Pilotage des consommations

La possibilité de moduler ponctuellement tout ou partie de la consommation afin de soulager les moyens de production ou de distribution est évoquée de longue date [85,86] et prise en compte dès 2003 par l’International Energy Agency [106]. En effet, les infrastructures étant dimensionnées pour répondre aux configurations les plus extrêmes, réduire celles-ci via une incitation des consommateurs peut être avantageux. De nombreux mécanismes différents ont été et sont en développement, Albadi et al. en propose un aperçu [4]. Une telle modulation des profils de puissance peut se traduire de plusieurs manières et être déclinée sur les différentes échelles de temps [156] qui ont été évoquées au cours de la section1.1. La figure1.10schématise les services possibles en fonction de ces échelles de temps. Dans toutes les configurations évoquées ci après, un agent intermédiaire, appelé agrégateur, est créé afin de faire le lien entre d’une part un groupe de consommations flexibles qu’il peut contrôler et d’autre part le marché ou le gestionnaire réseau vis à vis duquel l’effacement de consommation peut être rentabilisé. Les modèles économiques liés à ce type d’agent sont à l’heure actuelle en cours de développement, ainsi que les protocoles de communication par lesquels ils seraient en mesure de contrôler des charges dispersées [17,31]. Des travaux [144] explorent également la possibilité de s’abstenir de ce nouvel acteur en distribuant les lois de pilotage des charges. La stabilité d’un tel système doit alors être étudiée par exemple en faisant appel à la théorie des jeux.

Réduire les pointes de consommation Afin de réduire les configurations qui sollicitent le plus les infrastructures de production, les consommateurs peuvent être incités financièrement à réduire ponctuellement leurs puissances demandées. La tarification en fonction de la couleur d’un jour par EDF en est un exemple, les jours bleus correspondants aux situations de faible consomma-tion tandis que des tarificaconsomma-tions plus élevées sont pratiquées pendant les jours rouges où les consommations sont les plus importantes. Il est envisagé que cette variation temporelle du prix

Energy Efficiency TOU Market DR Physical DR SR

permanent days _seconds

Timing optimized optimized schedule temporarily reduced impact on process quality

Figure 1.10 – Variété des mécanismes et des échelles de temps du Demand Response [156]. TOU : Time of Use, DR : Demand Response, SR : Spinning Reserve

pourrait être à l’avenir affinée jusqu’à une tarification en temps réel en fonction du prix de mar-ché constaté. L’impact d’une telle incitation des consommateurs à modifier leur comportement est présentée figure1.11 (a). La demande qui est en situation normale très peu élastique — les consommateurs veulent satisfaire leurs demandes quel qu’en soit le prix — est alors assouplie afin de réduire la puissance totale appelée et d’en diminuer mécaniquement le prix marginal. L’implémentation actuelle de ce principe permet de jouer sur les consommations prévues pour le lendemain, et affectent donc le marché day-ahead. Des travaux en cours pourraient permettre de moduler ce mécanisme afin de tenir compte des variations intraday du prix de l’énergie. Améliorer l’adéquation avec les moyens de production Modifier la demande en électricité n’est

pas systématiquement une action ponctuelle et temporaire. Ceci peut également prendre la forme d’une modification pérenne des habitudes de consommation afin de mieux correspondre aux ca-ractéristiques des moyens de production disponibles. En effet, étaler autant que possible la de-mande permet d’optimiser le facteur de charge des centrales de production et de ne pas leur im-poser des cycles. Ainsi l’instauration par EDF d’une tarification plus avantageuse lors des heures creuses permet de lisser la consommation afin de tirer le meilleur profit des centrales nucléaires dont la flexibilité est faible. Ici encore, l’impact s’en fait sentir sur les opérations planifiées le jour ou les heures à venir.

Réduire les sollicitations extrêmes sur les réseaux de transport De façon similaire, le réseau de transport ou celui de distribution peut être soumis à de fortes sollicitations lorsque les centrales de production sont distantes des lieux de consommation. RTE — Réseau de Transport d’Électri-cité, gestionnaire du réseau de transport français — incite ainsi des foyers volontaires à réduire ponctuellement leur consommation en Bretagne [178] plus particulièrement lors de vagues de froid¹⁰. L’incitation n’est pas ici basée sur un modèle économique, mais plutôt sur une réaction citoyenne permettant de ne pas renforcer le réseau de transport pour répondre uniquement à des situations extrêmes et relativement rares. Il s’agit donc d’éviter la planification à long terme de nouvelles infrastructures venant renforcer le réseau actuel.

Rendre des services auxiliaires : le pilotage de la consommation peut également avoir des applica-tions à plus courte échelle temporelle. Cette possibilité fut évoquée tout d’abord en 1999 par Kirby et al. [118]. En effet, ainsi que l’illustre la figure1.11(b), le délestage d’une partie de la consomma-tion pourrait participer à la régulaconsomma-tion de la fréquence au même titre que les autres réserves pré-sentes sur le réseau [195]. L’instauration du marché des capacités prend d’ailleurs ceci en compte

1.3 Apport des charges flexibles

Figure 1.11 – (a) Impact d’une incitation des consommateurs via un mécanisme de Demand Response — DR — sur le prix d’équilibre du marché [4]. La demande est rendue élastique.

(b) Exemples de réactions lors d’un changement brutal de la consommation — +1 MW. Le délestage d’une partie de la consommation —released demand — participe à la régulation de cette perturbation au même titre que les autres réserves [195].

en mettant sur le même plan les capacités de production et d’effacement de consommation. Ce type de service soulève cependant plusieurs défis au nombre desquels le modèle économique et le système de communication. En effet, la fourniture de tels services repose sur une communication rapide afin de compenser les fluctuations de la fréquence. Distribuer ce pilotage en implémentant dans chaque charge une loi de réponse semble, dans un tel contexte, particulièrement pertinent puisque permettant de réduire significativement les besoins de communication et les temps de réaction [145].

Synergies avec les énergies fluctuantes Cette flexibilité de la demande prend une nouvelle dimen-sion avec l’essor des sources intermittentes. La variabilité des profils de production de ces dernières étant sans commune mesure avec celles des centrales conventionnelles, adapter la consommation à la production y prend une tout autre pertinence. En effet, les solutions d’intégration des énergies fluc-tuantes évoquées dans la section1.2nécessitent systématiquement de jouer sur la production — donc de perdre une partie de la puissance productible — ou bien d’adjoindre des éléments de stockage en supplément du système — ce qui représente un surcoût important. Utiliser la flexibilité de la demande permet de limiter ces deux inconvénients tout en assurant une meilleure compensation des fluctuations de production. Ceci est particulièrement mis en exergue dans le cas des réseaux insulaires de faible puis-sance et reposant sur des importations de combustible fossile, ainsi que l’a montré Pina et al. [162] dans le cas du réseau d’une des îles de l’archipel des Açores. Les cas d’application ne se limitent cependant pas à ces réseaux non interconnectés. En effet, pour peu que le taux de pénétration des sources inter-mittentes augmente, y compris au sein du réseau européen, piloter la consommation permet également d’y introduire de plus en plus de sources renouvelables [150].

Finalement et ainsi que précédemment souligné dans la section1.2.3, le cadre dans lequel l’asso-ciation semble la plus naturelle et aisée à mettre en œuvre entre Demand Side Management et sources renouvelables variables est sans doute le cas des productions distribuées où une habitation possède sa propre production, par exemple via des panneaux photovoltaïques en toiture. Encourager les foyers à autoconsommer localement leur production [37,32] permet de diminuer la demande résiduelle et donc de réduire les besoins de génération et de transport. Toutes proportions gardées, chaque foyer se trouve alors confronté aux mêmes enjeux qu’un responsable d’équilibre qui est pénalisé pour les déséquilibres production-consommation dans son périmètre.

Scénario de développement du marché des véhicules décarbonés 0 100 200 300 400 500 600 700 800 2 0