Après l'internet des objets, voici l'internet de l'énergie

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Jean-Jacques Quisquater et Charles Cuvelliez.
Jean-Jacques Quisquater et Charles Cuvelliez. (Crédits : DR)
ANALYSE. Comment réconcilier les productions d’électricité renouvelable (éolien, solaire), intermittent et décentralisé/distribué, et la manière dont le marché est organisé quand l’organisation des réseaux de transport et de distribution d’énergie est tout à fait inadapté dans sa hiérarchie (réseau de transport qui alimente un réseau de distribution). Pour résoudre ces obstacles, émerge le concept d’internet de l’énergie. Par Jean-Jacques Quisquater, Ecole Polytechnique de Louvain, Université de Louvain et MIT, et Charles Cuvelliez, Ecole Polytechnique de Bruxelles, Université de Bruxelles.

La demande d'électricité a toujours été prévisible et son prix inélastique à court terme. Si on ne veut que du renouvelable, intermittent par nature (éolien, solaire), il faudra bien que la demande s'adapte à l'offre. Et ce n'est pas le seul défi. L'éolien et le solaire ont une autre caractéristique : ce sont des productions décentralisées qui réduisent le rôle joué par les grands producteurs d'électricité. Ils modifient aussi le rôle des réseaux de distribution et de transport. Le système tout entier devra être plus intelligent et plus flexible (techniquement et économiquement). Car les consommateurs peuvent devenir producteurs et vendre leur surplus au réseau. Ils peuvent aussi accepter d'être flexibles et ne pas toujours prendre au réseau l'électricité dont ils ont besoin au moment où ce besoin se manifeste. Ils peuvent stocker de l'énergie dans la batterie de leur véhicule électrique et le rendre au réseau si celui-ci en a besoin (un moyen inattendu de résoudre le défi du stockage de l'électricité renouvelable et intermittente).

De nouveaux types d'intermédiaires

Pour que demande et offre se parlent d'égal à égal, ce n'est pas consommateur par consommateur que cela se fera. Ce ne serait pas efficace : de nouveaux types d'intermédiaire voient le jour, les agrégateurs, les revendeurs et les communautés d'énergie et même des micro-réseaux. Ils donnent aux consommateurs qui y adhèrent des effets d'échelle efficaces. De nouveaux outils comme les plateformes de trading ou les blockchains sont aussi nécessaires.

L'Internet de l'énergie, pour le CERRE (Center on Regulation in Europe) qui travaille sur la convergence des régulations des industries de réseau et qui y a consacré une étude, c'est un peu tout cela : un réseau d'appareils connectés permettant une gestion efficace du système énergétique par la collecte, l'analyse, la surveillance et l'exploitation de données en temps réel. Ce sont ces intermédiaires et technologies imbriquées, les consommateurs-producteurs. Détaillons cela.

Les agrégateurs proposent aux consommateurs un accès synchronisé, donc avec des effets d'échelle et plus de poids, aux marchés de l'énergie. Ils coordonnent les décisions de production et de consommation prises par un grand nombre de consommateurs. Les revendeurs et les agrégateurs indépendants se rejoignent : ils planifient l'approvisionnement en électricité ou la production, équilibrent les positions sur le marché, règlent les transactions sur le marché et facturent les clients pour leurs services. Les communautés d'énergie sont plus que des centrales d'achat : elles fédèrent des citoyens, ont une composante sociétale déclarée et mutualisent leur production. Elles créent même des liens sociaux positifs.

Les micro-réseaux et les plateformes de trading

Les micro-réseaux intègrent encore plus : ce sont des groupements, des zones d'activité industrielles ou commerciales qui construisent leurs propres réseaux avec des capacités de production à l'intérieur de celles-ci. Les micro-réseaux peuvent se déconnecter complètement du réseau. Leur caractère intégré (production, distribution et même transport s'ils sont connectés au réseau) posent alors question puisque la libéralisation des marchés voulait séparer ces rôles. Les consommateurs connectés à ce micro-réseau ne participent plus au financement des coûts du réseau de distribution, ce qui fait porter cette charge aux autres utilisateurs qui n'y sont pas intégrés. Et au fond, les micro-réseaux doivent-ils aussi contribuer aux services ancillaires, ceux-là même qui garantissent un réseau stable ?

Le blockchain a une place à part dans cet internet de l'énergie : lui va carrément soutenir la revente en confiance d'électricité de particulier à particulier. Il conviendra aux micro-communautés d'énergie où on se fournit de l'électricité entre voisins.

Ceci dit la méfiance envers les blockchains, le nombre limité de transactions par seconde (ceci devrait se résoudre) sont des obstacles à leur généralisation dont il faut tenir compte, observe le CERRE.

La frontière entre réseaux de distribution et de transport

Avec cet internet de l'énergie qui casse les codes, avec des moyens de production décentralisés, directement connectés au réseau de distribution, avec des acteurs (consommateurs-producteurs ou prosumers) qui peuvent fournir autant de services que les producteurs attitrés, les rôles compartimentés des réseaux de distribution et de transport (chacun son métier) en prennent pour leur grade. Ces rôles vont s'entremêler, dit le CERRE, car chacun maitrise certaines variables dans un modèle global de réseau. Ils ont hélas des objectifs différents : le réseau de transport recherche l'équilibre de sa zone de réglage alors que le réseau de distribution, lui, recherche l'équilibre des flux d'énergie locaux sur son réseau pour éviter les congestions locales, et il doit donc gérer des situations contextuelles très différentes. Qu'on songe aux réseaux urbains, moins exposés à de la production locale mais, avec l'essor du véhicule électrique, plus exposés à un pilotage par l'extérieur de ces charges flexibles. Bref, un réseau de distribution ne peut pas, avec des signaux de prix simples et standards, inciter un comportement optimal de ses utilisateurs, partout à la fois.

La régulation

Un régulateur peut encourager cet internet de l'énergie, d'après le CERRE, mais pas avec de simples tarifs « flat ». Ceux-ci poussent le consommateur à rester passif et statique. Pour une politique tarifaire plus ambitieuse qui réveille le consommateur, il y a des contraintes contradictoires:

  • Mener à l'efficacité énergétique : motiver les consommateurs à devenir producteurs, à investir et opérer leur propre production.
  • Procurer des revenus stables aux réseaux de distribution pour qu'ils jouent son rôle sociétal.
  • Etre équitable et juste pour ne pas pénaliser les consommateurs qui ne peuvent pas se permettre d'être ces acteurs dynamiques.
  • Etre pratique à implémenter et pas trop compliqué à administrer.

Poussé à l'extrême, le réseau de distribution pourrait proposer des prix basés sur les coûts marginaux réels mais la situation serait intenable à terme. Elle impliquerait des prix différents de maison à maison, période par période avec des variations selon le niveau de congestion locale. Admettrait-on des prix différents pour les ménages connectés à différentes lignes d'alimentation, même si elles sont situées dans la même ville ? Ensuite, il faut mesurer tous ces critères pour calculer le juste prix au bon moment mais on est loin d'avoir des compteurs intelligents partout pour cela. Et l'utilisateur qui connecte son air conditionné toujours au pire moment de la journée, ne doit-il pas payer plus puisqu'à cause de lui, le réseau de distribution doit surdimensionner ses installations. Enfin, dernière complexité : les tarifs de réseau sont aujourd'hui envisagés comme outil de taxation !

Quelque chose pourrait changer la donne : le développement, enfin, du stockage de l'énergie qui donnerait à tous les acteurs une variable de flexibilité en plus et éviterait que tout ce petit monde ne doive travailler tout le temps à flux tendu avec ceux qui gagnent et ceux qui perdent. Et là, les choses changent aussi. On pense qu'au milieu de cette décennie, le prix du stockage et de la production d'éolien/solaire pourrait devenir inférieur à celui de la production traditionnelle d'électricité. Aujourd'hui, aucun incitant économique ne pousse le particulier à s'équiper de stockage ni le producteur à stocker son électricité. C'est plus rentable d'acheter ou vendre son surplus sur les marchés internationaux. Il faudra donc réfléchir à une politique intelligente de stockage (utilisation des batteries des véhicules électriques, production d'hydrogène...) pour compléter cet internet de l'énergie. Le futur est encore plein de choix et de défis pour une énergie propre et bien utilisée de façon équitable.

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Pour en savoir plus :

Smart Consumers in the Internet of Energy: Flexibility Markets & Services from Distributed Energy Resources, CERRE,Novembre 2019

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Commentaires
a écrit le 13/01/2020 à 10:13 :
Parallèlement à cette technologie qui nous permet d'être autonome nous voyons les prix des abonnements d’électricité, d'eau de gaz exploser, on peut également soupçonner EDF avec son compteur Linky de s’imposer en force afin de nous imposer plus tard de passer par son seul abonnement.

Le progressisme ne peut pas d'épanouir en néolibéralisme.

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