Les réseaux électriques intelligents utilisent les ressources renouvelables et réduisent le gaspillage Les énergies renouvelables contribuent à réduire les émissions de gaz à effet de serre. Toutefois, sil est possible de produire et de distribuer lénergie hydraulique et la bioénergie à tout moment, léolien et le solaire sont des ressources intermittentes, et donc imprévisibles. Un nouveau rapport, intitulé «Boosting energy efficiency through Smart Grids» (Les réseaux électriques intelligents au service de lefficacité énergétique), présente la façon dont les technologies de linformation et de la communication (TIC) permettent datténuer les effets des changements climatiques par la mise en place dun système dalimentation énergétique plus efficace et sur lequel on dispose dun meilleur contrôle. Ce rapport, commandé par lUIT dans le cadre de «lAnnée internationale de lénergie durable pour tous», sinscrit dans le cadre des activités du Secteur de la normalisation des télécommunications (UIT-T) sur les TIC et les changements climatiques. Quest-ce quun réseau électrique intelligent? Les réseaux électriques intelligents sont des réseaux de distribution délectricité qui, au moyen des TIC, collectent des informations provenant des consommateurs et des producteurs et ajustent leur fonctionnement en conséquence, le tout de manière automatique. Les réseaux intelligents sont ainsi capables dintégrer lénergie provenant de sources renouvelables intermittentes et imprévisibles, et de distribuer lélectricité de manière optimale. Ils fournissent de lélectricité avec une meilleure rentabilité et moins démissions de gaz à effet de serre. Ils représentent une occasion exceptionnelle de réaliser lélectrification de pays en développement où laccès à lélectricité demeure très limité. En soi, les dispositifs TIC existants ont déjà une empreinte carbone considérable, surtout dans le secteur domestique et cette réalité devrait saccentuer au cours des prochaines années. En effet, le déploiement de capteurs, déquipements de réseau et de dispositifs de calcul et de rendu va entraîner une augmentation de la demande dénergie. «Chercher à réduire la consommation énergétique des dispositifs TIC est une activité méritoire. Toutefois, les développeurs de réseaux électriques intelligents devraient éviter de déployer des équipements qui feraient eux-mêmes augmenter les émissions de gaz à effet de serre», explique Franco Davoli, co-auteur du rapport et professeur à luniversité de Gênes (Italie). Linfrastructure électrique: une source considérable de gaz à effet de serre La production délectricité et de chaleur est en grande partie à lorigine des émissions de gaz à effet de serre, et lon sattend à ce quelle en représente une part plus importante encore dans lavenir. A lheure actuelle, lélectricité est produite principalement dans de grandes centrales fonctionnant au moyen dénergies fossiles. «Linfrastructure des TIC recèle dimmenses possibilités pour capter lénergie et réduire considérablement le gaspillage. Lune des plus évidentes consiste à utiliser des réserves dénergie et des générateurs dappoint pour compenser le relatif manque de solutions de stockage de lénergie afin de gérer les déséquilibres entre loffre et la demande délectricité. La lourde empreinte énergétique de cette infrastructure peut conduire à favoriser le développement des réseaux électriques intelligents, en particulier pour ce qui est de lajustement à la demande», note Flavio Cucchieti, de Telecom Italia. Initiatives de par le monde La Clean Energy Ministerial (CEM), initiative lancée en 2010, conjugue les efforts de 23 Etats pour augmenter lefficacité énergétique, développer les sources dénergie propre et améliorer laccès à ce type dénergie. Le Réseau international daction pour les réseaux électriques intelligents (ISGAN) constitue des partenariats mondiaux sur les réseaux électriques intelligents, et axe ses travaux sur les politiques, les normes et la réglementation, les modèles économiques et de financement, le développement des technologies et des systèmes, la participation des utilisateurs et des consommateurs, ainsi que sur les compétences et connaissances des professionnels concernés. Depuis 2006, la Commission européenne met en place en collaboration avec lindustrie et le milieu de la recherche un Plan stratégique européen pour les technologies énergétiques. Daprès ce plan, il est possible de réduire considérablement lempreinte carbone de lEurope par les moyens suivants: léolien et le solaire, les réseaux délectricité, la bioénergie, la capture et le stockage du carbone, lénergie nucléaire durable, les piles à combustible et lhydrogène, ainsi que les villes intelligentes. Aux Etats-Unis, le gouvernement actuel a dressé les grandes lignes dun projet visant à doubler lutilisation des énergies propres dici à 2035 et à mettre en circulation un million de véhicules électriques dici à 2015, afin dassurer lapprovisionnement énergétique du pays dans lavenir. La loi de 2007 sur lindépendance énergétique et la sécurité (Energy Independence and Security Act) prévoit la mise en place de politiques et dinitiatives visant à moderniser les réseaux de transmission et de distribution du pays. Le Japon encourage lutilisation de ressources renouvelables, construit linfrastructure nécessaire aux véhicules électriques et met en place de nouveaux services utilisant les réseaux électriques intelligents. Dans le cadre de son plan de relance de 2008, la Chine investit massivement dans lamélioration de la capacité et de la fiabilité de ses réseaux électriques, ce qui devrait permettre dintégrer les énergies renouvelables dans le réseau électrique du pays et daméliorer lefficacité énergétique. En République de Corée, laccent est mis sur la surveillance de la consommation énergétique et laugmentation de la production délectricité à partir de sources vertes. Vers des réseaux électriques «intelligents» Lutilisation de sources dénergie renouvelables rend plus difficile la prévision du fonctionnement des systèmes électriques. Ceux-ci doivent donc avoir une nouvelle capacité de surveillance et de commande, ce qui est possible au moyen des TIC. Le but est de modifier la structure de commande et de contrôle dun réseau électrique traditionnel de manière à en faire un réseau électrique intelligent, capable de communication et dinteraction. «Cest essentiellement lextension des fonctions de surveillance et de commande, au moyen de dispositifs intelligents et dun réseau capillaire de communication, qui permet dajouter une dimension intelligente au réseau électrique», soulignent Carlo Tornelli et Gianluigi Proserpio, de Ricerca sul Sistema Energetico (RSE SpA), Milan. Combien de noeuds comportera un réseau électrique intelligent, et quelle en sera lempreinte énergétique? LItalie, qui représente environ 10% de la population et de la consommation délectricité de lEurope, permet den avoir une bonne idée, lopérateur Telecom Italia ayant publié des informations détaillées sur lempreinte énergétique des segments de réseau quil exploite. LItalie compte 60 millions dhabitants pour une superficie de 301000 kilomètres carrés et environ 8000 communes. On y dénombre plus de 30 millions dabonnés au service de distribution de lélectricité et près de 20 millions aux services de télécommunication fixes. La consommation délectricité de lItalie sélève à 317 TWh par an. Lélectricité y est produite principalement par une centaine de grandes centrales et quelque 4000 centrales traditionnelles plus petites (thermiques ou hydrauliques). Lélectricité circule dans des lignes de transmission à haute tension, reliées, par lintermédiaire de centaines de sous-stations à haute tension, et au sein dun réseau à maillage, à environ 3000 sous-stations de transformation à haute ou moyenne tension et, à partir de là, à plus de 400000 sous-stations à haute ou moyenne tension. Plus de 30 millions de compteurs intelligents automatisés ont été installés au domicile ou au siège des clients. «La technologie intelligente mise en place afin daméliorer lefficacité des réseaux électriques et léquilibre entre loffre et la demande réduit les besoins en générateurs dappoint. Par ailleurs, la gestion de la demande et le perfectionnement des systèmes de stockage apportent la flexibilité requise pour exploiter des sources dénergie renouvelables discontinues», précise Paolo Gemma, expert principal chez Huawei. Courants électriques bidirectionnels Le segment de distribution, au niveau duquel sont connectés les utilisateurs finals, est celui sur lequel le développement du réseaux électrique intelligent a le plus dincidence. Il sagit dincorporer des générateurs épars de petite ou de moyenne taille et de gérer des courants électriques bidirectionnels dans un réseau conçu pour un courant unidirectionnel. Ce nouveau canal de communication bidirectionnel avec les consommateurs sert au recueil de données et au transport dinformations et permet de réagir en temps réel aux conditions du réseau en pratiquant la tarification dynamique et le délestage électrique. Il peut notamment être utilisé pour informer les fournisseurs délectricité de la consommation de certaines installations et de lemplacement de la nouvelle source délectricité résultant du branchement de véhicules électriques. Lincidence attendue des véhicules électriques rechargeables sur le stockage dénergie mérite dêtre relevée. En raison de leur grande capacité de stockage, ils constituent pour le réseau une source potentielle délectricité importante. Au cours de la première grande vague de commercialisation des véhicules électriques, les véhicules électriques rechargeables et les véhicules électriques hybrides seront utilisés uniquement comme sources dappoint en raison des contraintes techniques que présentent les véhicules. Pour utiliser les véhicules électriques à grande échelle, il sera nécessaire de gérer les opérations de chargement et de déchargement de manière judicieuse afin de sadapter aux fluctuations de la charge du réseau, notamment en interrompant le chargement ou en en diminuant la vitesse, voire en récupérant de lénergie, lorsque des événements critiques se produiront sur le réseau. Naturellement, cette utilisation des véhicules électriques ne pourra se faire sans laccord de leur propriétaire. Les incitations économiques et la tarification en temps réel constituent des solutions réalistes pour convaincre les clients de participer à la gestion de lénergie. Utilisation des TIC pour la gestion du réseau électrique Pour rendre le réseau électrique plus intelligent, il sera nécessaire dinnover en ce qui concerne lemploi des technologies de communication existantes dans le fonctionnement de linfrastructure électrique qui, à ce jour, repose sur une hiérarchie fondée sur loffre. Jusquà présent, les infrastructures de communication ont joué un rôle avant tout dans la partie supérieure de la hiérarchie du réseau électrique, au niveau des centrales de production ou des sous-stations, par exemple, et leur utilisation fait appel à des réseaux ad hoc, tels que les faisceaux hertziens. Les réseaux de demain, en revanche, devront intégrer un très grand nombre de compteurs intelligents et de capteurs au niveau du segment de distribution, les sites et les habitations fonctionnant avec des ressources énergétiques distribuées (DER) afin de prendre en charge lajustement à la demande, la production distribuée et les applications économes en énergie. Cela générera la production croissante de grandes quantités dinformations qui seront prises en compte dans la gestion du réseau. La diversité des applications et des fournisseurs délectricité au sein de la structure distribuée dun réseau électrique intelligent requiert la mise en place dune architecture axée sur les services. De nouvelles normes seront nécessaires pour les technologies de transmission, la domotique et la mobilité électrique. Selon Malcolm Johnson, Directeur du Bureau de la normalisation des télécommunications de lUIT, «on sait que les appareils utilisés dans les habitations et dautres bâtiments sont une source de gaspillage, en raison soit de la manière dont ils sont utilisés, soit de normes defficacité insuffisantes, quil convient encore daméliorer. Lutilisation des réseaux domestiques et des TIC pour gérer lénergie conduira à une augmentation de la consommation, même si les TIC permettent de réduire une partie des dépenses». Les réseaux domestiques fonctionnent principalement à laide de la technologie Wi-Fi, mais celle-ci est relativement chère à mettre en oeuvre et trop gourmande en électricité pour permettre le fonctionnement sur batterie dapplications peu coûteuses commandées à distance. Le Bluetooth est utilisé pour le fonctionnement de certains systèmes de télécommande et de certains périphériques dordinateur personnel haut de gamme, mais présente les même inconvénients que le Wi-Fi: il est relativement cher et son autonomie est limitée. Le Z-Wave est un protocole de communication hertzien propriétaire, conçu pour les applications commandées à distance dans un environnement résidentiel ou commercial. Il est intégré, dès leur conception ou ultérieurement, à des systèmes ou des dispositifs électroniques tels que léclairage, les contrôles daccès, les systèmes de divertissement et les appareils ménagers. Par opposition à dautres technologies de réseaux hertziens, comme le Bluetooth ou les LAN hertziens, Z-Wave et ZigBee (une technologie hertzienne à courte portée) se caractérisent par une consommation délectricité et des débits de données relativement faibles. Le réseau par courants porteurs en ligne sest révélé une technologie de communication fiable pour la distribution large bande, à un niveau de qualité approprié aux technoloisirs, de vidéos haute définition, de jeux, daccès Internet et autres applications domestiques. Cependant, les fournisseurs doivent sefforcer doptimiser les performances énergétiques du réseau, dont la consommation demeure particulièrement élevée. Avec un débit et une largeur de bande plus faibles, cette technologie au demeurant fiable permettrait aux réseaux domestiques de communiquer avec des compteurs électriques intelligents, ce qui donnerait aux consommateurs la possibilité de contrôler et de gérer leur consommation délectricité. Dautres technologies dinterface pourraient être mises en oeuvre pour permettre une communication optimale entre le compteur et lutilisateur. Parmi les initiatives dans ce domaine, on peut citer les normes UIT-T G.hn (Recommandations UIT-T G.9960-G.9964 et mécanisme de coexistence spécifié dans la Recommandation UIT-T G.9972) et UIT-T G.hnem (Recommandations UIT-T G.9955 et G.9956), lIEEE 1901, la MoC (Multimedia over Coax Alliance) et lUniversal Powerline Association. La norme G.hnem (Recommandations UIT-T G.9955 et G.9956), en particulier, définit une famille de trois normes relatives aux communications bande étroite à courants porteurs en ligne de prochaine génération. Les Recommandations UIT-T G.9955 et G.9956 ont pour objet de pouvoir assurer des communications en intérieur ou en extérieur sur des lignes basse tension ou sur des lignes moyenne tension, passant par des transformateurs basse tension-moyenne tension ou par des transformateurs moyenne tension-basse tension, aussi bien en zone urbaine quen zone rurale sur de longues distances. Cette Recommandation traite des applications de comptage via le réseau électrique, dune infrastructure de comptage évoluée et dautres applications de réseau électrique intelligent comme le rechargement des véhicules électriques, la domotique et des scénarios de communication dans les réseaux domestiques. Ces normes prennent en compte la compatibilité électromagnétique et les techniques datténuation, définies en collaboration avec le Secteur des radiocommunications de lUIT (UIT-R). Elles permettent dassurer un haut niveau de compatibilité avec les services de radiocommunication et de protéger ces services des émissions provenant des systèmes de communication à courants porteurs en ligne. En outre, la Commission détudes 5 de lUIT-T élabore actuellement une Recommandation ayant pour objet de fournir une méthodologie dévaluation des effets des projets TIC sur le plan environnemental. Cette Recommandation fournira des spécifications concernant les principes, les prescriptions et les méthodes applicables pour quantifier, surveiller et relever les réductions des émissions de gaz à effet de serre, les économies de consommation dénergie et les progrès en matière defficacité énergétique, que des projets TIC tels que les réseaux électriques intelligents auront permis deffectuer. Concernant les sous-stations à moyenne et basse tension, les connexions hertziennes existantes ne seront pas suffisantes pour faire face au renforcement des exigences en matière de qualité de service et à laugmentation de la charge de trafic dus à la mise en place de systèmes de mesure ainsi quà la commande et à la surveillance du flux dinformations parcourant linfrastructure de gestion distribuée du réseau intelligent. Il conviendra de moderniser les sous-stations en les faisant passer au 3G (IMT-2000) et, à terme, au 4G (IMT évoluées) ou aux technologies filaires. Il est nécessaire de disposer de normes qui énoncent des lignes directrices en matière de conception et des prescriptions sur les économies dénergie pour les dispositifs et les installations TIC de prochaine génération. LUIT-T devrait se charger de cette tâche, dans le cadre de son Activité conjointe de coordination sur les réseaux électriques intelligents et les réseaux domestiques et de la Commission détudes 5 (Environnement et changement climatique), en coopération avec les principaux organismes de normalisation dans les secteurs des TIC et de lélectricité. Perspectives — lAfrique et au-delà Les réseaux électriques intelligents ont un rôle important à jouer dans le déploiement des nouvelles infrastructures électriques dans les pays en développement et les économies émergentes, car ils peuvent permettre de rendre lexploitation plus efficace et de réduire les coûts. Toutefois, si les pays en développement ont intérêt à construire un réseau électrique intelligent, cest davantage pour gérer la demande de pointe et empêcher le vol délectricité que pour atteindre des objectifs sur le plan environnemental. En Afrique subsaharienne, lénergie hydraulique représente actuellement 45% de la production délectricité, ce qui nest quune petite fraction des ressources colossales potentiellement exploitables. LAfrique possède également un fort potentiel en matière dénergie solaire. Lexploitation de ces ressources demanderait dénormes investissements dans les centrales électriques et lélectrification. En Tunisie, le projet Tunur, oeuvre de la Fondation DESERTEC, constitue un bon exemple dexploitation de lénergie solaire en Afrique. Tout progrès significatif en matière daccès à lélectricité, en particulier dans les zones rurales et isolées, passe presque obligatoirement par la production délectricité décentralisée, qui repose souvent sur lexploitation de sources dénergie renouvelables. Cependant, dans de nombreux pays en développement, le fait que la mise de fonds nécessaire pour exploiter les énergies vertes soit plus élevée que dans le cas des énergies fossiles risque de constituer un obstacle à lutilisation des énergies renouvelables à grande échelle. Linvestissement dans les sources dénergie renouvelables et la réduction de lempreinte carbone du secteur de lénergie à laide des TIC requiert ladoption dune approche à long terme.
Posted on: Wed, 23 Oct 2013 00:36:28 +0000
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