N 13 - ÉNERGIE, LE LABORATOIRE DE L'OUTRE-MER INFORMATIONS COMPLÉMENTAIRES Les smart grids. La problématique des réseaux électriques interconnectés existe depuis longtemps. Elle est loin l époque où une centrale productrice se contentait de fournir la région alentour. Les réseaux sont interconnectés depuis longtemps, afin de gérer les variations de production et de consommation. À l heure d introduire les énergies renouvelables en masse dans les sources électriques d énergie, une flexibilité de plus en plus grande est nécessaire, pour garantir la continuité de l approvisionnement avec des sources intermittentes (éolien, solaire). L idée pour concevoir ces nouveaux réseaux dits intelligents «smart grids» est de conjuguer les atouts des réseaux physiques de l électricité et des réseaux informatiques. Pour une fois, ce ne sera pas à la seule production d électricité de s adapter à la demande. Avec l implantation de compteurs «intelligents» (Linky, en cours de déploiement en France), la possibilité sera aussi offerte au consommateur de s adapter à l offre. Les industriels pourront lancer des opérations lorsque le vent souffle et que les éoliennes tournent. Les particuliers retarderont le lancement d un sèche-linge si les nuages viennent couvrir les capteurs solaires. Les capteurs intelligents sont censés permettre à l utilisateur de découvrir sa consommation électrique en temps réel, afin de l optimiser. De nombreux acteurs du monde des réseaux informatiques se sont déjà lancés dans la course : Google, Cisco, Microsoft. Les risques de pertes des données personnelles sont d ores et déjà mis en avant par les associations de consommateurs. Des efforts en recherche et développement seront nécessaires pour mettre en place de nouvelles liaisons très haute tension et basse tension, adaptées aux nouvelles sources d énergie. De nouvelles formes de stockage devront également voir le jour. Ces efforts seront mis en œuvre à la suite de l harmonisation et de la standardisation des normes. Évidemment, ces réseaux ne sauraient se limiter à des frontières nationales. Les smart grids nationaux s incluront dans une perspective continentale : les super grids. 1
MÉDIAGRAPHIE Le site de la Commission de régulation de l énergie, dédié aux smart grids : www.smartgrids-cre.fr Un article écrit par le directeur délégué de la R&D d EDF sur les smart grids : http://www.paristechreview.com/2011/07/07/smart-grids-intelligence-reseauxelectricite-decarbonee/ Un article de Clean Tech Republic : http://www.cleantechrepublic.com/2009/05/20/limmense-chantier-du-smart-grid/ POINTS DE PROGRAMME D ENSEIGNEMENT Physique, première S Agir, convertir l énergie et économiser les ressources, les ressources énergétiques renouvelables ou non. Sciences, première ES, première L Le défi énergétique, optimisation de la gestion et de l utilisation de l énergie. Physique, troisième Énergie électrique et circuits électriques en «alternatif», de la centrale électrique à l utilisateur. PISTES PÉDAGOGIQUES En première S, le professeur de sciences physiques pourra utiliser cette affiche comme conclusion du chapitre sur les types d énergie. Les perspectives d innovation seront présentées et pourront faire l objet d une étude documentaire. En première ES et L, le professeur de sciences profitera de l aide de cette affiche pour offrir une ouverture à la fin du chapitre sur l optimisation de la gestion et de l utilisation de l énergie. Les élèves pourront, à l occasion d un exposé en classe par exemple, décrire les voies de développement en cours sur le sujet. 2
Proposition d activité : première ES et L 1. Relève sur l affiche les différentes pistes de recherche et de développement dans le domaine des énergies renouvelables. Précise de quel type d énergie il s agit. Les vagues électrogènes en surface, utilise l énergie mécanique de la mer pour la transformer en courant électrique. On l appelle l énergie houlomotrice. Les vagues électrogènes sous la mer, utilise les mouvements sous-marins pour la transformer en électricité via une pression d eau. Entre chaud et froid, l énergie de la mer utilise les variations de températures entre les différentes profondeurs de l océan pour produire de l électricité. On l appelle l énergie thermique de la mer. Équilibrer offre et demande d électricité, en mettant en place des réseaux intelligents. Il ne s agit pas à proprement parler d un type d énergie mais de la gestion de l électricité. 2. À partir du texte suivant, rédige un court texte décrivant le principe et les objectifs des smart grids. «Un besoin fort de flexibilité qu il va falloir gérer : c est la nouvelle intelligence demandée aux réseaux. Ainsi le souci d optimisation des investissements et l insertion massive des ENR conduisent à vouloir disposer de flexibilité, en particulier au niveau de la demande, flexibilité qu il faut développer (sur les équipements existants) ou créer (sur des nouveaux équipements). La nouvelle intelligence que l on doit maintenant introduire dans les réseaux est celle qui rend possible la gestion de cette flexibilité, à tous les niveaux (européen, national, local), en prenant en compte les contraintes propres à chaque niveau et les interactions qu ils ont entre eux. Évolution et rupture dans le domaine technique et technologique : des recherches et développements à conduire sur les réseaux et les nouveaux équipements qui y seront raccordés (stockage ). Tout d abord au niveau des réseaux, l impact va toucher les deux bouts de la chaine, à savoir les réseaux THT (très haute tension) et les réseaux BT (basse tension). Les réseaux THT avec le développement des liaisons à courant continu, nécessaires pour acheminer l énergie des grandes fermes éoliennes offshore ou des centrales solaires situées dans les déserts. Outre le fait que ces liaisons continues sont parfois techniquement incontournables (par exemple quand il est nécessaire de passer sous la mer : cf. le cas du câble France-Angleterre), elles sont même parfois plus économiques en liaison terrestre que des liaisons aériennes à courant alternatif (ceci à partir de 600-800 km puisqu elles ne nécessitent que deux câbles au lieu de 3 ce qui compense le cout des stations de conversion alternatif-continu). Il s agit de technologies en développement qui vont impacter fortement le futur des réseaux THT. À l autre bout de la chaine, les réseaux de distribution sont les plus impactés et ce pour plusieurs raisons. 3
À ces réseaux sont connectées des installations de production ENR (notamment photovoltaïques sur les toits), installations pour lesquelles ils n ont pas été conçus. Cela pose des questions comme le contrôle de la tension ou la définition des plans de protection. À ce jour, dans le sud de la France par exemple, les installations photovoltaïques posent des problèmes de tension haute qui pourraient conduire à les déconnecter durant certaines périodes. Évolution et rupture dans le domaine du client et de sa place dans le système électrique : le client acteur du système électrique au même titre que le producteur traditionnel, un nouveau type de relation fournisseur d énergie-clients? Dans le nouveau système électrique caractérisé par la flexibilité et la décentralisation, le client devient pleinement acteur du système. En effet, il peut être producteur (PV sur son toit), détenteur de capacité de stockage (avec son véhicule électrique par exemple), et peut moduler sa demande (s il dispose par exemple d un ballon d eau chaude, ou d une installation de chauffage bi-énergie, électricité gaz par exemple). Ces capacités lui permettent de contribuer à tous les niveaux : à l équilibre général offre/demande, et/ou à la levée des contraintes de réseaux, régionales ou locales. Il peut également participer à la couverture des aléas et à leur traitement (par exemple réduire sa consommation en temps réel en cas de perte fortuite de groupes de production). Une chose peut cependant être acquise pour quasi certaine, c est que le mode de relation entre les clients et leurs fournisseurs d électricité sera profondément modifié. C est là, très probablement, la rupture majeure induite par les smart grids. Il faut cependant noter que pour que les clients puissent jouer un rôle dans le système électrique, il faut disposer des infrastructures de télécommunications qui permettent les échanges d informations entre le client et les autres acteurs. Dans cette optique, le développement des programmes de smart meter (compteurs intelligents) est évidemment essentiel. Évolution et rupture dans le domaine industriel : définir des normes et favoriser l innovation chez les constructeurs d équipements électriques. La mise en place de cette nouvelle intelligence des réseaux conduit à des investissements très importants. Mais tout ceci ne se réalisera que s il y a émergence de normes et de standards. En effet, si l on souhaite une baisse des couts des matériels, il faut que les industriels aient un large marché (la problématique des ENR est une problématique mondiale) ; l émergence de normes est donc une évidente nécessité. Les normes sont également indispensables pour que les industriels développent des appareils innovants, utilisateurs d énergie électrique conduisant à des usages flexibles. Il faut également qu ils puissent amortir leur cout de développement sur de grandes quantités. La normalisation est donc indispensable au développement des smart grids.» Extrait de «Les smart grids : une nouvelle forme d intelligence dans les réseaux pour rendre possible une électricité décarbonnée» par Bernard Delpech, paru dans ParisTech Review. 4
3. Le texte de la question précédente mentionne la création et l implantation chez les abonnés des réseaux électriques de compteurs intelligents. Grâce à une recherche documentaire, dresse la liste des fonctionnalités de ces compteurs et explique les réticences de certaines associations à leur installation. Un compteur intelligent (aussi appelé «communicant» ou «smartmeter»en anglais) a pour objectif d informer en temps réel sur la communication d électricité. Les indications des compteurs sont transmises à l opérateur via internet ou téléphone. Du côté du fournisseur d électricité, il permet un gain de personnel en n ayant plus à relever les indications du compteur. Du côté du consommateur, il permet de repérer les pics de consommation. Ainsi l utilisateur peut décaler ses usages pour profiter de tarifs plus intéressants. Mais tout ceci est théorique. Pour le moment, dans les faits, les compteurs sont capables d indiquer la consommation jour par jour et pas par tranche horaire plus fine. L intérêt pour les consommateurs est donc encore mince. Les associations de consommateurs s inquiètent de l utilité réelle de ces compteurs pour la réduction de la facture. Elles s inquiètent également du respect des données de la vie privée. En effet, les capteurs associés aux compteurs intelligents permettent de déterminer à quelle heure l utilisateur se lève, lance son grille-pain et son café, quand il écoute la radio dans la salle de bain et s il préfère lire un livre ou regarder la télévision le soir. Dernière crainte levée par les associations : la santé. En effet, les ondes émises par les compteurs pour transmettre les données sont de même nature que celles des portables. Pour l heure, après une expérimentation sur 250 000 foyers français, il a été décidé d installer des compteurs intelligents de manière généralisée. Le chantier devrait s achever en 2020. AUTEURS Conception de l'affiche : Gégory Syoën Accompagnement pédagogique : Agnès Deslis PANNEAU RÉALISÉ AVEC LE CONCOURS DE : EDF Copyright Scérén-CNDP, 2011 5