Association événement OSE, Smart Grids et stockage. Innovation et perspectives, Paris, Presses des Mines, 2013. TRANSVALOR - Presses des MINES, 2013 60, boulevard Saint-Michel - 75272 Paris Cedex 06 - France presses@mines-paristech.fr www.pressesdesmines.com ISBN : 978-2-35671-043-7 Dépôt légal : 2013 Achevé d imprimer en 2013 (Paris) Tous droits de reproduction, de traduction, d adaptation et d exécution réservés pour tous les pays.
Smart Grids et stockage Innovations et perspectives
Collection Développement durable Dans la même collection : Ouvrage coordonné par Gilles Guerassimoff, Nadia Maïzi Smart Grids. Au-delà du concept comment rendre les réseaux plus intelligents Benjamin Israël Quel avenir pour l industrie dans les places portuaires? Association Événement OSE Eau et Énergie Ouvrage coordonné par Bruno Duplessis et Charles Raux Économie et développement urbain durable 2 Ouvrage coordonné par Gilles Guerassimoff, Nadia Maïzi Eau et Énergie : destins croisés Christophe Gobin Réussir une construction en éco-conception Ouvrage coordonné par Jean Carassus et Bruno Duplessis Économie et développement urbain durable 1 Modèles économiques appliqués à la ville Carbone et prospective Colloque international organisé conjointement par la Chaire Modélisation prospective et l ETSAP Ouvrage coordonné par Gilles Guerassimoff et Nadia Maïzi Îles et énergie : un paysage de contrastes
Association événement OSE Smart Grids et stockage Innovations et perspectives
Congrès OSE 12 ème édition «Smart Grids et Stockage : Innovations et Perspectives» Agora Einstein de Sophia Antipolis le 27 septembre 2012 Congrès organisé par les étudiants du Mastère Spécialisé OSE Mines ParisTech Campus de Sophia Antipolis
5 SOMMAIRE Sommaire 5 Ouverture du congrès 6 Allocution d ouverture d Adrien WACZIARG, 6 Présentation du Mastère Spécialisé OSE par Sébastien POSTIC 6 Premier cycle de conférences «Projets Smart Grids et stockage : quelles innovations?» 7 Smart Grids et stockage : innovations et perspectives? 8 Smart Grids et stockage : état des lieux 12 Les projets actuels de trois grandes entreprises du secteur 17 Table ronde Perspectives d innovation : les technologies d avenir 35 Présentation par la CCI Nice Côte d Azur des entreprises exposant sur le salon 47 Second cycle de conférences «Economie, régulation et développement international» 51 Quelques impacts du stockage sur le mix énergétique 52 Quel plan de mise en œuvre du stockage d énergie en France? 58 Couplage d énergies renouvelables stockage : quelles opportunités pour la coopération méditerranéenne? 69 Smart Grids : au-delà du concept, comment rendre les réseaux plus intelligents? 74 Table ronde : Perspectives à l international des Smart Grids et du stockage de l énergie 76 Clôture du congrès 85 Nadia MAÏZI 85 Adrien WACZIARG 86 Table des Matières 87
6 OUVERTURE DU CONGRES Allocution d ouverture d Adrien WACZIARG, Président de l Association Evènement OSE Je vous souhaite la bienvenue à notre congrès. Je tiens à remercier les intervenants et les exposants qui ont accepté notre invitation, ainsi que nos sponsors sans lesquels cet événement n aurait pu être organisé : la Communauté d Agglomération de Sophia Antipolis, la CNR, ERDF, EDF et la Région Provence Alpes Côte d Azur. Je remercie également tout particulièrement la CCI Nice Côte d Azur pour sa contribution très active et pour nous avoir introduits auprès des entrepreneurs du département des Alpes-Maritimes. Nos remerciements vont aussi à la Faculté des Métiers de Cannes qui vous a réservé le meilleur accueil ce matin et qui va assurer le traitement des questionnaires de satisfaction qui vous ont été distribués et que nous vous invitons à remplir. Je tiens enfin à adresser mes chaleureux remerciements à l équipe du Centre des Mathématiques Appliquées et aux membres de l Association Evènement OSE composée des élèves du Mastère Spécialisé en Optimisation des Systèmes Energétiques (Mastère Spécialisé OSE) des Mines ParisTech. Ce congrès OSE 2012 est le fruit d une année entière de travail de la part de cette équipe passionnée et talentueuse, merci à vous. Présentation du Mastère Spécialisé OSE par Sébastien POSTIC Elève du Mastère Spécialisé OSE Le Mastère Spécialisé OSE est organisé par le Centre des Mathématiques Appliquées des Mines ParisTech (CMA) qui regroupe 25 chercheurs et doctorants. Il est spécialisé dans les mathématiques de contrôle et d optimisation énergétique, ainsi que dans les thématiques de prospective énergétique. Nous étions cette année 21 élèves dans le Mastère Spécialisé OSE. Notre formation s est composée de 6 mois à Sophia Antipolis, puis de 6 mois passés en entreprise. L un des crédos du Mastère est d apprendre tout en étant un vecteur de diffusion du savoir. Dans cette perspective, nous avons donc conduit plusieurs actions pendant l année. Nous avons notamment effectué des présentations dans des lycées, écrit un ouvrage dont nous vous reparlerons durant la journée, et publié un journal sur la thématique de l énergie. Nous terminons notre cursus avec le congrès que nous vous proposons aujourd hui. La matinée de ce congrès sera consacrée essentiellement aux aspects techniques du stockage de l énergie et des Smart Grids. Nous entendrons cinq intervenants à ce sujet, et nous terminerons par une table ronde. L après-midi portera davantage sur les problématiques économiques et sur la régulation internationale des Smart Grids et du stockage. Je vous remercie et vous souhaite un excellent congrès.
PREMIER CYCLE DE CONFERENCES «PROJETS SMART GRIDS ET STOCKAGE : QUELLES INNOVATIONS?» Intervenants Henri BOYE, Membre du Conseil Général Environnement et Développement Durable, Coordonnateur du Collège Energie et Climat, Ministère de l Ecologie, Développement Durable et Energie Stéphane BISCAGLIA, Expert Smart Grids et stockage au sein de l ADEME Christophe ARNOULT, Responsable du développement des réseaux intelligents à ERDF Isabelle JALMAIN, EDF DCT Méditerranée. Frédéric STORCK, Responsable du département de gestion de l énergie à la Compagnie Nationale du Rhône (CNR) Stéphane LASCAUD, Chef de projet senior au sein d EDF R&D Geoffroy VILLE, Business Developer, McPhy Energy Mathieu ROUZEYRE, Ingénieur Nouvelles Filières de Production, EDF R&D Karim AHMOUD, Spécialiste mobilité électrique, EDF R&D Christian LENOTRE, Directeur de Sophia Antipolis Energie Développement (SAED)
8 Projets Smart Grids et Stockage : quelles innovations? Smart Grids et stockage : innovations et perspectives? Henri BOYE, Membre du Conseil Général Environnement et Développement Durable, Coordonnateur du Collège Energie et Climat, Ministère de l Ecologie, Développement Durable et Energie Bonjour à tous. Je vous propose un exposé introductif sur le thème : «Smart Grids et stockage, innovations et perspectives». Avant d aborder les Smart Grids, je vais toutefois m attarder sur les énergies renouvelables. Spécificités et contraintes des énergies renouvelables Les énergies renouvelables sont un thème d actualité. Les 14 et 15 septembre derniers s est notamment tenue la Conférence Environnementale sur la transition énergétique. Cette Conférence a été l occasion de souligner la volonté de produire toujours plus d énergies renouvelables. Cette volonté de produire des énergies renouvelables s appuie sur de nombreuses raisons : réduire les émissions de gaz à effet de serre, assurer la sécurité énergétique, diminuer la part du nucléaire, etc. En d autres termes, les engagements européens qui nous sont imposés en matière d énergies renouvelables et qui sont déjà difficiles à atteindre risquent d être encore augmentés. Ce sujet sera évidemment abordé à l occasion des nombreux débats sur l énergie qui vont commencer en France à la fin de l année et qui se dérouleront jusqu au mois d avril, en vue d une loi de programmation énergétique qui pourrait intervenir au mois de juin 2013. Le programme de travail des prochains mois est donc particulièrement dense, et il devra ensuite être mis en œuvre. J ai personnellement participé avec le CGEIET et le CGEDD à un rapport établi à la demande d Arnaud MONTEBOURG, Ministre du Redressement Productif, et de Delphine BATHO, Ministre de l Ecologie, du Développement Durable et de l Energie, sur les filières industrielles du photovoltaïque et de l éolien. Ce rapport est aujourd hui disponible. Il a été rédigé dans des conditions difficiles entre fin juillet et début septembre. Il n est pas parfait, mais nous y abordons la question du stockage et des Smart Grids. Actuellement, nous constatons un développement du photovoltaïque et de l éolien. La puissance éolienne a connu un léger ralentissement sur 2011 et 2012 compte tenu de difficultés liées à l éolien terrestre en France :
Congrès OSE : Smart Grids et Stockage : innovations et perspectives 9 Le photovoltaïque raccordé au réseau a également enregistré une très forte évolution suite au Grenelle de l Environnement. Comme vous le savez, des difficultés se présentent en raison des décisions prises sur les tarifs, et il faut impérativement parvenir à maintenir cette filière. Le photovoltaïque et l éolien ne sont cependant pas sans défaut. Ces énergies pâtissent notamment de deux principaux problèmes : leur intermittence et leur imprévisibilité. Le vent en particulier est difficilement prévisible, sachant que les éoliennes ne peuvent pas fonctionner s il n y a pas assez de vent, ni s il y en a trop. Cela constitue une véritable difficulté pour les systèmes électriques. Le solaire est également exposé à l intermittence, comme le montre ce qui s est produit sur l île de Mayotte au mois de juillet 2012. Mayotte possède un système électrique insulaire géré en partie par EDF. Durant le mois de juillet dernier, la présence d un important nuage au-dessus d un parc photovoltaïque de 20 MW a entraîné un blackout. L intermittence constitue donc une difficulté majeure. Pour prendre un autre exemple, pendant la canicule de 2003, en raison d une absence de vent, la production de nos parcs éoliens était pratiquement nulle. Cette problématique réelle a conduit à limiter, dans les systèmes électriques, la puissance instantanée d énergies intermittentes à 30 %. Comment transformer des kwh de peu de valeur, en kwh de haute valeur? Au quotidien, nous n avons pas besoin de kwh, mais bien de kw à un instant t. Les kwh correspondent simplement à un mode de comptabilisation et de facturation. Cette distinction représente la difficulté fondamentale du stockage, puisque
10 Projets Smart Grids et Stockage : quelles innovations? l objectif serait idéalement de pouvoir stocker des kw afin de les utiliser au moment où ils sont le plus utiles. Il s agit là en quelque sorte de la pierre philosophale du stockage qui va constituer le fil directeur de notre journée. Cette réflexion est évidemment liée aux questions d ordre économique : solutions pour valoriser l énergie, adaptation des prix et des tarifs, etc. Face à toutes ces questions, les Smart Grids sont des outils d information entièrement nouveaux qui améliorent la gestion et la modulation de l énergie de différentes façons. La problématique du stockage L énergie électrique est réputée pour ne pouvoir être stockée que de façon très réduite, et pour un coût très élevé. Aujourd hui, des solutions pour stocker l énergie électrique existent, mais leur complexité et leur coût restent en effet une difficulté. Cette question se pose à l Europe face à ses objectifs de développer les énergies renouvelables intermittentes. Le stockage est également d actualité avec le développement de nouveaux usages pour les batteries. Le stockage représente donc un véritable problème. Nous avons tout de même réalisé quelques progrès concernant les batteries chimiques, l air comprimé, la chaleur, l énergie et les STEP (Stations de Transfert d Energie par Pompage). Nous essayons ainsi d intégrer les énergies renouvelables et d équilibrer le rapport entre l offre et la demande. Les Smart Grids répondent en ce sens à l objectif d utiliser les technologies de l information et de la communication en vue d optimiser le système. C est un outil intelligent et compétitif, mais permet-il véritablement de pallier les déséquilibres des réseaux, avec quels systèmes et sur quel périmètre géographique? Les questions sont ici nombreuses, et le stockage ajoute une exigence supplémentaire. Rappelons que la puissance électrique installée dans le monde correspond à environ 4 400 GW. Certains pays comme la Chine ou l Inde connaissent une très forte croissance dans ce domaine. En outre, 3 % de cette puissance électrique mondiale correspondent à du stockage. Ce chiffre est évidemment encore faible, notamment pour des raisons de coût. Ces 3% proviennent essentiellement des STEP (140 GW). Le stockage par air comprimé est quant à lui encore peu développé (430 MW). Le stockage électrochimique correspond aux différentes batteries : batteries plomb (45 MW), batteries Li (45 MW), batteries NiCd (40 MW), volants d inertie (40 MW), batteries Redox (3 MW). Nous pourrons également évoquer durant notre journée le stockage thermique ainsi que l hydrogène.
Congrès OSE : Smart Grids et Stockage : innovations et perspectives 11 Sans doute existe-t-il d autres solutions de stockage. Il faut cependant s interroger à chaque fois sur la technologie concernée, sa compétitivité à court, moyen et long terme, et la prise en charge de son coût. Les zones non interconnectées (ZNI) Les îles françaises d Outre-mer et la Corse sont des laboratoires des énergies renouvelables et du stockage. Elles constituent un terrain de prédilection pour l expérimentation des solutions avancées des Smart Grids. Sur ces territoires, l énergie éolienne est déjà compétitive. Néanmoins, l éolien pose des problèmes d intermittence, et le taux de pénétration des énergies renouvelables a pour cette raison été limité à 30 % afin de garantir la sûreté du réseau électrique. Le cas des ZNI est intéressant puisque les besoins y sont plus aigus. En cela, les ZNI préfigurent sans doute ce que nous connaitrons à plus grande échelle en France et en Europe avec la nécessité de gérer à la fois le développement des énergies renouvelables intermittentes, le stockage, et l équilibre entre l offre et la demande. La CRE vient de lancer deux appels d offres pour de l éolien avec stockage en Guadeloupe et dans les DOM. Plusieurs projets de STEP sont également à l étude en Guadeloupe, à la Réunion, ou encore au Maroc. Les STEP représentent une solution intéressante, et nous semblons nous orienter vers des STEP plus diversifiées et de taille plus réduite. D une manière générale, l objectif est de lisser les variations pour proposer un système combiné offrant une puissance aussi garantie que possible, et non une puissance aléatoire. Le développement des stockages décentralisés Les énergies décentralisées représentent un enjeu majeur pour les énergies renouvelables de demain : parité du réseau, autoconsommation, bâtiments à énergie positive, et. De nombreuses innovations voient le jour, notamment au sein de la région PACA qui comprend un grand nombre d acteurs positionnés sur ces domaines. L objectif de développer les énergies intermittentes doit donc s adosser à la problématique complexe et coûteuse du stockage. Pour relever ce défi, nous devons mobiliser notre intelligence, favoriser les innovations, développer les nouveaux outils que constituent les Smart Grids, et travailler ensemble pour l avenir. Je vous remercie.
12 Projets Smart Grids et Stockage : quelles innovations? Smart Grids et stockage : état des lieux Stéphane BISCAGLIA, Expert Smart Grids et stockage au sein de l ADEME Bonjour à tous. Je suis en charge au sein de l ADEME de la thématique «réseaux intelligents et stockage» que nous abordons principalement au travers des Programmes d Investissements d Avenir et des actions de recherche propres à l ADEME. Je vous propose un tour d horizon de la thématique Smart Grids et stockage, avant de vous présenter la manière dont l ADEME intervient au niveau de la recherche et de l innovation, ainsi qu au niveau du développement des filières dans ce domaine. Eléments de contexte Le contexte de notre problématique est évidemment fortement marqué par la déréglementation des marchés de l énergie (gaz et électricité) à l échelle européenne. A cela s ajoutent les objectifs ambitieux en matière d intégration des énergies renouvelables dans le mix énergétique européen. Certains secteurs industriels lourds arrivent également aujourd hui à maturité et s engagent dans de nouvelles voies faisant appel au stockage : véhicules hybrides, bâtiments à énergie positive, etc. De plus, par le passé, le développement de systèmes de stockage d énergie prenait beaucoup de temps, puisque nous manquions de moyens technologiques. A titre d exemple, il a fallu environ 100 ans pour mettre au point la batterie au plomb. Nous savons désormais progresser plus rapidement. Nous sommes ainsi parvenus en 20 ans à proposer une batterie lithium qui surpasse toutes les autres technologies. Le développement et l aboutissement d une solution technologique nécessitent donc aujourd hui beaucoup moins de temps que par le passé. Le cadre réglementaire Nous sommes évidemment soumis à des directives européennes. Nous pouvons citer dans ce domaine la directive 96/92 qui instaure la séparation des activités dans le domaine de l énergie entre la production, le transport, la distribution et la fourniture, ainsi que la directive 2005/89, qui concerne les mesures visant à garantir la sécurité de l approvisionnement en électricité et les investissements dans les infrastructures. Ces directives ont été traduites dans le droit de chacun des Etats. Nous avons ainsi en France la loi du 10 février 2000, la loi du 9 août 2004, la loi du 13 juillet 2005 dite POPE, et la loi NOME de 2010.