau. Le problème de la maîtrise de la demande d'énergie est abordé, ainsi que les rôles du compteur communicant, des énergies renouvelables et du véhicule électrique. L'efficacité de l'approche smart grid est discutée sur un fond de modèle économique et de maîtrise de l'empreinte écologique des activités humaines.
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This paper presents the concept of smart electrical grids with an emphasis on measurement: some technological issues are discussed. Two different approaches are analyzed: from the point of view of utilities and from that of the consumer. The first one concerns the phasor measurement unit and its importance for the monitoring and control of wide area networks. Standards, power quality, GPS synchronization and real-time mapping of grid state are described. The second approach addresses energy management. In this case smart metering, renewable energy sources and electric vehicle applications are presented. Finally energy efficiency is assessed through established or planned economic models and the carbon footprint of human activities.
Auteur(s)
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Hervé NDILIMABAKA : Ingénieur de recherche, métrologie électrique basse fréquence - Laboratoire national de métrologie et d'essais (LNE)
INTRODUCTION
Au cours des cent dernières années le réseau électrique a peu évolué. Le schéma de production, transport et distribution de l'énergie électrique est globalement resté le même : centralisé. La multiplication des usages de l'électricité, alliée aux nouvelles considérations environnementales (réduction de l'impact de nos activités) et sociétales (en termes d'ouverture à la concurrence du marché de l'électricité notamment) ont révélé les limites de cette approche. Le système est au bord de la saturation. De profondes mutations sont nécessaires.
Le déploiement des réseaux électriques intelligents (smart grids) offre la possibilité, à partir de technologies de l'information et de nouvelles infrastructures réseau (décentralisées), de contrôler à la fois la production, le transport et la distribution de l'énergie électrique. La surveillance en temps réel de l'état du réseau permet de connaître sa stabilité, la qualité de l'énergie fournie et planifier la gestion de son équilibre.
De nouvelles notions liées à ces nouvelles problématiques apparaissent : la demande d'énergie doit à tout moment correspondre à sa fourniture à partir des sources disponibles. Et le réseau doit être fiable, même en périodes de fortes charges, et rester robuste vis-à-vis de défauts.
Cependant, le succès de cette entreprise est tributaire des moyens de mesure pouvant être mis en œuvre sur le réseau. Cet article présente à la fois ces moyens de mesure (les principes physiques qui leur sont associés sont également décrits) pris individuellement, et les systèmes de surveillance et de contrôle à grande échelle. Le choix d'une technologie particulière doit être dicté par la qualité du résultat envisagé et l'information recherchée.
Enfin, les défis environnementaux posés par la raréfaction des sources d'énergie d'origine fossile et le dérèglement climatique ont généré une variété de défis avec l'intégration des énergies renouvelables dans le bilan énergétique global. Ces différents aspects y sont également évoqués. De la même manière, les perspectives d'une nouvelle économie engendrée par les programmes d'investissements massifs entrepris de par le monde sont explorées.
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MOTS-CLÉS
développement durable Réseaux électriques intelligents Energies renouvelables réseaux électrique Energie électrique Synchrophaseur Surveillance et contrôle du réseau en temps réel Planification du réseau
KEYWORDS
sustainable development | Smart (electrical) grids | Renewable energies | electric networks | electrical energy | Phasor Measurement Unit | Real-time monitoring and control of the grid | Grid planning
DOI (Digital Object Identifier)
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Conclusion4. Efficacité énergétique, maîtrise de la demande et contrôle de la charge
Le déploiement des smart grids exige une évolution profonde des rôles de chacun. La directive européenne « efficacité énergétique » oblige notamment les fournisseurs d’énergie à s’engager sur la réduction de la consommation de leurs clients (1,5 % par an). Cependant, l’atteinte de cet objectif est tributaire d’une participation active de ces derniers. Le consommateur, davantage sollicité dans cette nouvelle donne, devient « consom’acteur », c’est-à-dire à la fois consommateur d’énergie et acteur majeur de la MDE qui vise le pilotage de la charge par la gestion active des équipements.
4.1 Pilotage de la charge du réseau et gestion active d’équipements
L’atteinte des objectifs d’efficacité énergétique est conditionnée par la mise en œuvre de technologies et de centres de contrôle permettant de gérer les flux énergétiques en temps réel. Les informations fournies par les équipements de protection et de contrôle à ces derniers contribuent à l’équilibrage du réseau grâce à l’interaction de ses différents acteurs (gestionnaires, producteurs, consommateurs, moyens de stockage…).
La problématique est particulièrement complexe pour le réseau de distribution du fait de son raccordement direct aux consomma-teurs et aux productions locales d’EnR. Dans ce cadre, le développement de capacités de stockage permet de contribuer à la fois à l’équilibre local et à la stabilité du réseau en permettant un ajustement de la charge en présence de pointe de consommation notamment. Le stockage sert également de réservoir de régulation de la fréquence du réseau et constitue très ponctuellement des solutions de secours à l’écroulement du réseau.
Par ailleurs, les équipements de réseau que sont les PMU et autres compteurs communicants constituent des outils d’aide à la prévision de défaillances et à la détection de pannes. L’intégration de fonctions avancées d’analyse d’incidents permettent, en cas d’incident sur le réseau, aux gestionnaires de cibler la zone à circonscrire (îlotage) afin d’éviter la propagation dudit incident. Ces mesures, combinées à la collecte et à l’analyse (localement ou de manière centralisée) de données du réseau,...
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Efficacité énergétique, maîtrise de la demande et contrôle de la charge
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Smart Grids and Renewables, A Guide for effective Deployment. - International Renewable Energy Agency, IRENA (2013).
-
(2) - HASSAN ALI (S.M.), ZUBERI (M.J.S.), TARIQ (M.A.), BAKER (D.), MOHIUDDIN (A.) - A study to incorporate renewable energy technologies into the power portfolio of Karachi, Pakistan. - Ren. And Sus. En. Rev. 47, pp. 14-22 (2015).
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(3) - Electricity. - International Energy outlook 2009, Chapter 5, http://www.eia.doe.gov/oiaf/ieo/electricity.html (2009).
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(4) - CAMACHO (F.), SAMAD (T.), GARCIA-SANZ (M.), HISKENS (I.) - Control for Renewable Energy and Smart Grids. - The Impact of Control Technology, 2nd Ed., IEEE Control Systems Society (2011).
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(5) - POHEKAR (S.D.), RAMACHANDRAN (M.) - Application of multi-criteria decision making to sustainable energy planning – A review. - Ren. And Sus. En. Rev. 8, pp. 365-381 (2004).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Alstom, Challenges of electrical grids,
http://www.alstom.com/grid/about-us/understanding-electrical-grids/Challenges-of-electrical-grids/ (page consultée en Avril 2015).
Integrating the 19th and 21th centuries to bring smart electricity to the masses,
https://smartgridtech.wordpress.com/ (page consultée en Avril 2015).
The Climate action and renewable energy package, Europe's climate change opportunity, Available :
http://ec.europa.eu/ environment/climat/climate_action.htm
European Technology Platform SmartGrids Vision and Strategy for Europe’s Electricity Networks of the Future, EUR 22040, Available :
http://ec.europa.eu/research/energy/pdf/smartgrids_en.pdf.
European Commission, 2007. « Stractegic research agenda for Europe’s electricity networks of the future », available from :
http://ec.europa.eu/research/energy/eu/publications/index_en.cfm#results
http://www.smartgrid-metrology.eu/wp3_summary (page consultée en Avril 2015).
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