Smart grids, demand-side management and decentralised electricity production: Mounting a national R and D programme

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(1)Réseaux intelligents, maîtrise de la demande et productiondé c e nt r a l i s é ed’ é l e c t r i c i t é: Ini t i a t i v edemont a ged’ unpr ogr a mmena t i ona ldeR&D TECHNOFI. ADEME « Réseaux intelligents, maîtrise de la demande et production dé c e nt r a l i s é ed’ é l e c t r i c i t é: I ni t i a t i v edemont a ged’ unpr ogr a mmena t i ona ldeR&D». RESUME. Convention ADEME/TECHNOFI n° 0705 C0036 Résumé du Rapport Final Page 1 sur 19.

(2) Réseaux intelligents, maîtrise de la demande et productiondé c e nt r a l i s é ed’ é l e c t r i c i t é: Ini t i a t i v edemont a ged’ unpr ogr a mmena t i ona ldeR&D TECHNOFI. INTRODUCTION. Dès sa découverte, le vecteur énergétique « électricité » a dû faire face à un handicap majeur : l ’ é l e c t r i c i t éest difficilement stockable. Certes, des progrès technologiques ont permis, depuis lors, de mettre au point certaines solutions de stockage opérationnelles (stockage fixe par relevage d’ e a ud a nsl e sba r r a g e shy dr oé l e c t r i q u e s ,s t oc k a g es ou sf or med ’ e a uc ha u d epou rl e sha bi t a t i ons ou le tertiaire, stockage mobile dans les batteries des nouveaux véhicules hybrides). Cependant, l ’ a c c r oi s s e me ntc ons t a ntd el ac ons omma t i ond ’ é l e c t r i c i t ée nt r e1950 et 2000 a nécessité de relier di r e c t e me ntl e sc ons omma t e u r sa u xl i e u xd epr od u c t i ondel ’ é l e c t r i c i t é ,l àoùl ’ ons a i t ,j u s q u ’ àc e j ou r ,pr odu i r ema s s i v e me ntàde sc oû t sf a i bl e s( q u el ’ ons i t u e r ae nhe u r ed eba s eentre 50 et 100 1 € /MWhp ou rl e sv a l e u r sl e spl u sc ompé t i t i v e ss u rl ec ont i ne nte u r opé e n) . Ler é s e a ué l e c t r i q u ee s td oncl ’ e ns e mbl ed e sl i g ne sé l e c t r i q u e sq u i pe r me t t e ntd ’ a s s u r e rl epa s s a g e del ’ é ne r g i eé l e c t r i q u ee nt r el e sl i e u xd epr od u c t i one tl e sl i e u xd ec ons omma t i on. C’ e s ta ut r a v e r s dur é s e a ué l e c t r i q u eq u ’ àt ou ti ns t a ntc eq u i e s tpr od u i te s tc ons ommé , c e c i d uf a i td el ad i f f i c u l t é e nc or epe r s i s t a nt edes t oc k e rma s s i v e me ntl ’ é l e c t r i c i t épr od u i t e .Enf a i t ,l e sl i g ne sé l e c t r i q u e s demeurent la solution d eba s er e t e nu epa rl ’ i mme ns ema j o r i t éd e spa y si nd u s t r i a l i s é s: la pr odu c t i ond’ é l e c t r i c i t ée s talors concentrée en quelques sites (les « centrales »), chaque centrale étant reliée aux consommateurs par le réseau. Depuis la Directive Européenne de 199 6 ,l al i bé r a l i s a t i on d e sma r c hé sd el ’ é l e c t r i c i t éa progressivement défini les nouvelles responsabilités des gestionnaires de réseaux électriques : le transport, réseau haute et moyenne tension, et la distribution, réseau basse tension, sont devenus, pour l apl u pa r t ,d e ss oc i é t é si nd é pe nd a nt e sd el e u rg r ou ped ’ or i g i nee tr é g u l é e sd a nst ou t e er l ’ Uni onEu r opé e nnes u i v a ntde spr i nc i pe sa ppl i q u é sd e pu i sl e1 Juillet 2007 : la liberté donnée à t ou tc ons omma t e u rd’ é l e c t r i c i t éd ec hoi s i rs onf ou r ni s s e u r .. Ces valeurs ne prennent pas en compte les systèmes insulaires qui utilisent les combustibles fossiles et des solutions depr odu c t i ond’ é l e c t r i c i t ér é pu t é e sc hè r e s ,nes e r a i t -ce que pour la taille unitaire plus faible de leurs moyens de production 1. Convention ADEME/TECHNOFI n° 0705 C0036 Résumé du Rapport Final Page 2 sur 19.

(3) Réseaux intelligents, maîtrise de la demande et productiondé c e nt r a l i s é ed’ é l e c t r i c i t é: Ini t i a t i v edemont a ged’ unpr ogr a mmena t i ona ldeR&D TECHNOFI. En parallèle à ces évolutions, la Commission Européenne a initié des programmes de recherche depuis le 5ème Programme Cadre (1998), ceci pour développer de nouveaux concepts de management de réseaux électriques, et donc préparer des options opérationnelles qui permettent d’ i nt é g r e r: . la production décentralisée d’ é l e c t r i c i t é( PDE): celle-ci croît régulièrement en Europe du fait des objectifs européens et du choix de nombreux Etats Membres pour des solutions de production à partir de ressources renouvelables (éolien, hydraulique, solaire, géothermie, biomasse),. . la maîtrise de la demande en électricité (MDE) : celle-ci deviendra une nécessité pou rr e nf or c e rl as é c u r i t éd ’ a ppr ov i s i onne me nte tr é d u i r el ec ont e nue nCO2d u kWh électrique ; une consommation mieux maîtris é edel ’ é l e c t r i c i t épe r me talors au c ons omma t e u rd ec ons i d é r e rc ev e c t e u ré ne r g é t i q u ec ommen’ é t a ntpl u s«sans limites ».. Avec le développement de la MDE et de la PDE, les gestionnaires de réseaux voient désormais leur logique de travail passée bousculée par deux types de volatilité : . la volatilité de la production, due à l ’ i nt e r mi t t e nc ei nt r i ns è quedes sources d’ é ne r g i er e nou v e l a bl e s( àl ’ e x c e pt i ond el ’ hy d r a u l i q u e ,d el ag é ot he r mi ee tdel a biomasse),. . la volatilité de la demande, le client pouvant interrompre sa consommation par e x e mpl eg r â c eàd e sof f r e sd epr i xq u il ’ i nc i t e r a i e ntàmoi nsc ons omme r ,ouàd e s systèmes intelligents qui optimisent localement sa consommation en fonction de signaux de prix plus ou moins favorables.. Cette volatilité, guidée par des objectifs économiques et environnementaux, impactera directement le bon fonctionnement des réseaux. Des solutions pour la maîtriser sont donc nécessaires, comme par exemple : . le contrôle actif du réseau de distribution, voie nouvelle explorée par les fabricants européens de composants pour la distribution qui veulent conserver une position dominante mondiale sur ce sujet,. . l es t oc ka ged’ é l e c t r i c i t éàgr a ndeé c he l l equi devrait devenir plus accessible économiquement, et qui se voit promu aux USA, au Japon, et aussi en Allemagne, sur la base de visions globales de besoins en électricité couplant par exemple les fonctions logement et transport.. Convention ADEME/TECHNOFI n° 0705 C0036 Résumé du Rapport Final Page 3 sur 19.

(4) Réseaux intelligents, maîtrise de la demande et productiondé c e nt r a l i s é ed’ é l e c t r i c i t é: Ini t i a t i v edemont a ged’ unpr ogr a mmena t i ona ldeR&D TECHNOFI. Lepr é s e ntr a ppor tr é s u mel e sr é s u l t a t sd ’ u nea ppr oc hec ol l e c t i v e ,c oor d onné epa rTECHNOFI qui, entre ma i e tdé c e mbr e2 0 0 7 , s ’ e s tf i x é eq u a t r eobj e c t i f s: 1). analyser le rôle des acteurs français de la recherche en termes de connaissances nouvelles à acquérir sur les réseaux électriques, ceci pour optimiser dans le futur leur fonctionnement et faire jouer tout leur rôle à la production, au transport et à la distribution d ’ é l e c t r i c i t éd a nsl e spol i t i q u e sder é d u c t i ond e sé mi s s i onsd eg a zàe f f e td es e r r e ,. 2). proposer une nouvelle logique de R&D nationale sur les réseaux électriques, logique q u is ’ i ns c r i te nc ompl é me ntd e se f f or t sa c t u e l spou r s u i v i spa rl ’ e ns e mbl ed e sa c t e u r s na t i ona u xa f i nd ’ é t u di e rpl u sa v a ntd ’ a u t r e sopt i onsd ’ é v ol u t i onf u t u r ed e s d i t sr é s e a u x. 3). dégager les moda l i t é sd’ or ga ni s a t i one tdef i na nc e me nt de ces efforts supplémentaires de recherche, sur la ba s ed ’ u nel i s t ed epr oj e t sq u i f a i tc l a i r e me ntl apa r te nt r ef i na nc e me nt s publics européens et nationaux,. 4). adosser à c e spr opos i t i onsd ’ a x e sd er e c he r c he ,d ’ or g a ni s a t i one td ef i na nc e me nt ,u ne vision industrielle permettant de maintenir les constructeurs et équipementiers nationaux aux premiers rangs de la compétition mondiale.. Cette analyse démontre objectivement que la France a un rôle à part dans le paysage européen de la R&D en matière de réseaux électriques : . LaFr a nc ee s tu nd e sEt a t sdel ’ Uni onEuropéenne dont les opérateurs, accompagnés par la Puissance Publique, investissent encore fortement sur les réseaux, quand on la compare aux autre pays de PIB équivalent (Allemagne, Royaume Uni, Espagne, Italie) :l e sdé pe ns e sa nnu e l l e sdeR&D s ontdel ’ or dre de 65 M€ ,a d d i t i onna ntc e l l e s de RTE, de ERDF (incluant la contribution de EDF R&D), du CNRS et de l ’ ADEME,. . les subventions de recherche de la CE gagnées en compétition par les acteurs français ajoutent environ 5 M€pa ra n2à ces 65 M€ ,. . ces investissements en R&D ne prennent pas en compte la contribution des groupes industriels (AREVA, SCHNEIDER, NEXANS) et autres é q u i pe me nt i e r sna t i ona u x ,d on ton c onç oi tq u ’ i l sc ou v r e ntl ema r c hémond i a l , l ’ Eu r open ’ é t a ntq u ’ u nef a i bl epa r t i ed el e u ra c t i v i t éd uf a i t ,notamment, de la croissance des pays émergents.. Ce si nv e s t i s s e me nt si mpor t a nt spe r me t t e ntàRTE,ERDFe tEDFR&D d ed i s pos e rd ’ é q u i pe s c a pa bl e sd es pé c i f i e rl e sbe s oi nsf u t u r sd eR&D,d epi l ot e roud ’ e x é c u t e rl ar e c he r c he ,pu i sd’ e n intégrer les résultats, souvent obtenus a v e cl ’ a i d ed etiers, dans des projets innovants de dé mons t r a t i ons ou sma î t r i s ede sopé r a t e u r s .Ce c in’ e s tpl u sl ec a sc he zbe a u c ou pd el e u r s confrères européens qui ont vu leurs équipes réduites à la portion congrue, suite à des décisions de baisse des coûts et de « rationalisation » des activités de réseau (décisions prises sur la base de 3 pol i t i q u e sd’ e nt r e pr i s e sàc ou r tt e r me , bi e ns ou v e nte nc ou r a g é e spa rl er é g u l a t e u r ).. 2 3. moyenne calculée sur les dix dernières années Voir par exemple les pu bl i c a t i onsd’ OFGEM s u rc es u j e t. Convention ADEME/TECHNOFI n° 0705 C0036 Résumé du Rapport Final Page 4 sur 19.

(5) Réseaux intelligents, maîtrise de la demande et productiondé c e nt r a l i s é ed’ é l e c t r i c i t é: Ini t i a t i v edemont a ged’ unpr ogr a mmena t i ona ldeR&D TECHNOFI. Nonobstant ces éléments encourageants pour la France, les gestionnaires des réseaux (transport e td i s t r i bu t i on)c ons i dè r e ntq u ’ i l sdoi v e ntr e nf or c e rl ’ a c q u i s i t i ond ec onna i s s a nc e snou v e l l e se n matière de dimensionnement et fonctionnement des réseaux électriques. Cinq orientations soust e nd e ntc e t t ev i s i on àl ’ hor i z on 2 020, vision qui propose de valider de nouvelles options d’ é v ol u t i onde sr é s e a u x: Cinq orientations pour amplifier les recherches s url er é s e a ué l e c t r i quef r a nç a i sàl ’ hor i z on2 0 2 0 . Renforcer la capacité du réseau de transport a f i nd ’ intégrer un bouquet énergétique en accord avec les engagements européens pour la décarbonation d el apr odu c t i ond’ é l e c t r i c i t é( d é v e l oppe me ntd e sé ne r g i e sr e nou v e l a bl e s ) ,. . Rendre le réseau de distribution suffisamment flexible et fiable pour répondre aux attentes des consommateurs et des vendeurs de solutions énergétiques,. . Coordonner les interactions entre opérateurs de transport et de distribution, ceci afin de renforcer la fiabilité du système français, optimiser ses pe r f or ma nc e sé ne r g é t i q u e se tpa r t i c i pe ràl ’ é t a bl i s s e me ntd umarché unique e u r opé e ndel ’ é l e c t r i c i t é ,. . Favoriser les approches de « maîtrise de la consommation en électricité » c ommes ou r c edes é c u r i t éd ’ a ppr ov i s i onne me ntaccrue et de compétitivité économique,. . Faire croître la production décentralisée, en particulier pour contribuer à une réduction accrue des besoins énergétiques des bâtiments commerciaux et résidentiels.. Bien entendu, ces travaux pourront, par ricochet, initier des études plus complexes qui viseraient à ré-opt i mi s e rl ’ e ns e mbl ed us y s t è me é l e c t r i que français. Compte tenu des contraintes susmentionnées, une telle approche nécessitera des interactions fortes et des échanges avec les pr odu c t e u r si ndé pe nda nt se tl e sc omme r c i a l i s a t e u r sd ’ é l e c t r i c i t é . Ces u j e tn’ e s tpa sd a nsl ec ha mp du présent travail. Les travaux de R&D qui découlent de ces orientations ont été classés en adoptant les catégories suivantes :  ceux relatifs au réseau de transport uniquement,  ceux relatifs aux réseaux de distribution uniquement,  ceux relatifs aux interactions entre réseaux de transport et réseaux de distribution,  c e u xi ndu i t spa rl ama î t r i s ed el ac ons omma t i ond ’ é l e c t r i c i t é ,  c e u xi ndu i t spa rl apr odu c t i ond é c e nt r a l i s é ed ’ é l e c t r i c i t é . Le sde u xde r ni e r st hè me si mpl i q u e nte n pa r t i c u l i e rl ’ i nt é g r a t i on d us t oc k a g ed el ’ é l e c t r i cité c ommemoy e nd er é du i r el av ol a t i l i t éf u t u r ed el apr od u c t i onoud el ac ons omma t i ond ’ é l e c t r i c i t é , mais aussi comme technique de meilleur pilotage du réseau.. Convention ADEME/TECHNOFI n° 0705 C0036 Résumé du Rapport Final Page 5 sur 19.

(6) Réseaux intelligents, maîtrise de la demande et productiondé c e nt r a l i s é ed’ é l e c t r i c i t é: Ini t i a t i v edemont a ged’ unpr ogr a mmena t i ona ldeR&D TECHNOFI. Le présent résumé liste uniquement les projets de recherche qui ont été décrits et chiffrés avec un niveau de détail suffisant pour commencer à structurer, d u r a ntl ’ a nné e2 0 0 8 ,u nef e u i l l ed er ou t e nationale pour la R&D réseau à 5/10 ans, conduisant au lancement de t r a v a u xq u is ’ a j ou t e r on t aux activités déjà en cours. Le rapport complet, quant à lui, liste tous les sujets de R&D répertoriés au cours de ce travail, q u ’ i l ss oi e ntàv oc a t i one u r opé e nneouna t i ona l e .Né a n moi nsl eni v e a ud ed é f i ni t i ond e spr oj e t s n’ e s tpa shomog è ne ,c eq u idevrait né c e s s i t e ru neha r moni s a t i o nu l t é r i e u r epa rl ’ e ns e mbl e des acteurs qui ont participé à cette démarche. TRANSPORTD’ ELECTRI CI TE RTE,l ’ a c t e u ru ni q u ea s s u r a ntl et r a ns por td ’ é l e c t r i c i t é ,f a i tdé j àpa r t i ed ’ u nr é s e a ud er e c he r c he international où les interactions sont monnaie courante, par exemple entre les chercheurs a mé r i c a i nsoue u r opé e ns ,a i ns iq u ’ a v e cl e st r oi si nd u s t r i e l se u r opé e nsma j e u r sd us e c t e u r( ABB, AREVA, SIEMENS). Par ailleurs, le Troisième Paquet Législatif Energie présenté aux Etats Membres par la Commission Européenne le 19 Septembre 2007, invite les gestionnaires de réseaux à coordonner leurs travaux de recherche et innovation pour répondre en priorité à des enjeux européens. Ce mouvement, confirmé par les diagnostics du projet européen RELIANCE4, débouchera vraisemblablement avant 2010 sur des recherches coordonnées, financées avec l ’ a c c or dde sr é g u l a t e u r s , pa rl e sopé r a t e u r sd er é s e a u x .L’ a n no nc ed el ac r é a t i ond el as oc i é t é CASC- CWE semble aller dans ce sens5. L’ a n a l y s ede se nj e u xe u r opé e nsr é v è l ec e pe nd a ntl ané c e s s i t édes t r u c t u r e re nFrance, sous la coordination de RTE, un réseau de laboratoires de recherches, pour bénéficier de connaissances deba s eg é né r i q u e s , s ou v e nti ni t i é e sd a nsd ’ a u t r e ss e c t e u r sd ’ a ppl i c a t i ons . Les thèmes suivants ont été analysés : . Les techniques de conception d’ a r c hi t e c t ur e s de s y s t è me sc ompl e x e s f onc t i onna nts urde ss pe c t r e sd’ é c he l l e ss pa t i a l e se tt e mpor e l l e st r è sl a r ge s: Certaines techniques ont été dé v e l oppé e se ts ontd é s or ma i smi s e se nœu v r ed a ns l ’ a é r ona u t i q u e ,l ’ a u t omobi l eou l et r a ns por tma r i t i me( le ré s e a ué l e c t r i q u ed ’ u n navire !). Elles permettent d ed é c r i r ef onc t i onne l l e me ntl ac ompl e x i t éd ’ u ns y s t è me , les interfaces entre sous-systèmes et les performances attendues de blocs fonctionnels homog è ne s .L’ i nnov a t i ond a nsl ’ i nd u s t r i ea u t omobi l ee s tc ond u i te à ce jour de cette façon, interfaçant concepteur de véhicules et équipementiers de différents niveaux. Cette approche permet de mieux spécifier les besoins en composants innovants et les i nt e r f a c e sd’ i nt é g r a t i on.S ona pp l i c a t i ona us y s t è meé l e c t r i q u ené cessite de prendre en compte les fonctionnalités propres du système ( t r a ns por td ’ é ne r g i e )e ts e sc ont r a i nt e s de fonctionnement acceptables, très spécifiques du système électrique.. RELIANCE : action de coordination des activités de recherche sur les réseaux de transport européens (www.careliance.org) 5 CASC-CWE : Capacity Allocation Service Centre for the Central Westeuropean Electricity Market,, société commune des réseaux français RTE, belge Elia, luxembourgeois Cegedel, néerlandais TenneT, et allemands EON Netz, RWE TSO, et EnBW TNG. Voir communiqué de presse du 18 Décembre 2007. 4. Convention ADEME/TECHNOFI n° 0705 C0036 Résumé du Rapport Final Page 6 sur 19.

(7) Réseaux intelligents, maîtrise de la demande et productiondé c e nt r a l i s é ed’ é l e c t r i c i t é: Ini t i a t i v edemont a ged’ unpr ogr a mmena t i ona ldeR&D TECHNOFI. . Les techniques de simulation numérique de phénomènes multi échelles, caracté r i s t i q u e sder é s e a u xé l e c t r i q u e s ,où l ’ on e s tc onf r ont éàl ’ a c c r oi s s e me nt constant sur des échelles spatiales de fonctionnement (allant de la Sibérie au Portugal). On citera deux pistes :  l af o r mu l a t i o nma t h é ma t i q u ed el ad e s c r i p t i o nd el ’ é t a td eg r a n d ss ystèmes couplés pour couvrir des dynamiques très variées,  l af o r mu l a t i o nd ’ a l g o r i t h me sn u mé r i q u e s( c o n v e r g e n c e ,p r é c i s i o n ,s t a b i l i t é )q u i permettent de simuler le comportement en vu de concevoir, voire de piloter ces systèmes. . Le st e c hni que s de l ’ a ut oma t i que et du contrôle optimal de systèmes fortement non linéaires, oùl ’ o ne s tc onf r ont éà:  Lad é f i n i t i o nd eb o u c l e sd ’ a s s e r v i s s e me n t se nv u ed up i l o t a g ea u t o ma t i q u ed u comportement en fonctionnement normal,  La simulation du comportement de systèmes bouclés pour valider le choix de c o n f i g u r a t i o n sc a p t e u r s / a c t i o n n e u r sq u i s t a b i l i s e n t l ’ e n s e mb l ed us y s t è me ,  Le pilotage optimal autour de critères préétablis de performances.. . Les techniques de modélisation de défaillances de systèmes complexes (approches probabilistes ou mixtes - probabilistes/déterministes) qui permettent de s i mu l e rl apr opa g a t i ond ’ i nc i d e nt se tl e u r sc ons é q u e nc e ss u rl ’ é t a td ’ u ns y s t è me électrique, système dont le niveau de redondance peut-être variable du fait des choix architecturaux issus de compromis économiques a nt é r i e u r sàl ’ é t u d e .. . Le st e c hni que sd’ opt i mi s a t i one r gonomi quede si nt e r f a c e shomme /ma c hi ne s pour renforcer la fiabilité et la disponibilité des systèmes :l ’ opé r a t e u rhu ma i n( e n pa r t i c u l i e re nt r a ns por td ’ é l e c t r i c i t é )r e s t e r ad a nsl aboucle de commande du système. La complexité des systèmes interconnectés nécessitera de lui apporter des i nf or ma t i onsnou v e l l e spou rl ’ a i d e ràp r e nd r ed eb onne sd é c i s i onsen temps réel (parfois quelques secondes en cas de défaillances graves du système électrique). Les mod a l i t é sdepr é s e nt a t i onsde sd onné e se nt e mpsr é e l ,a i ns iq u el ’ a ppr e nt i s s a g ed e s c ompor t e me nt sf a c eàd e ss i t u a t i onsd ’ u r g e nc e ,né c e s s i t e ntd e sr e c he r c he se n ergonomie qui rappellent ce qui a pu être fait en contrôle aérien.. . Les techniques de sécurisation de systèmes complexes, qui nécessitent des c hoi xd’ a r c hi t e c t u r edes systèmes d ’ i nf or ma t i one tde modalités de protection du système où le compromis coût/efficacité rejoint les enjeux abordés dans les systèmes de Défense Nationale.. . Les techniques de simulations numériques qui combinent le fonctionnement de sma r c hé sdel ’ é l e c t r i c i t ée tl ef onc t i onne me ntphy s i quede sr é s e a ux , lequel peut contraindre localement la « fluidité des échanges » (par exemple congestion aux raccordements inter frontaliers).. . Des approches nouvelles possibles permettant de mieux analyser les interactions entre les champs électromagnétiques et le vivant (homme, animaux, plantes) en vue de comprendre plus finement les éventuelles conséquences à court, moyen et long terme de ces interactions.. Convention ADEME/TECHNOFI n° 0705 C0036 Résumé du Rapport Final Page 7 sur 19.

(8) Réseaux intelligents, maîtrise de la demande et productiondé c e nt r a l i s é ed’ é l e c t r i c i t é: Ini t i a t i v edemont a ged’ unpr ogr a mmena t i ona ldeR&D TECHNOFI. Certains des projets de recherche ont été spécifiés dans le cadre de la présente démarche, les nouveaux acteurs français de la recherche étant déjà connus. Le tableau ci-dessous résume les pr oj e t sl e spl u smû r spou rl el a nc e me ntd ’ u n programme dès 2009. Réseau de transport Thème. Projet de recherche. Te c hni q u e snou v e l l e sd ec onc e pt i one td ’ opt i mi s a t i ond es y s t è me s Planification, hétérogènes management et évolution des actifs de transport Nouveaux outils statistiques pour la planification de réseaux Mé t hod e sd ’ obs e r v a t i one td ec ont r ôl emu l t i é c he l l e se tr é pa r t i s Conduite temps réel du réseau de transport. Protection du système contre les défaillances graves. Rôle et impacts des nouvelles technologies sur les performances du réseau de transport. Formation des opérateurs Interactions marchés /technologies de transport 6 7. Analyse des interactions dynamiques et méthodes pour l ’ a mé l i or a t i on d el as é c u r i t éd y na mi q u ed e sr é s e a u x( é c he l l e s courtes) I ns t r u me nt a t i one tmé t hod e sd ’ e s t i ma t i ond e sma r g e st he r mi q u e s des conducteurs en temps réel Nou v e l l e st e c hnol og i e sdel ’ i nf or ma t i onp ou rl as i mu l a t i ont e mps réel du comportement des réseaux Etude conceptuelle de la propagation des défauts et méthodes nou v e l l e spou rl ’ é t u d ed el apr é v e nt i ond el e u rpr opa g a t i on Optimisation des systèmes de mesure pour la surveillance et la commande améliorée du réseau : optimisation des capteurs actuels (incluant une analyse coût/bénéfice du positionnement futur des WAMS6 ) Utilisation technologique des FACTS7 pour le réglage de la tension et des flux e tl ’ a mé l i or a t i on d el a s t a bi l ité dynamique (Positionnement optimal des FACTS, Algorithmes de commande) Limiteurs et interrupteurs supraconducteurs : étude des conséquences de ces technologies sur le pilotage du réseau Etudes et développements de technologies nouvelles de câbles pou ra c c r oî t r el ’ e f f i c a c i t éd ut r a ns por t( c â bl e se nt e r r é s ,àf a i bl e s pe r t e s , …) Nouvelles techniques de simulation temps réel de comportement de réseaux de transport utilisables en formation Nou v e l l e sa ppr oc he se r g ono mi q u e s pou rl ’ optimisation des i nt e r f a c e sopé r a t e u r s/s y s t è mee nv u ed ’ u npi l ot a g epl u ss û r Techniques de prévision, minimisation et achat à moindre coût des pertes ohmiques. Wide Area Measurement System Flexible Alternating Current Transmission Systems. Convention ADEME/TECHNOFI n° 0705 C0036 Résumé du Rapport Final Page 8 sur 19.

(9) Réseaux intelligents, maîtrise de la demande et productiondé c e nt r a l i s é ed’ é l e c t r i c i t é: Ini t i a t i v edemont a ged’ unpr ogr a mmena t i ona ldeR&D TECHNOFI. Au-d e l àdec e spr e mi e r spr oj e t s ,l ’ e nj e ue s td ’ i mpl i q u e rd ’ a u t r e sa c t e u r se td ’ a u t r e spr oj e t s ,d e g é r e rl e st r a v a u xa i ns is pé c i f i é s ,pu i sd ’ i nt é g r e rl e sr é s u l t a t sl e spl u spr ome t t e u r sd a nsl e s dé v e l oppe me nt si nt e r ne sdeRTE.RTEs e r a i td a nsc ec ont e x t el at ê t ed ’ u nr é s e a ud er e c he r c he , similaire par exemple à celui initié par le PSERC 8(USA). Les travaux ainsi définis peuvent être financés directement par RTE, en accord avec le régulateur. Uni mpa c ta t t e nd udec e snou v e a u xt r a v a u xe s td epr é p a r e rpl u sd ’ a c t e u r sf r a nç a i sài nt é g r e rl e championnat europé e nd e sl a bor a t oi r e sd er e c he r c hes u rl et r a ns por td el ’ é l e c t r i c i t é ,l a bor a t oi r e s qui pourront alors aussi contribuer aux travaux de recherche coordonnés entre transporteurs européens. DI STRI BUTI ON D’ ELECTRI CI TE Les opérateurs de distribution, qui regroupent ERDF9 (le plus gros opérateur de distribution européen), mais aussi les 160 autres distributeurs en France, ont aussi créé au cours des vingt de r ni è r e sa nné e su nr é s e a ud er e c he r c he ss u rl ad i s t r i bu t i on d ’ é l e c t r i c i t é . EDF-R&D, les laboratoires universitaires français ou européens et des industriels (par exemple le GIE IDEA) contribuent à répondre aux défis tels que soulignés dans le Programme de Recherche de la Plateforme Technologique Européenne SmartGrids. De plus, comme EDF est impliqué en Europe da nsl ema na g e me ntd ’ a u t r e sr é s e a u x( Roy a u me -Uni et Allemagne), EDF R&D assure une mutualisation des actions de recherche pou rl ’ e ns e mbl ed e sf i l i a l e sc onc e r né e s .Ce t t e mu t u a l i s a t i ons er é v è l eê t r eu na t ou t ,pe r me t t a ntàEDFR&D d es ’ a s s oc i e ràd e sé qu i pe sde recherche européennes, voire américaines (coopération avec EPRI10). Ce mouvement de coopération, est confirmé par la participation française croissante aux projets financés par la DG Recherche au titre du 6ème et 7ème Programme Cadre. Pourquoi alors lancer des compléments de travaux de recherches sur la distribution en France ? Les réseaux de distribution ont une durée de vie longue, comme le réseau de transport. Leur évolution, même lente, sera de plus en plus influencée par : . l e sdé c i s i onsd’ i nv e s t i s s ement en moyens de production décentralisée issue de l apr od u c t i ond ’ é ne r g i eé l e c t r i q u epa rl e sr e nou v e l a bl e s , ma i sa u s s i d el ac og é né r a t i on utilisant principalement des combustibles fossiles : la France est en retard par rapport àd ’ a u t r e s Et a t s Me mbr e sq ui ont déjà engagé des politiques volontaristes, notamment du fait de la structure de leur bouquet énergétique impliquant la biomasse.. . de nouvelles formes de maîtrise de la consommation en électricité, liées autant à des changements de comportement vis-à-vi sd es i g n a u xd epr i xé l e v é sq u ’ àd e s r u pt u r e st e c hnol og i q u e s( pa re x e mpl el ’ hy pe ri s ol a t i ond e sbâ t i me nt s ,l e sbâ t i me nt sà énergie positive ou les véhicules hybrides connectables au réseau) qui feront changer la nature de la demande en électricité. Là encore, le récent Grenelle de l ’ Env i r onne me ntd é bou c hes u rd e spr opos i t i onsa mbi t i e u s e spou rl e sbâ t i me nt s , t ou t e ne nc ou r a g e a ntd e sa ppr oc he si nnov a nt e se nt e r me d ’ u t i l i s a t i on e nc or e pl u s r a t i onne l l edel ’ é l e c t r i c i t é .. Power Systems Engineering Research Center (voir http://www.pserc.wisc.edu/) Electricité Réseau de Distribution France (ERDF), détenue à 100% par EDF, est la société chargée des activités de distribution du groupe 10 Electric Power Research Institute 8 9. Convention ADEME/TECHNOFI n° 0705 C0036 Résumé du Rapport Final Page 9 sur 19.

(10) Réseaux intelligents, maîtrise de la demande et productiondé c e nt r a l i s é ed’ é l e c t r i c i t é: Ini t i a t i v edemont a ged’ unpr ogr a mmena t i ona ldeR&D TECHNOFI. Les réseaux actuels de distribution ont été conçus comme des réseaux passifs, où le transfert de l ’ é ne r g i es ’ e f f e c t u edema ni è r euni d i r e c t i onne l l ed upos t edet r a ns f or ma t i onv e r sl e su t i l i s a t e u r s , et le réglage de la tension est effectué par action au niveau du poste source. Tous les principes actuels de contrôle, de protection et de reconfiguration sont remis en cause dès lors que des c a pa c i t é ss i g ni f i c a t i v e sdepr odu c t i ons ’ i ns è r e nta uc œu rmême du réseau de distribution. Le r é g l a g ee tl ’ e x pl oi t a t i ond ur é s e a usont à ce jour semi-automatiques : ils nécessitent encore l a r g e me ntl ’ i nt e r v e nt i onhu ma i net a nta uni v e a ud ut e r r a i nq u ed uc e nt r ed ec ond ui t e . L’ arrivée de la production décentralisée11 ( u ni t é sd epr od u c t i ond ’ u net a i l l ei nf é r i e u r eà1 0MW) , c onne c t é e au réseau moyenne/basse tension, échappea u j ou r d ’ hu i a u xou t i l sd eg e s t i ond e sg r os s e su ni t é sd e pr odu c t i one ta u xr è g l e sd’ é q u i l i br epr od u c t i on- consommation gérées par le gestionnaire des réseaux de transport : il faudra faire évoluer les réseaux en France pour prendre en compte une participation significative instantanée de la production décentralisée. 12 Or ,l ’ i nc i de nti t a l i e ndeS e pt e mbr e2 0 0 3 a conduit au déclenchement de plusieurs milliers de MW d epr odu c t i ond’ é l e c t r i c i t éd é c e nt r a l i s é e .Ce ti nc i d e ntamont r éq u el ec ompor t e me ntd ec e s u ni t é sn’ a v a i tpa sé t éi nt é g r éd a nsl e spl a nsd es a u v e g a r d e . Le u rp r é s e nc ec ompl e x i f i el e sr è g l e sd e pr ot e c t i ondus y s t è med ed i s t r i bu t i ona v e cd e sr i s q u e snou v e a u x( l ’ a pp a r i t i ond ephé nomè ne s électromécaniques t e l sq u ede spe r t e sd es t a bi l i t éd ’ u ni t é sdeproduction décentralisée, de possibles mauvais comportements des interfaces électroniques en réponse aux creux de tension13). Globalement, des niveaux de pénétration élevés de génération distribuée génèreront dans un futur plus ou moins proche des enjeux systémiques globaux demandant de revoir. 1). les procédures et dispositifs de détection et de localisation de défauts,. 2). de nouveaux plans de défense et de reconfiguration,. 3). l ’ i nt é g r a t i onde sd é f a u t sdemo d ec ommu n( a us e nsf i a bi l i s t ed ut e r me )d a nsl ’ a n a l y s ed e vulnérabilité,. 4). l ’ i mpa c td’ u neg e s t i ondel ade ma nd el or sd ’ i nc i d e nt s .. Da nsl ame s u r eoùl aFr a nc es ’ e ng a g e r a i td a nsu nei nt é g r a t i onc r oi s s a nt ed e spr oc é d u r e sd e gestion des réseaux de transport et distribution, et où, pour des raisons de coût et de performance, on automatisera de plus en plus le pilotage du réseau de distribution, les besoins de connaissances nouvelles concernent de nouvelles techniques de détection et localisation de défauts sur les lignes de distribution, de nouvelles techniques de protection des réseaux de distribution intégrant un fort taux de génération distribuée (îlotage, protections anti-îlotage, e t c . …) ,e tde sé t u de sd ’ a r c hi t e c t u r e se td es t r u c t u r ed e réseaux de distribution auto cicatrisants.. Qui exclut la plupart des parcs éoliens et de la micro hydraulique de très grande ampleur sur le réseau électrique italien le 28 septembre 2003, ayant conduit à l'interruption de l'alimentation électrique sur l'ensemble de l'Italie continentale et de la Sicile. 13 C ’ e s tpa re x e mpl el ec a sduc ompor t e me ntd e sé ol i e nne sq u ines ontpa sé q u i pé e sd ’ u nec o mpe ns a t i ona dé q u a t e: des développements sont en cours 11. 12Défaillance. Convention ADEME/TECHNOFI n° 0705 C0036 Résumé du Rapport Final Page 10 sur 19.

(11) Réseaux intelligents, maîtrise de la demande et productiondé c e nt r a l i s é ed’ é l e c t r i c i t é: Ini t i a t i v edemont a ged’ unpr ogr a mmena t i ona ldeR&D TECHNOFI. En parallèle, comme pour le réseau de transport, les constructeurs de matériel ont développé des c ompos a nt sg é né r i q u e sdontl ’ u t i l i s a t i on pr og r e s s i v emod i f i e r ac ons i d é r a bl e me ntl e sc hoi x architecturaux et les modes de pilotage automatique. On citera les techniques du comptage intelligent14, les interrupteur/ redresseurs en Carbure de Silicium (SiC), les DFACTS15, systèmes de compensation/soutien qui permettent de découpler le consommateur des perturbations réseau (creux, microcoupures, harmoniques). Comme pour le réseau de transport, ces composants, parfois encore en développement, doivent faire face aux objections classiques des gestionnaires de réseaux : . manque de maturité de la technologie. . c oû td’ i nv e s t i s s e me ntrédhibitoire. . coût de possession mal maîtrisé (du fait du manque de données sur la fiabilité).. De sbe s oi nsdec onna i s s a nc e snou v e l l e sv oi e ntd oncl ej ou rpou rme s u r e rl ’ i mpa c ts u rl es y s t è me de ces technologies en combinant simulation et essais pour répondre aux mêmes questions critiques : position optimale dans le réseau, lois de pilotage, coordination centralisée du fonctionnement, interaction avec le réseau de transport, impact sur les modalités de pilotage intégré, impacts sur des nouvelles architectures de micro et mini réseaux et sur leurs interconnexions. Le changement de régimer é g u l a t oi r enef a i tq u ’ a mpl i f i e rl e sbe s oi nsd eR&D. Depuis le 1er Juillet 2007, date de création du régime régulé pour les opérateurs de distribution, pe ud es e r v i c e snou v e a u xonte nc or eé t émi se nopé r a t i onpou rf a c i l i t e rl ’ a c c è sde sc l i e nt sa u marchév i ad e sopé r a t e u r sd en é g oc e .Ce pe nd a nt ,l ’ e x pé r i e nc ed ’ a u t r e spa y s( Gr a nd e -Bretagne, Danemark, Espagne, Pays-Ba s )v ape r me t t r ed ’ i ni t i e rd e si nnov a t i onss y s t è me s ,mi s e se npl a c e progressivement soit à l'initiative de ces opérateurs de distribution, soit à la demande de leurs autorités concédantes (syndicats d'énergie). Nul doute que les collectivités sauront, lors du renouvellement des concessions, sélectionner les candidats sur des critères incluant cette capacité à gérer finement le réseau, en respectant les intérêts de la collectivité (optimisation de ses investissements en développement, réduction des impacts environnementaux). Les besoins en connaissances multidisciplinaires nouvelles concerneront donc : 1). le déploiement de technologies de management / gestion de la demande, ce qui mitige : l ’ opt i mi s a t i ont e c hnol ogi quee té c onomi quedel ’ a gr é ga t i ond’ uni t é sdepr oduc t i on décentralisée, comparant centrales virtuelles et micro réseaux,. 2). les modèles technico-économiques de plateformes de simulation des transactions d ’ é l e c t r i c i t é ,. 3). l e sa na l y s e sd’ i mpa c tdec e sf ut u r e sc e nt r a l e sv i r t u e l l e sd epr od u c t i on.. Les projets de recherche qui ont été spécifiés dans le cadre de la présente démarche sont résumés dans le tableau ci-d e s s ou s ,l e spa r t i c i pa nt ss ’ é t a ntf oc a l isés sur les projets les plus matures pour le l a nc e me ntd’ u npr og r a mmedé s2 0 0 9 . Voir par exemple le programme supporté par OFGEM (Juillet 2007) impliquant EDF Energy, EON. UK, Scottish Power, Scottish C. Southern Energy 15 Voir par exemple la thèse de doctorat de H. Gaztanaza Arantzamendi (« E t u dedes t r u c t u r e sd ’ i nt é gration des systèmes de génération décentralisée : application aux micro-réseaux ») 14. Convention ADEME/TECHNOFI n° 0705 C0036 Résumé du Rapport Final Page 11 sur 19.

(12) Réseaux intelligents, maîtrise de la demande et productiondé c e nt r a l i s é ed’ é l e c t r i c i t é: Ini t i a t i v edemont a ged’ unpr ogr a mmena t i ona ldeR&D TECHNOFI. Réseaux de distribution Thème. Planification, management et évolution des actifs. Projet de recherche Nouvelles méthodologies de planification des investissements basées sur la participation accrue des clients au fonctionnement du système (écrêtage des poi nt e s , s e r v i c e ss y s t è me s , …. ) « Architectures » de réseaux intégrant la production répartie : bâtiments à énergie positive, maillages, boucles, réseau DC Techniques de surveillance et management des actifs du réseau de distribution Vieillissement et disponibilité de la fourniture du réseau de distribution, impacts pour la mise en place de maintenance prédictive et management des actifs du réseau de distribution Méthodes probabilistes pour les études de raccordement de production distribuée pour mieux estimer contraintes et opportunités générées de ces parcs de production. Etude des jeux d'acteurs concernant la mise en concurrence de contrats de concessions par les Collectivités locales Développement de techniques de simulation du comportement réseau prenant en compte la production décentralisée et les interfaces électroniques pour Sécurité et u rl ’ a u t oma t i s a t i ond el ac ond u i t ef u t u r ede s conduite temps évaluer leur impact notamment s réseaux réel des réseaux de distribution Etude de nouveaux services système apportés notamment par la production décentralisée et le pilotage des charges Etude et développement de techniques de détection et localisation optimales de défauts Concepts et études de réseaux de distribution auto cicatrisants (en vue de la Protection du reconfiguration optimale après incident) système de distribution Etude et développement de nouveaux systèmes de défense du réseau intégré (transport et distribution) prenant en compte la gestion intelligente de l'énergie dans le bâtiment (délestage optimal "en douceur") Etude et développement de nouveaux modes automatiques de pilotage du réseau basé sur les nouvelles technologies Concepts et étude de techniques de management de micro et mini-réseaux à Rôle et impacts d i s t a nc e , g e s t i ond el ’ î l ot a g e de nouvelles Technologies de comptage bidirectionnel bas coût, communicant technologies sur Mé t hode sd’ é c oc onc e ption de composants de distribution les performances Technologies et méthodes pour réduire les pertes de distribution des réseaux de Dé v e l oppe me ntd ’ ou t i l sd ec omma nd emu l t i -objectifs et/ou de reconfiguration distribution du dispositif de commande permettant une planification dynamique rationnelle d el ’ é ne r g i eé l e c t r i q u eàs t oc k e rd e ma ni è r e à ma x i mi s e rl ap r odu c t i on distribuée. Convention ADEME/TECHNOFI n° 0705 C0036 Résumé du Rapport Final Page 12 sur 19.

(13) Réseaux intelligents, maîtrise de la demande et productiondé c e nt r a l i s é ed’ é l e c t r i c i t é: Ini t i a t i v edemont a ged’ unpr ogr a mmena t i ona ldeR&D TECHNOFI. Les travaux ainsi définis pourraient être financés directement par ERDF et les autres distributeurs d’ é l e c t r i c i t é ,e na c c or da v e cl er é g u l a t e u r .L’ i mpa c ta t t e nd ud ec e snouveaux travaux est de pr é pa r e rpl u sd ’ a c t e u r sf r a nç a i sài nnov e ra u xbé né f i c e sd e sr é s e a u xd ed i s t r i bu t i onf r a nç a i s . Cependant, la date encore récente de création du régime régulé pour les opérateurs de distribution (1er Juillet 2007) nécessite plus de concertation entre les distributeurs, les autorités concédantes et le régulateur pour définir la structure juridique ad-hoc de pilotage de cette r e c he r c he( GI E,Fond a t i on,a u t r e ) ,c e c ia f i nd ’ e nd é d u i r el ’ or g a ni s a t i ond ’ u nf i na nc e me ntq u i serait alors pris s u rl et a r i f , c ommepou rl e st r a v a u xs u rl et r a ns p or td ’ é l e c t r i c i t é . INTERACTIONS ENTRE RESEAU DE TRANSPORT ETRESEAUXDEDI STRI BUTI ON D’ ELECTRI CI TE La régulation des opérateurs de transport et de distribution est complètement opérationnelle depuis le 1er Juillet 2007, ERDF étant une filiale à part entière du groupe EDF depuis le 1er Janvier 2008. Cette situation introduit de nouvelles règles de fonctionnement entre opérateurs, et vraisemblablement de nouveaux besoins de connaissances pour faire que ces interactions soient ma na g é e sdema ni è r eopt i ma l e . L’ a j u s t e me nte npe r ma ne nc ed el apr od u c t i onàl ac ons omma t i on reste une nécessité absolue pour le bon fonctionnement du système. Dans la mesure où la production deviendra moins facilement ajustable, du fa i td el ’ u t i l i s a t i on a c c r u ed es ou r c e s r e nou v e l a bl e sg é né r a l e me nti nt e r mi t t e nt e s ,l ’ a j u s t e me ntd el ac ons omma t i ond e v i e ntu ne nj e u ma j e u rdel apr oc h a i nedé c e nni e ,d ’ a u t a ntpl u sq u el e st e c hnol og i e snou v e l l e spe r me t t r ontd e pr é di r el ad e ma nd e , e td ’ a g i rdemanière déterministe sur cette demande. Les t oc k a g ed ’ é l e c t r i c i t éd e v i e nta i ns i ,d a nsc ec ont e x t e ,u nenou v e l l eopt i ont e c hnol og i q u epou r répondre au caractère futur (parfois stochastique), de la production et de la demande. Excepté le relevage hydraulique, déjà pratiqué dans des nombreux pays et étudié par les Pays-Bas à très g r a ndeé c he l l ee nc emome nt ,l es t oc k a g ema s s i fd el ’ é ne r g i eé l e c t r i q u en’ ap ou rl ’ i ns t a ntpa s fait de percée au niveau mondial. Toutefois, les développeurs de systèmes de stockage de l ’ é l e c t r i c i t év oi e ntl e u rma r c hés ’ ou v r i rs ou sl apou s s é ed epl u s i e u r st y pe sd ed e ma nd e: . le marché du transport automobile par véhicule hybride et hybride rechargeable qui verra une percée importante en particulier des technologies lithium ion en mode distribué,. . le problème de l ’ i nt e r mi t t e nc ede sf l uxé ol i e nsqui pourrait être résolu par des technologies de stockage de masse,. . l e ss y s t è me sd es t oc k a g ed é d i é sàl aq u a l i t éd el ’ é ne r g i eà court terme, en soutien au réseau (stabilisation, réserves, secours).. Ce qui caractérise tous ces systèmes est leur capacité à contourner le caractère « flux tendu » du t r a ns por td’ é l e c t r i c i t é ,pe r me t t a nta i ns id ened é c i d e rl av a l or i s a t i on q u ’ a umome ntoùl e s conditions économiques et environnementales sont les plus favorables. Le stockage devient donc u neopt i ondi s poni bl epou rl e sv e nd e u r sd ’ é l e c t r i c i t é ,opt i onq u il e u rpe r me tu na r bi t r a g ee nt r e pr odu c t i one tc ons omma t i on:l es t oc k a g ed ’ é l e c t r i c i t és ej u s t i f i ed oncd ’ a u t a ntpl u sq u el e sé c a r t s entre coûts de production/stockage (qui de plus en plus incluront un coût de CO2) et prix de v e nt edel ’ é l e c t r i c i t és onté l e v é s .. Convention ADEME/TECHNOFI n° 0705 C0036 Résumé du Rapport Final Page 13 sur 19.

(14) Réseaux intelligents, maîtrise de la demande et productiondé c e nt r a l i s é ed’ é l e c t r i c i t é: Ini t i a t i v edemont a ged’ unpr ogr a mmena t i ona ldeR&D TECHNOFI. On voit alors que la valorisation des fonctions du stockage vue par les gestionnaires de réseaux de ma nded ’ a b or du neé v a l u a t i o nmé t hod i q u ee tpr é c i s ed et ou sl e sbé né f i c e spot e nt i e l sq u el ’ on peut en tirer :  réserves primaires et secondaires car ces moyens de stockage, hormis le stockage s ou sf or med’ a i rc ompr i mé16(CAES) ont une réponse immédiate en puissance,  pa r t i c i pa t i ona umé c a ni s med ’ a j u s t e me nt ,  amélioration éventuelle de la qualité de fourniture en bout de ligne ou sur des postes en antenne,  une combinaison des bénéfices ci-dessus. Le tableau ci-d e s s ou sr é s u mel e ss u j e t sder e c he r c hed ’ i nt é r ê tc ommu ne nt r eopé r a t e u rd e transport et opérateurs de dis t r i bu t i ont e l sq u ’ e x a mi né spa rl eg r o u ped et r a v a i l . Interactions entre réseaux de transport et de distribution Thème. Projet de recherche Impacts sur la planification des réseaux des différents scénarios de déploiement énergétique incluant MDE et PDE Impact environnemental de la gestion coordonnée de la Planification, management demande, de la production décentralisée et du stockage et évolution des actifs Nouveaux outils systémiques pour évaluer les impacts/ réseaux bénéfices du stockage (opération des systèmes de transport et distribution ( d ontdé c a l a g ed ’ i nv e s t i s s e me nt s ) ,évolution du système électrique (cas des îles et de la métropole), compromis fiabilité/ sécurité/ efficacité du système électrique) Ana l y s ee ti mpa c t sd us t oc k a g ed ’ é ne r g i eé l e c t r i q u epou rl e pilotage des réseaux à marge de sécurité réduite (équilibrage, provision de réserves, management des congestions, gestion des modes de marche critiques, amélioration de la stabilité dynamique -amortissement des oscillations de puissance) Techniques nouvelles de simulations validées pour évaluer les performances de système de stockage pour le réseau Te c hni q u e sd ’ opt i mi s a t i ont e mpsr é e ld e sbé né f i c e sa pportés Contribution du stockage par le stockage (effacement des pointes, dispatchabilité des d’ é ne r gi eé lectrique à la productions) appliquées aux réseaux (classiques, intelligents, conduite/sécurité des mini et micro-réseaux autonomes, réseaux isolés) réseaux Potentiel technique et économique des moyens de stockage de forte capacité (type CAES ou autre) Dé v e l oppe me nt sd et e c hni q u e sv a l i d é e sd ’ é v a l u a t i on d e s bé né f i c e sd us t oc k a g ed ’ é l e c t r i c i t é Concepts, études et comparaison de stockage forte puissance / petite puissance, avantages et inconvénients des différentes solutions (Quelles solutions pour quels services ? modalités de réglage du réseau -réserves de puissance?) Spécifications/ validation Développement de sites de démonstration ad hoc de stockage de nouvelles technologies d’ é l e c t r i c i t éc ou pl éau réseau et composants de stockage 16. Compressed Air Electricity Storage. Convention ADEME/TECHNOFI n° 0705 C0036 Résumé du Rapport Final Page 14 sur 19.

(15) Réseaux intelligents, maîtrise de la demande et productiondé c e nt r a l i s é ed’ é l e c t r i c i t é: Ini t i a t i v edemont a ged’ unpr ogr a mmena t i ona ldeR&D TECHNOFI. Les travaux ainsi définis pourraient être financés directement par RTE, ERDF et les autres di s t r i bu t e u r sd’ é l e c t r i c i t é , e na c c or da v e cl er é g u l a t e u r . L’ i mpa c ta t t e nd ud ec e snou v e a u xt r a v a u x est de préparer les gestionnaires de réseau et les acteurs du stockage à innover aux bénéfices du système électrique français et, plus généralement, européen, notamment avec des finalités environnementales (réduction des émissions de CO2). Cependant, la date encore récente de création du régime régulé pour les opérateurs de distribution (1er Juillet 2007) nécessite une concertation entre ces acteurs, les autorités concédantes et le régulateur pour définir une structure j u r i d i q u ea dé q u a t edepi l ot a g ed ec e t t er e c he r c he( GI E,Fonda t i on,a u t r e ) ,c e c ia f i nd ’ e ndéduire une organisation et un financement pris sur le tarif. MAÎTRISE DE LA DEMANDE EN ELECTRICITE LaLoiPOPEdu1 3J u i l l e t2 0 0 5v i s el ’ a mé l i or a t i ond el ’ i nt e ns i t éé ne r g é t i q u ef i na l ed enot r epa y s ( l er a ppor tdel ac ons omma t i ond’ é ne r g i ef i na l s u rle PIB) : . réduction de 2 % par an à partir de 2015. . réduction de 2,5 % par an après 2030.. Ce sor i e nt a t i onss ontc onf i r mé e spa rt ou sl e spa y sd el ’ Uni onEu r opé e nne .L’ e ns e mbl ed ec e s or i e nt a t i onsv i s eàl af oi su ne r é d u c t i on d el ac ons omma t i on g l oba l ed ’ é nergie et une c ons omma t i ond ’ é l e c t r i c i t épl u se f f i c i e nt e( me i l l e u rs e r v i c er e nd uàmoi nd r ec oû tpou rl ’ u s a g e r ) . C’ e s ta l or s ,v r a i s e mbl a bl e me nt ,l af a ç onl apl u sd i r e c t ee tl amoi nsc oû t e u s ed er e nf or c e rl a s é c u r i t éd el ’ a ppr ov i s i onne me nté l e c t r i q u e . Mais, les chiffres restent têtus, à ce jour, quand on considère le chemin parcouru par la France depuis le premier choc pétrolier : . l ac ons omma t i onf i na l ed’ é l e c t r i c i t éaé t émul t i pl i é epa rt r oi sd e pu i s1 9 7 0 ,. . l e st a r i f sf i x é spa rl ’ é t a te tl eni v e a ud e spr i xd el ’ é ne r g i epr a t i q u é spa rGDFe tEDF (les acteurs principaux encore à ce jour) pourraient être encore plus incitatifs vis a vis de si nv e s t i s s e me nt snou v e a u xe nma t i è r ed ’ e f f i c a c i t éé ne r g é t i q u e( e npa r t i c u l i e rd a ns le chauffage des bâtiments),. . il faudra résoudre, au cas par cas, les paradoxes inhérents aux compromis à faire 17 e nt r er é du c t i ond e sé mi s s i onsdeCO2e tma î t r i s ed el ac ons omma t i ond ’ é l e c t r i c i t é dans la mesure où le bouquet énergétique français est très peu carboné : moins d’ é l e c t r i c i t én’ e s tpa sf orcément synonyme de moins de CO2 et réciproquement !. Le récent rapport du Sénat présenté le 27 Juin 200718 insiste sur le renforcement de mesures classiques19 q u i c ont r i bu e r ontàl ama î t r i s edel ’ é l e c t r i c i t é . Ra ppor td’ i n f or ma t i onduS é na t , N° 3 5 7 , t o meI , J u i n2 0 0 7 Ibid 19 Pour situer le problème, il est important de rappeler deux séries de chiffres : 1. EnFr a nc e , l ’ é l e c t r i c i t édi s poni bl epou rl ac ons omma t i onf i na l e( 4 2 0TWhe n2 0 0 4 )e s tc ons ommé eà: 6 4 , 8 % da nsl ’ ha bi t a t( 1 5 0TWh)e tl e ss e r v i c e s( 1 2 0TWh)( pr e mi e rr a ngd e ss ou r c e sd’ é ne r g i ef i na l ed e v a nt le gaz naturel). 3 2 , 2 % da nsl ’ i nd u s trie (idem) 3% dans les transports Ce sc hi f f r e ss ontr e s pe c t i v e me ntd e5 6 %, 4 1 %e t3 % da nsl ’ UE-25. 17 18. Convention ADEME/TECHNOFI n° 0705 C0036 Résumé du Rapport Final Page 15 sur 19.

(16) Réseaux intelligents, maîtrise de la demande et productiondé c e nt r a l i s é ed’ é l e c t r i c i t é: Ini t i a t i v edemont a ged’ unpr ogr a mmena t i ona ldeR&D TECHNOFI. Tou t e f oi s ,l er a ppo r tn’ a bor d epa sd ema ni è r ed i r e c t ed ’ a u t r e sv oi e sq u iné c e s s i t e ntu ne coopération étroite entre gestionnaires de réseau électrique et les autres acteurs participant au fonctionnement du système électrique. Outre les mesures citées de maîtrise de la consommation dans ce rapport (amél i or a t i ond el ’ e f f i c a c i t éé ne r g é t i q u ed e sbâ t i me nt se td e sc ha r g e sé l e c t r i q u e s , changement des comportements des consommateurs, etc.), l a ma î t r i s ed el ’ é ne r g i ep a s s e également par la réduction des pertes de production, de transport et de distribution de l’ é l e c t r i c i t é .Ledé v e l oppe me ntd ’ u neproduction distribuée et locale maîtrisée peut ainsi y c ont r i bu e r ,a v e ce nc or ol l a i r e ,unma i nt i e nd uni v e a ud edi s poni bi l i t ée tdeq u a l i t éd el ’ é ne r g i e . L’ opt i mi s a t i ondel age s t i onde st r a ns f e r t sé ne r gé t i que ssur les réseaux existants par la c oor di na t i ondel ag é né r a t i one tdel ad e ma nd e ,l ’ u s a g ed ’ a c t i onne u r sj u di c i e u s e me ntd i s t r i bu é s est également une voie intéressante. Enp a r t i c u l i e r ,l ’ i nt r od u c t i ond’ u nusage plus large du stockage d el ’ é l e c t r i c ité au niveau de la production, de la consommation et en des points bien choisis du réseau peut constituer une vraie rupture dans ce domaine. Enfin, d e sg a i nss ontpos s i bl e sda nsl ’ e f f i c a c i t éé ne r g é t i q u ede s composants de réseaux eux-mêmes, avec dans certai nsc a sl ’ i nt r od u c t i on d ’ u ne nou v e l l e génération technologique. Ces constats sont largement repris dans le livre vert de la Commission Eu r opé e nnes u rl ’ e f f i c a c i t éé ne r g é t i q u e . Au-delà des projets de recherche déjà listés qui, directement ou indirectement, contribuent à la maîtrise de la demande en électricité, le tableau ci-dessous liste les projets de recherche qui apparaissent les plus urgents à lancer en liaison avec la maîtrise de la demande en électricité. Maîtrise de la demande en électricité Projets de recherche Contribution de la demande à la fourniture de services aux réseaux Ge s t i onc oor donné edel ade ma nd ee tdel apr od u c t i ond é c e nt r a l i s é e:d a nsq u e l l eme s u r el ’ u n f a v o r i s el ’ i ns e r t i ondel ’ a u t r eda nsl e ss y s t è me sé l e c t r i q u e s? Etude des mécanismes incitatifs liés à la variabilité de la demande (certificats blancs) Financement des technologies de gestion de la demande misese nœu v r ec he zl ec ons omma t e u r Nou v e l l e smé t hode spou rl ’ i nt r odu c t i ond el apr od u c t i ondé c e nt r a l i s é ed a nsl e sma r c hés de l ’ é l e c t r i c i t éa umoy e ndel ag e s t i ondel ade ma nd e Analyse des coûts des mécanismes assurant une plus grande flexibilité de la demande sur le système de production d’ é l e c t r i c i t ée tl ’ é mi s s i onde gaz à effet de serre en résultant. Etude des relations entre les différents mécanismes mis en place pour gérer la demande et la réduction des gaz à effets de serre.. 2. Pa ra i l l e u r s ,l et r a ns por te tl adi s t r i bu t i ondel ’ é n e r g i eé l e c t r i q u ee n t r a î ne ntj u s q u ’ à1 0 %d epe r t e sdel ’ é l e c t r i c i t é pr odu i t e( j u s q u ’ à3 % pou rl et r a ns por te t6 -7% pour la distribution). Les pertes en lignes en France ont représenté 32,4 TWh en 2005, soi tl ’ é q u i v a l e ntdel ac ons omma t i ond’ é l e c t r i c i t éd e8mi l l i onsdef oy e r sf r a nç a i s (hors chauffage et eau chaude sanitaire). Convention ADEME/TECHNOFI n° 0705 C0036 Résumé du Rapport Final Page 16 sur 19.

(17) Réseaux intelligents, maîtrise de la demande et productiondé c e nt r a l i s é ed’ é l e c t r i c i t é: Ini t i a t i v edemont a ged’ unpr ogr a mmena t i ona ldeR&D TECHNOFI. PRODUCTI ON DECENTRALI S EED’ ELECTRI CI TE Le sEt a t sMe mbr e sdel ’ Uni onEu r opé e nnes onte nt r a i ndené g oc i e rl e sq u ot a sd ’ u t i l i s a t i ond e s sou r c e sd ’ é ne r g i e sr e nou v e l a bl e sq u ’ i l s de v r ont a t t e i nd r e pou rr e s pe c t e rl e sc i bl e sd e c ons omma t i ond’ é ne r g i eé l e c t r i q u ed ’ or i g i ner e nou v e l a bl ee n2 0 2 0 .Le se nj e u xpou rl aFr a nc e sont tels que les programmes de recherche déjà engagés par les acteurs en place, et certains des projets déjà listés plus haut, contribuent à la préparation des réseaux à ces défis. Cependant, des outils systémiques doivent aussi être développés pour analyser et maîtriser les i mpa c t sd ’ u nepr odu c t i onpl u sv ol a t i l es u rl ebonf onc t i onnement du réseau. Ces travaux de recherche nécessitent un pilotage par les opérateurs de réseaux, de façon à produire des c onna i s s a nc e snou v e l l e sd ontl ’ a ppl i c a t i one s tf a c i l i t é epa rl ef a i tq u ’ e l l e sonté t és pé c i f i é e se t validées par les opérateurs de réseau. Au-delà des projets de recherche déjà listés qui, directement ou indirectement, contribuent à la pr omot i ondel apr od u c t i ond ’ é l e c t r i c i t éd é c e nt r a l i s é e ,l et a bl e a uc i -dessous liste les projets de recherche qui apparaissent les plus urgents à lancer. Pr oduc t i ondé c e nt r a l i s é ed’ é l e c t r i c i t é Projets de recherche Dé v e l oppe me ntd’ ou t i l sdec omma nd emu l t i -objectifs et/ou de reconfiguration du dispositif de c omma ndepe r me t t a ntu nepl a ni f i c a t i ond y na mi q u er a t i onne l l ed el ’ é ne r g i eé l e c t r i q u eàs t oc k e r de manière à maximiser la production distribuée Conc e pt se tt e c hni q u e spou rl ag e s t i ond el ’ i nt e r mi t t e nc ed el apr od u c t i ond é c e nt r a l i s é ee td el a consommation (choi xe td i me ns i onne me ntd e st e c hnol og i e se nv u ed ’ u nepa r t i c i pa t i ona ur é g l a g e primaire -voire secondaire- du réseau, intégration du stockage dans la gestion du réseau, pa r t i c i pa t i ona ur é g l a g ed el ’ é q u i l i br epr od u c t i on–consommation, valorisation économique de la fourniture de service du stockage, conduite centralisée de la production intermittente) Concepts et principes de nouveaux systèmes régulatoires pour garantir la cohérence de la pr omot i ons i mu l t a né ede sr e nou v e l a bl e se td us t oc k a g ed el ’ é l e c t r i c i t é Modè l e sc omme r c i a u xd’ opé r a t e u r s / a g r é g a t e u r sd es t oc k a g e( pr od u c t i ond i f f é r é e )e nv u ed e rendre la volatilité de la production et de la demande plus maîtrisables Mé t hodepou rv a l or i s e rl ’ a ppo r tdus t oc k a g ef o r t epu i s s a nc een vue de la participation des é ol i e nne sa uma r c héd el ’ é l e c t r i c i t é( a j u s t e me nt ) Concepts et méthodes de formation des coûts réseaux prenant en compte la production décentralisée massive qui inclut la gestion de la demande Les travaux définis ci-dessus, visant à mieux répondre aux défis de la maîtrise de la c ons omma t i on d ’ é l e c t r i c i t ée tdel ’ u t i l i s a t i on a c c r u ed e sr e nou v e l ables pourraient aussi être f i na nc é sdi r e c t e me ntpa rRTE,ERDFe tl e sa u t r e sd i s t r i bu t e u r sd ’ é l e c t r i c i t é ,e na c c or da v e cl e régulateur. Mais là aussi, la date récente de création du régime régulé pour les opérateurs de distribution (1er Juillet 2007) nécessite une concertation entre ces acteurs, les autorités concédantes et le régulateur afin de définir les modalités de financement par le tarif. Convention ADEME/TECHNOFI n° 0705 C0036 Résumé du Rapport Final Page 17 sur 19.

(18) Réseaux intelligents, maîtrise de la demande et productiondé c e nt r a l i s é ed’ é l e c t r i c i t é: Ini t i a t i v edemont a ged’ unpr ogr a mmena t i ona ldeR&D TECHNOFI. CONCLUSIONS Les débats menés au cours des trois ateliers du 19 juillet, 30 août et 8 octobre 2007 ont permis de cerner les impacts positifs du programme de recherche complémentaire proposé dans le cadre de ce travail. Ces impacts sont résumés ci-après : 1). Définir les enjeux européens de bon fonctionnement des réseaux électriques du futur pe r me td ’ or e se tdé j àd ef ixer une liste de thèmes de recherche dont le financement reste à assurer au niveau européen. Ces travaux sont résumés au Chapitre III du rapport principal.. 2). Fa i r eé v ol u e rl es y s t è med’ i nnov a t i ona c t u e l f r a nç a i se nma t i è r ed er é s e a ué l e c t r i q u eg r â c eà une coordination accrue et à un financement différent de nouveaux travaux permet de donner aux gestionnaires de réseaux des options nouvelles de développement en vue de répondre aux défis évoqués lors des débats. La récente présentation sur les besoins de recherche de RTE insiste à juste escient sur le couplage entre évolutions et révolutions pour le réseau français de transport. Les travaux aux USA, au Royaume-Uni, ainsi que la plateforme technologique européenne SmartGrids; soulignent le besoin de penser autrement les réseaux du futur et ceci de manière collective,c ’ e s t -à-dire impliquant c he r c he u r s , i ng é ni e u r se té c onomi s t e s . Làe s tl av r a i er u pt u r e , s ou l i g né ea u s s i pa rl ’ a c t i ond e c oor d i na t i onRELI ANCE d a nss e spr opr e spr opos i t i onsf i na l e sd ’ a c t i onsd er e c he rche (www.ca-reliance.org).. 3). Mettre en place le programme national de recherches proposé prépare à une possible réoptimisation du système électrique français au sein du marché unique européen : ce n’ e s tc e r t e spa sl av oc a t i ond upr og r a mmepr op os éd a nsc er a ppor t . Ma i sl ami s ee nœu v r e de ce programme permettra aux autres acteurs clés (producteurs indépendants, vendeurs d ’ é l e c t r i c i t é ,g r ou pe s de c ons omma t e u r s ,c ons t r u c t e u r sd ’ é q u i pe me nt s , r é g u l a t e u r , décideurs politiques) de discuter des priorités proposées par les responsables du réseau et d ’ a v oi ra c c è sa u xr é s u l t a t sder e c he r c hes u i v a ntd e smod a l i t é sp r é s e nt é e sd a nsc er a ppor t . Ce t t et r a ns pa r e nc ed a nsl ’ a c c è sa u xr é s u l t a t spe r me t t r ad epr é pa r e ru ns y s t è meg l oba lement plus efficient, du point de vue économique, social et environnemental.. 4). Préparer de nouvelles options donnera au transporteur et aux distributeurs une capacité r e nf or c é ed’ i nnov a t i one nt a ntq u emonop ol e sna t u r e l s ,t ou te nr é pond a ntàl ’ o ppos i t i on acc r u edupu bl i càl ’ e x t e ns i ond e sl i g ne s , s u i t eàd e sa u d i t se nv i r onne me nt a u xd é f a v o r a bl e s . Les gestionnaires de réseaux, en France comme partout en Europe, se voient freinés dans l e u r spr oj e t sd’ e x t e ns i on.Pa ra i l l e u r s ,l e si nc e r t i t u d e spe r s i s t a nt e ss u rl e s risques liés aux i nt e r a c t i onse nt r ec ha mpsé l e c t r oma g né t i q u e se te nv i r onne me ntnef ontq u ’ a mpl i f i e rl e d ou t edupu bl i cs u rl ’ i nnoc u i t éd e sc ha mpsé l e c t r i q u e ss u rl e sê t r e sv i v a nt s( homme , animaux, plantes). Il faudra donc rester très innovant pour concilier le contradictoire : . une électricité sûre et disponible, à des coûts compétitifs,. . une électricité capable de répondre aux besoins de croissance économique durable,. . une électricité responsable des grands équilibres environnementaux. La réponse facile –l’ e x t e ns i onde sl i g ne s–n’ e s tpl u sd emi s e: c ’ e s tl emé l a ng ed ’ opt i onsq u i pe r me t t r a d’ i nnov e r .. Convention ADEME/TECHNOFI n° 0705 C0036 Résumé du Rapport Final Page 18 sur 19.