L’architecture des réseaux électriques actuels est hiérarchisée et relative- ment rigide. Les générateurs ont été construits à proximité des ressources qu’ils exploitent, c’est-à-dire souvent loin des utilisateurs finaux, si bien qu’il est nécessaire d’acheminer l’électricité depuis ces sites distants jusqu’aux clients. Afin de transporter l’électricité sur de longues distances, il est ju- dicieux d’élever sa tension par l’intermédiaire de transformateurs, car cela
C.1. Introduction 123 a pour conséquence de fortement réduire les pertes par effet Joules lors du transport. Les réseaux très haute tension maillent généralement les pays en fonction de la répartition des populations et des ressources et constituent les squelettes des réseaux électriques. L’opération inverse est ensuite ef- fectuée pour réduire la tension jusqu’aux niveaux d’utilisation des clients. Ce type d’architecture « top-down », où l’électricité ne circule que dans un sens, possède un certain nombre de défauts que nous évoquerons plus loin. Par ailleurs, il n’existe que très peu d’échanges d’information entre les en- tités opérant le réseau et les utilisateurs finaux. Au mieux, les compteurs électriques individuels ne sont relevés que tout les six mois afin d’ajuster les montants des factures.
Pourtant, au niveau des utilisateurs, la consommation n’est pas con- stante et dépend de nombreux paramètres comme le jour, la saison, la tem- pérature, les habitudes des clients, etc... Il existe néanmoins des tendances générales bien connues. Les pics de consommation du matin et du soir sont notamment des phénomènes émanant de la corrélation des comporte- ments. Si ces pics sont prévisibles, ils n’en restent pas moins probléma- tiques puisqu’ils obligent les opérateurs à dimensionner le réseau pour y répondre alors même que leurs durées sont assez brèves. Lisser ces pics est un objectif déjà ancien au sein du monde de l’électricité, mais cela ap- parait encore plus important pour un système basé sur des sources re- nouvelables. L’exemple de la production photovoltaïque est extrêmement parlant puisque le pic de production, situé entre midi et deux heures de l’après-midi, est justement placé au milieu des deux pics de consommation. Autrement dit, si rien n’est fait, le système est constamment en déficit ou en excédent de production, ce qui ne peut être acceptable pour des raisons évidentes de stabilité.
Contrairement aux générateurs fossiles, il n’est généralement pas possi- ble d’agir directement sur la production renouvelable pour la décaler dans le temps, si bien que d’autres solutions moins directes doivent être envis- agées. L’une des plus évidentes consisterait à constamment stocker et dé- stocker les surplus de production pour s’ajuster à la demande. Même si le stockage de l’électricité est un des axes clé des réseaux électriques futurs, il est probablement inconcevable de se baser uniquement sur cela. En effet, l’électricité est une grandeur qui se stocke mal et dont les équipements ont généralement des durées de vie assez faibles (batteries). Le coût d’investissement et d’entretien d’un tel parc de dispositifs de stockage apparait donc comme prohibitif. Néanmoins, il est assez clair désormais que le stockage de l’électricité, dans des proportions beaucoup plus importantes qu’aujourd’hui, sera néces- saire dans le futur.
Une des idées fondamentale du smart grid est donc d’associer l’utilisateur final à l’équilibre du réseau, en ne le considérant, non plus comme une « charge morte », mais comme un acteur à part entière. Cela suppose un échange constant d’information entre les divers acteurs du système que seul un réseau de communication peut fournir (certaines études proposent aussi d’utiliser le réseau électrique grâce au CPL). L’idée repose sur le dé- ploiement massif de compteurs intelligents qui font l’interface entre le réseau et l’utilisateur. Ces dispositifs ont pour rôle, entre autres, de mesurer régulière- ment la consommation et de la transmettre en amont sur le réseau. Cela permet à l’opérateur, par agrégation, de connaitre en quasi temps réel la distribution de la consommation dans le système.
Par ailleurs, l’opérateur peut également envoyer des informations aux compteurs afin de les avertir des conditions sur le réseau. L’un des proxys envisagés pour répercuter ces conditions sur l’utilisateur est un prix de l’électricité dynamique. En fonction de l’état du système et de ses prévi- sions à court termes, l’opérateur fixe les prix pour les périodes futures et les diffuse sur le réseau. Grâce à ces informations, les compteurs intelligents sont en mesure de planifier les divers appareils afin d’optimiser une fonc- tion d’utilité propre à chaque utilisateur. En effet, il apparait que certains appareils électroménagers comme les machines à laver, lave-vaisselles, ou climatisations peuvent être reporté dans une certaine mesure. A contrario, d’autres appareils comme la télévision, ou l’éclairage doivent être opéra- tionnels à la demande pour des raisons évidentes de confort. Il est ainsi envisageable de déclencher certaines consommations uniquement lors de périodes où les prix sont faibles si le gain monétaire réalisé dépasse la perte utilitaire engendrée. C’est globalement l’idée du « Demand Side Manage- ment (DSM) », implémenté sur le compteur, qui tire profit de la dynamicité des prix de l’électricité.
Demand Side Management, prix dynamiques, et stockage distribué de l’électricité sont des concepts de bases des réseaux électriques du futur. Cependant, une grande partie de la littérature consacrée au smart grid va encore plus loin dans le rapprochement entre la production et la consom- mation.