Micro-réseaux intelligents

Description

Les micro-réseaux constituent des versions à plus petite échelle d’un réseau électrique local centralisé – également appelé « macro-réseau » – et sont dotés de capacités de contrôle leur permettant de fonctionner en tandem avec le macro-réseau local ou de manière autonome. À ce titre, les micro-réseaux existent depuis des décennies et alimentent des sites industriels, des bases militaires, des campus et des installations critiques telles que les hôpitaux, en utilisant principalement des systèmes de cogénération (CHP) alimentés par des combustibles fossiles et des générateurs à moteur alternatif. Cependant, de nombreuses villes s’intéressent désormais aux systèmes de micro-réseaux capables de mieux intégrer les ressources de production d’énergie renouvelable et diverses charges énergétiques, de desservir plusieurs utilisateurs et/ou de répondre à des besoins environnementaux ou d’intervention d’urgence.

Les micro-réseaux peuvent apporter plusieurs avantages à l’environnement, aux opérateurs de réseaux et aux clients ; des avantages particulièrement importants pour les villes qui s’efforcent de créer des communautés intelligentes, sûres et agréables à vivre, dotées d’économies florissantes. Compte tenu des priorités et des défis locaux, les municipalités ont trois bonnes raisons de se tourner vers les micro-réseaux :

1. Les micro-réseaux contribuent à réduire les émissions de GES et aident les villes à atteindre leurs objectifs climatiques en :
   • favorisant l’intégration et l’agrégation des sources d’énergie renouvelables, grâce à leur capacité à équilibrer la production et la consommation d’énergie au sein du micro-réseau par le biais d’une production et d’un stockage décentralisés et contrôlables (par exemple, la cogénération, le stockage thermique ou les piles à combustible) ;
   • Valoriser l’énergie qui serait autrement perdue (par exemple, les pertes de transport d’électricité ou la chaleur résiduelle issue de la production d’énergie), grâce à la proximité entre le lieu de production et le lieu de consommation de l’énergie.
2. Les micro-réseaux peuvent renforcer et accroître la résilience du réseau central en :
   • Améliorant la fiabilité et l’efficacité à l’échelle du système, car elles contribuent à réduire ou à gérer la demande en énergie tout en atténuant la congestion du réseau, grâce à leur capacité à isoler et à prendre en charge de manière autonome la demande énergétique locale.
   • Réduisant la vulnérabilité du réseau en faisant face aux coupures de courant imminentes et en assurant une protection contre d’éventuelles cyberattaques visant les infrastructures énergétiques.
   • Assurant la continuité de l’approvisionnement énergétique en cas d’urgence ou de catastrophe naturelle, notamment pour les services publics essentiels, et en aidant le réseau principal à se remettre des pannes du système.
3. Les micro-réseaux peuvent mieux servir la communauté et dynamiser l’économie locale en :
   • Maintenir les tarifs d’électricité sous contrôle grâce à une gestion plus efficace et plus rentable du réseau, à une meilleure utilisation de l’énergie perdue qui présente une valeur, et/ou à une réduction des investissements dans des capacités énergétiques supplémentaires ou dans les infrastructures de transport.
   • Favoriser la compétitivité des communes, celles-ci pouvant offrir des coûts énergétiques bas et des niveaux de fiabilité élevés susceptibles d’attirer de nouvelles entreprises et de nouveaux emplois, en particulier dans les secteurs très sensibles aux coupures de courant (par exemple, les centres de données, les installations de recherche, etc.).
   • En garantissant la fiabilité de l’approvisionnement électrique aux collectivités isolées ou difficiles à desservir, en fournissant une énergie propre, fiable et résiliente à un coût raisonnable.
   • Constituer un moyen idéal d’intégrer les ressources renouvelables au niveau local et de permettre la participation des clients à l’activité électrique.

Problèmes à résoudre

Modèle de valeur

Modèle de valeur pour un réseau intelligent (BABLE, 2021)

Contexte de la ville

Les collectivités locales peuvent jouer un rôle clé dans le soutien à la mise en œuvre de micro-réseaux communautaires au sein des réseaux électriques existants afin d’atteindre les objectifs spécifiques à chaque ville. Il s’agit d’une tâche complexe qui nécessite des changements institutionnels et des mises à jour réglementaires. Néanmoins, les fournisseurs et les développeurs de micro-réseaux réagissent aux signaux du marché, et les politiques locales peuvent apporter de la clarté, communiquer les niveaux de priorité et réduire les barrières à l’entrée. En outre, les collectivités locales peuvent mobiliser les parties prenantes et les citoyens autour des besoins et des opportunités, voire devenir elles-mêmes clientes d’un micro-réseau dans le cadre d’initiatives spécifiques menées par la municipalité, à l’instar du village allemand de Feldheim, qui se présente comme le seul village indépendant du réseau électrique dans le monde développé et fonctionnant à 100 % à partir de ressources renouvelables. Voici quelques facteurs clés pour garantir le déploiement des micro-réseaux communautaires :

• Mettre en place un cadre politique en combinant de manière adéquate les instruments politiques et les mesures incitatives afin de supprimer tous les obstacles réglementaires et administratifs. Outre les mesures d’incitation traditionnelles en faveur des ressources énergétiques distribuées, telles que les tarifs de rachat ou les systèmes de comptage net, d’autres alternatives efficaces consistent à exonérer les projets des frais de permis afin d’accélérer les procédures, ou à accorder des incitations en matière d’urbanisme aux projets intégrant des fonctionnalités de micro-réseau, telles que le stockage d’énergie, la production d’énergie renouvelable ou la gestion intelligente. De même, les réglementations qui empêchent le stockage d’énergie sur site ou interdisent aux services publics de posséder des installations de stockage doivent être mises à jour.
• Une infrastructure technologique permettant le développement futur des micro-réseaux, telle que le déploiement de compteurs intelligents ou la couverture par des infrastructures de connectivité.
• L’implication et la motivation de la communauté afin d’ accroître la valeur sociale de la mise en œuvre et de l’exploitation du micro-réseau au sein de la communauté, et, par conséquent, d’accroître son acceptation sociale.
• L’attitude et le niveau d’implication des services publics locaux influencentgrandement le développement des micro-réseaux communautaires. Historiquement, la résistance des services publics a entravé le déploiement des micro-réseaux communautaires, mais récemment, certains services publics se sont montrés proactifs dans la poursuite de ces projets. La Commission européenne exerce une pression sur les services publics pour qu’ils intensifient leurs activités en matière de développement d’infrastructures électriques non traditionnelles, ce qui pourrait améliorer les conditions de développement des micro-réseaux communautaires.
• Les contraintes environnementales, telles que la zone d’influence, l’espace disponible, les sources d’énergie renouvelables et d’autres ressources locales, ainsi que la densité énergétique de la zone.

Facteurs de soutien

1. Mettre en place un cadre politique favorable.
2. Permettre les échanges énergétiques locaux entre la production décentralisée et les flux d'énergie bidirectionnels.
3. Des règles d’interconnexion claires et transparentes avec le réseau principal.
4. Existence de marchés énergétiques locaux.
5. Garantir l’efficacité économique et la rentabilité lorsque la sécurité de l’approvisionnement en électricité n’est pas en jeu.
6. Soutenir des modèles économiques viables et le partage des bénéfices afin de faire face aux coûts d’investissement élevés.
7. Mise en place de modèles de gouvernance adaptés aux initiatives menées par les communautés.
8. Garantir la participation des parties prenantes afin de maximiser la valeur sociale.
9. Veiller à la protection des données et des communications.
10. Déployer des technologies de stockage adaptées et de taille appropriée.
11. Mieux intégrer les systèmes de gestion de l’énergie et les systèmes de gestion d’entreprise.
12. Améliorer la convivialité des interfaces destinées aux résidents de la communauté afin de garantir la transparence et d’encourager les comportements économes en énergie.

Initiatives du gouvernement

Dans les pays européens, la mise en œuvre de systèmes énergétiques locaux est soutenue par de nombreuses initiatives et politiques au niveau européen ou national, où de nombreux projets de recherche et développement, bénéficiant de financements nationaux ou européens, se concentrent sur les réseaux intelligents, l'efficacité énergétique, l'intégration des ressources renouvelables décentralisées, la gestion intelligente des réseaux et bien d'autres aspects encore.

Dans le cadre des politiques de l’Union européenne, les facteurs déterminants de ces projets comprennent notamment la congestion croissante du réseau et l’augmentation de la demande énergétique, le changement climatique, l’épuisement des combustibles fossiles, le vieillissement des infrastructures du réseau électrique et le marché intérieur européen de l’énergie ; Tous ces facteurs, qui favorisent la mise en œuvre de systèmes énergétiques locaux, s’inspirent du dernier paquet « Climat et énergie » de l’UE intitulé « Une énergie propre pour tous les Européens », ainsi que du nouveau Pacte vert pour l’Europe.

Une initiative digne d’intérêt est la création du groupe de travail sur les réseaux intelligents (Smart Grid Task Force, SGTF) dans le cadre du troisième paquet énergie de l’UE en 2009, chargé de formuler des avis sur les politiques et les réglementations relatives au déploiement des réseaux intelligents. Par exemple, dans le cadre de l’élaboration d’une norme commune pour les réseaux intelligents européens, plusieurs mandats ont été confiés par la Commission européenne aux organismes européens de normalisation (OEN) afin d’établir des normes pour l’interopérabilité des compteurs intelligents, les normes de recharge des véhicules électriques et des niveaux élevés de services et d’exploitation des réseaux intelligents.

L'Union européenne invite actuellement ses États membres à actualiser leurs réglementations relatives au marché de l'électricité et aux énergies renouvelables afin de permettre aux collectivités locales d'agir en tant qu'agrégateurs de production d'énergie renouvelable, de charges flexibles et de services de stockage au sein du réseau global, ouvrant ainsi la voie aux micro-réseaux communautaires.

Cartographie des parties prenantes

Carte des parties prenantes d'un réseau électrique intelligent (BABLE, 2021)

Potentiel du marché

Le développement des micro-réseaux s’inscrit dans une tendance plus large à la numérisation, à la décentralisation et à la décarbonisation du secteur de l’énergie. À l’échelle mondiale, la croissance du marché des systèmes énergétiques locaux répond à des préoccupations environnementales, au manque d’infrastructures de réseau solides et de fiabilité de l’alimentation électrique, à la hausse des prix de l’énergie, ainsi qu’à un ensemble de pressions réglementaires et de mesures incitatives. En conséquence, le marché des micro-réseaux devrait connaître une croissance rapide au cours des dix prochaines années.

Capacité électrique totale annuelle des micro-réseaux et dépenses de mise en œuvre par région, marchés mondiaux : 2020-2029 (Guidehouse Insights)

Bien qu’elle soit considérée comme un leader mondial dans la transition vers un avenir énergétique à faibles émissions de carbone, l’Europe ne représente que 9 % du marché mondial des micro-réseaux. L’explication la plus évidente est que la grande majorité de la capacité installée en micro-réseaux en Europe se trouve sur des îles isolées qui ne sont pas raccordées au réseau continental. Cependant, un examen plus approfondi de l’étroite interdépendance et de la réglementation des marchés de l’UE révèle une tendance distincte qui impose de sévères contraintes au développement des micro-réseaux (selon Navigant Research) : (1) l’Europe s’est concentrée sur le déploiement à grande échelle des énergies renouvelables, telles que l’éolien offshore, ce qui nécessite des investissements massifs dans les infrastructures de transport ; (2) le déploiement des ressources énergétiques distribuées (RED) s’est principalement appuyé sur les tarifs de rachat garantis, un modèle économique qui exclut la caractéristique essentielle d’un micro-réseau, à savoir le fonctionnement en îlot ; (3) les méthodes privilégiées pour faire face à la variabilité des énergies renouvelables et renforcer la fiabilité de l’approvisionnement électrique s’orientent vers les échanges transfrontaliers plutôt que vers les micro-réseaux localisés

En fin de compte, l’intégration avancée du marché européen fait passer l’accent des micro-réseaux vers les centrales électriques virtuelles (VPP). En effet, l’Europe est à l’avant-garde de l’adoption de plateformes de centrales électriques virtuelles (VPP) dotées de capacités sophistiquées qui permettent l’intégration des énergies renouvelables et les échanges d’énergie en temps réel afin de maximiser la valeur des ressources de flexibilité, tout en ouvrant la voie à de nouvelles sources de valeur pour créer des marchés de services auxiliaires.

Modèles d'exploitation

Jusqu’à récemment, le modèle économique des micro-réseaux constituait un obstacle pour de nombreuses organisations, compte tenu des dépenses d’investissement élevées requises et des risques financiers importants liés à leur construction et à leur déploiement. Aujourd’hui, de nouveaux mécanismes de financement et d’exploitation réduisent les obstacles rencontrés par les organisations et les collectivités, permettant ainsi à davantage de micro-réseaux – et, par conséquent, à la transition énergétique durable – de devenir une réalité.

Modèle d’exploitation d’un système de micro-réseau intelligent (BABLE, 2021)

Exigences légales

En l’absence de réglementation spécifique aux micro-réseaux au sein de l’Union européenne, il est nécessaire de définir en premier lieu les principaux domaines réglementaires applicables aux micro-réseaux et d’établir un lien entre les directives européennes existantes et ces domaines. Les domaines réglementaires pertinents pour les micro-réseaux et les directives correspondantes sont les suivants :

Énergies renouvelables : prise en compte des unités de production d’énergie renouvelable au sein du micro-réseau, y compris les mesures favorisant l’intégration des énergies renouvelables, l’efficacité énergétique et la décarbonisation.

Réglementation relative aux énergies renouvelables (BABLE, 2021)

Raccordement au réseau : concernant les exigences de raccordement au réseau de distribution pour les charges, les unités de production et les dispositifs de stockage d’énergie.

Réglementation relative au raccordement au réseau (BABLE, 2021)

Autoconsommation et stockage d’énergie : conditions de cession des excédents de production, possibilité d’utiliser des systèmes de stockage, etc.

Réglementation relative à l’autoconsommation et au stockage d’énergie (BABLE, 2021)

Dans l’ensemble, le nombre de réglementations s’appliquant directement aux micro-réseaux au sein de l’UE est faible, ce qui accentue également les différences entre les réglementations relatives aux micro-réseaux dans chaque État membre. Néanmoins, l’impact de certaines réglementations, telles que la directive 2009/28/CE relative à la promotion des énergies renouvelables, est considérable. Afin de se conformer aux objectifs des directives européennes relatives aux micro-réseaux, les États membres ont mis en œuvre des stratégies fondées sur des incitations économiques. Le dispositif de soutien le plus courant au sein de l’UE repose sur les tarifs de rachat garantis (FIT) ; il existe toutefois d’autres incitations pertinentes, telles que les primes de marché, les certificats verts et les appels d’offres traditionnels.

Données et normes

Données et normes relatives à un système de micro-réseau intelligent (BABLE, 2021)