Thème 8 : Capteurs et objets connectés au service de l observabilité et du pilotage du réseau public de distribution d électricité

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1 Concours ERDF de l innovation 2015 «Réseaux Electriques Intelligents» Thème 8 : Capteurs et objets connectés au service de l observabilité et du pilotage du réseau public de distribution d électricité 1. Introduction ERDF Direction Interrégionale Manche - Mer du Nord est à la recherche de solutions innovantes pour améliorer l observabilité et le pilotage du réseau public de distribution d électricité grâce à l utilisation de capteurs et d objets connectés. 2. Le Réseau Public de Distribution d électricité en France - Profil d ERDF ERDF est le gestionnaire de 95 % des réseaux publics de distribution d électricité en France. Avec 35 millions de clients desservis et plus de km de lignes électriques, ERDF est l un des principaux acteurs du marché de l énergie par le volume de son activité et par la valeur du patrimoine géré. L entreprise, qui emploie salariés sur l ensemble du territoire, a pour missions de garantir la qualité et la sécurité de la distribution d électricité, ainsi que l accès non discriminatoire au réseau pour tous les acteurs du marché. Exercées sous le contrôle de la Commission de régulation de l énergie (CRE) et des collectivités territoriales concédantes, propriétaires du réseau de distribution, les missions d ERDF sont encadrées par un contrat de service public et financées par le tarif d acheminement (TURPE) acquitté par tous les utilisateurs du réseau. - Le réseau public de distribution au sein du système électrique français Le fonctionnement du réseau électrique ressemble à celui du réseau routier : autoroutes, nationales, départementales, chemins vicinaux... Grâce à ce maillage interconnecté, tout le territoire peut être desservi. Le réseau est géré par 2 opérateurs : RTE (Réseau de Transport d Électricité) pour le transport d électricité sur les longues distances, ERDF pour sa distribution jusqu aux consommateurs. ERDF, Électricité Réseau Distribution France 1

2 L électricité produite par les centrales est d abord acheminée sur de longues distances dans des lignes à haute tension (HTB) gérées par RTE. Elle est ensuite transformée en électricité à la tension HTA (généralement volts) pour pouvoir être acheminée par le réseau de distribution géré par ERDF. Cette transformation intervient dans les postes sources. Une fois sur le réseau de distribution, l électricité haute tension HTA alimente directement les clients industriels. Pour les autres clients (particuliers, commerçants, artisans...), elle est convertie en basse tension (BT) par des postes de transformation (postes de distribution publique) avant d être livrée. Au final, la qualité de l alimentation en électricité des utilisateurs du réseau est donc le résultat de la qualité de tout ce parcours. Eléments de volumétrie - 1,3 million de kilomètres de lignes, postes de transformation HTA/BT, sites de production raccordés au réseau, postes sources ERDF (interfaces avec le réseau de transport géré et exploité par RTE), - 35 millions de clients desservis. ERDF, Électricité Réseau Distribution France 2

3 3. Contexte Autrefois uniquement chargé de distribuer l électricité depuis les centres de productions jusqu aux utilisateurs finaux, le réseau doit s adapter à de nouveaux usages et moyens de production locaux. Il évolue ainsi pour accompagner l essor des énergies renouvelables, le développement de la mobilité électrique et l évolution des modes de consommation, tout en garantissant la qualité et la sécurité pour tous les utilisateurs, ainsi que la sûreté du système électrique. L électricité ne se stockant pas sans conversion et dans des conditions économiques industriellement satisfaisantes, sa production et sa consommation doivent être équilibrées en temps réel, à tout moment. Avec la montée en puissance de nouveaux modes de production et de consommation de l électricité, le système électrique doit être en capacité à prendre en compte : - une production décentralisée en forte croissance ; - une gestion d une production intermittente et peu prévisible à la maille locale ; - des risques accrus de surtensions et de congestions locales ; - un accueil de nouveaux usages comme l électromobilité tout en maîtrisant la pointe de la demande électrique. Afin de relever ces défis, les réseaux de distribution d électricité se dotent de nouvelles fonctionnalités s appuyant sur les technologies numériques pour améliorer leur observabilité et apporter de la flexibilité dans leur pilotage : il s agit des réseaux électriques intelligents ou «smart grids» Maîtrise des consommations d électricité Grâce au déploiement du compteur communicant Linky comme 1 ère brique des réseaux électriques plus intelligents, les clients pourront suivre et gérer plus facilement leurs consommations d électricité. De nouveaux services seront ainsi possibles : - factures calculées sur la consommation quotidienne réelle ; - interventions réalisées à distance (relevé des compteurs, changement de puissance, mise en service...) en moins de 24 heures ; - réalimentation en électricité plus rapide grâce à un diagnostic facilité ; - accès sécurisé à ses informations de consommation électrique via ordinateurs, tablettes, Smartphone, TV...) ; - pilotage à distance d équipements électriques (chauffage, chauffe-eau, lave-linge...). ERDF, Électricité Réseau Distribution France 3

4 Le traitement automatisé et sécurisé des données permettra aux fournisseurs d énergie de développer de nouvelles offres mieux adaptées aux attentes de leurs clients. Intégration des énergies renouvelables Aujourd hui, le consommateur peut aussi être producteur d électricité (installation de panneaux photovoltaïques par exemple). Le réseau doit par conséquent prendre en compte la circulation de l électricité dans les deux sens : collecter l électricité produite d un côté et distribuer celle à consommer de l autre, comme illustré dans le schéma ci-dessous. Le réseau intelligent permet de contrôler et d éviter les surtensions et sous-tensions qui pourraient entraîner des pannes. Depuis cinq ans, le nombre des producteurs d énergie photovoltaïque et éolienne a décuplé. Ils devraient être 1 million d ici ERDF s est donc engagée dans la modernisation du réseau pour l adapter à cette nouvelle charge. Développement de l électromobilité De nouveaux usages de l électricité émergent : 2 millions de véhicules électriques pourraient circuler en France d ici La recharge de ces véhicules sera mobile et imprévisible : au domicile du conducteur le soir, au bureau, dans la rue, sur un parking ou même sur la route des vacances. ERDF ERDF, Électricité Réseau Distribution France 4

5 mettra à disposition la puissance et la qualité d électricité nécessaires à une recharge optimale partout et à tout moment. Pour accompagner ce développement, ERDF a pour mission de raccorder de nouvelles infrastructures de recharge en collaboration avec les collectivités locales. L entreprise apporte son expertise pour aider à créer la ville et développer l urbanisme de demain. 4. Le déploiement progressif d une «intelligence» sur le réseau de distribution Sur les réseaux «moyenne tension» (HTA), ERDF a déjà développé des outils «smart» depuis une vingtaine d années : logiciels de mesure et d action à distance, détection automatique des défauts, fonction d «auto-cicatrisation» du réseau par voie informatique, etc. Ces fonctions s appuient sur plus de appareils télécommandés, déjà déployés sur le réseau. Cette «intelligence» doit maintenant se généraliser sur l ensemble des réseaux HTA mais également basse tension (BT) afin d apporter des réponses adaptées notamment à une variabilité croissante de la production et de la consommation associée au développement des énergies renouvelables, massives sur le réseau HTA et diffuses sur le réseau BT, ainsi qu à celui de la recharge des véhicules électriques, Notamment, le déploiement des 35 millions de compteurs communicants Linky, comme autant de capteurs sur le réseau de distribution BT, va améliorer son observabilité et son pilotage, permettre un suivi de la qualité de l onde électrique, aider à la détection des incidents, limiter les temps de coupure, etc. Le déploiement du comptage communicant pourrait néanmoins être complété sur l ensemble des équipements du réseau de distribution par la mise en place de capteurs communicants permettant de développer des automatismes, des systèmes de prévision, de diagnostic, de supervision et d optimisation de la gestion et de la conduite des réseaux. 5. Les objets connectés au service de l observabilité et du pilotage du réseau de distribution Les objets connectés sont susceptibles d'envoyer des informations sur leur état, en temps réel ou non, ou d'être sollicités pour effectuer une action, conformément à cinq caractéristiques clés qui leur sont associés : Identification, Sensibilité, Interactivité, Représentation Virtuelle et Autonomie. - Identification : par type ou par entité, avec code numérique, adresses IP, etc. - Sensibilité : communication de l objet sur son état ainsi que sur son environnement (température, humidité, ou géolocalisation). - Interactivité : objets "passifs" ou "actifs" - Représentation virtuelle (possibilité pour un programme d'agir au nom d'un objet physique auquel il est rattaché) : cyber-objet ou agent virtuel. - Autonomie : fonctionnement des objets de manière individuelle, indépendamment d'un contrôle à distance. Dans le domaine de la distribution d électricité, l intégration des objets connectés et leur interaction entre eux pourraient permettre d améliorer l interactivité avec les équipements du réseau électrique, de déployer une «intelligence locale», de donner de la visibilité sur le réseau, de développer des outils de en assurant une capacité de traitement déporté des informations, des applications d aide à la décision, à la gestion du patrimoine etc. voire des systèmes automatiques de pilotage. ERDF, Électricité Réseau Distribution France 5

6 6. Besoins d ERDF L intégration d objet connectés pour améliorer l observabilité et le pilotage du réseau de distribution devra permettre d apporter des réponses fiables et compétitives aux problématiques liées à : - La maintenance prédictive des équipements (ex. transformateurs), - La gestion des incidents, - L optimisation de l utilisation des équipements, - La maîtrise de la qualité de l onde électrique, - L observation de l état du réseau, - L optimisation de la gestion des flux d électricité, - etc. 7. Contraintes Les solutions proposées devront démontrer leur robustesse en termes de : Respect de la sécurité des biens et des personnes ainsi que des exigences normatives sur la qualité de l électricité distribuée (ex. tension, fréquence) ; Prise en compte de la plage de fonctionnement et de l aptitude à la fonction des équipements du réseau électrique ; Maîtrise des enjeux de collecte et de traitement des données produites et enregistrées par les objets connectés, au regard notamment des aspects liés à la cybersécurité et à l interopérabilité des solutions déployées. ERDF, Électricité Réseau Distribution France 6