Micro-réseaux intelligents

Description

Les micro-réseaux sont des versions à plus petite échelle d'un système électrique centralisé local - un macroréseau - et sont équipés de capacités de contrôle qui leur permettent de fonctionner en tandem avec le macroréseau local, ou de manière autonome. En tant que tels, les micro-réseaux existent depuis des décennies et alimentent les sites industriels, les bases militaires, les campus et les installations critiques telles que les hôpitaux, principalement à l'aide de générateurs de chaleur et d'électricité combinés à des combustibles fossiles et de moteurs alternatifs. Cependant, de nombreuses villes s'intéressent aujourd'hui aux micro-réseaux qui peuvent mieux intégrer les sources de production renouvelables et les différentes charges énergétiques, desservir plusieurs utilisateurs et/ou répondre aux besoins environnementaux ou aux situations d'urgence.

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

1. Les micro-réseaux contribuent à la réduction des émissions de gaz à effet de serre et aident les villes à atteindre leurs objectifs climatiques :
   • Favorisant l'intégration et l'agrégation des sources d'énergie renouvelables, grâce à leur capacité à équilibrer la production et l'utilisation de l'énergie au sein du micro-réseau par le biais d'une production et d'un stockage distribués et contrôlables (par exemple, la cogénération, le stockage thermique ou les piles à combustible).
   • Exploiter l'énergie qui serait autrement gaspillée (par exemple, les pertes de transmission d'électricité ou la chaleur résiduelle de la production d'énergie), grâce à la proximité entre le lieu de production de l'énergie et le lieu où elle est nécessaire.
2. Les micro-réseaux peuvent renforcer et accroître la résilience du réseau central par les moyens suivants
   • Augmentant la fiabilité et l'efficacité de l'ensemble du système, car ils aident à réduire ou à gérer la demande d'énergie tout en atténuant la congestion du réseau, grâce à leur capacité à isoler et à prendre en charge la demande d'énergie locale de manière autonome.
   • Réduire la vulnérabilité du réseau en faisant face aux coupures de courant imminentes et en se protégeant contre les cyberattaques potentielles sur l'infrastructure énergétique.
   • Maintenir le service énergétique en cas d'urgence ou de catastrophe naturelle, en particulier pour les services publics essentiels, et aider le macroréseau à se remettre des pannes du système.
3. Les micro-réseaux peuvent mieux servir la communauté et renforcer l'économie locale en
   • En maîtrisant les tarifs de l'électricité grâce à une gestion plus efficace et plus rentable du réseau, à une plus grande utilisation de l'énergie perdue et/ou à une réduction des investissements dans des capacités énergétiques ou des infrastructures de transmission supplémentaires.
   • Favoriser la compétitivité des municipalités, car elles peuvent offrir des coûts énergétiques faibles et des niveaux élevés de fiabilité susceptibles d'attirer de nouvelles entreprises et de nouveaux emplois, en particulier dans les secteurs très sensibles aux pannes d'électricité (par exemple, les centres de données, les installations de recherche, etc.)
   • Garantir la fiabilité de l'alimentation pour les communautés isolées ou difficiles à desservir en fournissant une énergie propre, fiable et résiliente de manière rentable.
   • Constituer un moyen idéal d'intégrer les ressources renouvelables au niveau communautaire et de permettre la participation des clients à l'entreprise d'électricité.

Problèmes à résoudre

Modèle de valeur

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

Contexte de la ville

Les gouvernements locaux peuvent jouer un rôle clé en soutenant la mise en œuvre de micro-réseaux communautaires dans les réseaux électriques existants afin d'atteindre les objectifs propres 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 répondent aux signaux du marché, et la politique locale peut apporter de la clarté, communiquer les niveaux de priorité et abaisser les barrières à l'entrée. En outre, les collectivités locales peuvent impliquer les parties prenantes et les citoyens dans la définition des besoins et des opportunités, voire devenir des clients de micro-réseaux dans le cadre d'initiatives municipales spécifiques, comme le village allemand de Feldheim, qui se targue d'être le seul village du monde développé à être indépendant du réseau électrique et à disposer de 100 % de ressources renouvelables. Les facteurs clés pour assurer le déploiement des micro-réseaux communautaires sont les suivants :

• Définir l'environnement politique en créant la bonne combinaison d'instruments politiques et d'incitations pour supprimer tous les obstacles réglementaires et administratifs. Outre les mesures incitatives traditionnelles en faveur des ressources énergétiques distribuées, telles que les tarifs de rachat ou les systèmes de facturation nette, d'autres solutions efficaces consistent à renoncer aux frais d'autorisation pour accélérer les processus ou à accorder des incitations en matière de zonage aux projets qui comportent des caractéristiques de micro-réseau, telles que le stockage de l'énergie, la production d'énergie renouvelable ou la gestion intelligente. De même, les réglementations qui empêchent le stockage d'énergie sur site ou la propriété des installations de stockage par les services publics doivent être mises à jour.
• L'infrastructure technologique permettant le développement futur des micro-réseaux, comme le déploiement de compteurs intelligents ou la couverture de l'infrastructure de connectivité.
• L'implication et la motivation de la communauté pour accroître la valeur sociale de la mise en œuvre et de l'exploitation du micro-réseau au sein de la communauté et, par conséquent, l'acceptation sociale.
• L'attitude et le niveau d'activité des services publics locaux influencent grandement le développement des micro-réseaux au sein des communautés. Historiquement, la résistance des services publics a entravé les déploiements de micro-réseaux communautaires, mais depuis peu, certains services publics poursuivent ces projets de manière proactive. La Commission européenne incite les entreprises de distribution d'électricité à intensifier leurs activités de développement d'infrastructures électriques non traditionnelles, ce qui pourrait améliorer les conditions de développement des micro-réseaux communautaires.
• Lescontraintes environnementales telles que la zone d'influence, l'espace disponible, les sources d'énergie renouvelables et autres ressources locales, ainsi que la densité énergétique de la zone.

Facteurs de soutien

1. Mise en place d'un environnement politique favorable.
2. Permettre l'échange d'énergie locale entre la production distribuée et le flux d'énergie bidirectionnel.
3. Règles d'interconnexion claires et transparentes avec le réseau principal.
4. Disponibilité de marchés locaux de l'énergie.
5. Garantir l'efficacité économique et la rentabilité lorsque la sécurité de l'approvisionnement en électricité n'est pas un problème.
6. Soutenir des modèles d'entreprise viables et le partage des bénéfices pour faire face aux coûts d'investissement élevés.
7. Créer des modèles de gouvernance appropriés pour les initiatives communautaires.
8. Garantir l'implication des parties prenantes pour maximiser la valeur sociale.
9. Protéger les données et les communications.
10. Déployer une technologie et une taille de stockage appropriées.
11. Mieux intégrer les systèmes de gestion de l'énergie et les systèmes de gestion d'entreprise.
12. Améliorer la convivialité des interfaces avec les résidents de la communauté afin de garantir la transparence et d'encourager un comportement économe 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 de développement, bénéficiant d'un financement national ou européen, sont axés sur les réseaux intelligents, l'efficacité énergétique, l'intégration des ressources renouvelables distribuées, la gestion intelligente des réseaux et bien plus encore.

Dans le contexte des politiques de l'UE, les moteurs de ces projets sont l'augmentation de la congestion des réseaux et de la demande d'énergie, le changement climatique, l'épuisement des combustibles fossiles, le vieillissement de l'infrastructure du réseau électrique et du marché intérieur européen de l'énergie ; tous ces facteurs qui poussent à la mise en œuvre de systèmes énergétiques locaux ont été inspirés par le dernier paquet climat-énergie de l'UE "Une énergie propre pour tous les Européens", et maintenant par le nouveau Green Deal européen.

Une initiative notable est la création de la Smart Grid Task Force (SGTF) dans le cadre du troisième paquet énergie de l'UE en 2009 pour conseiller sur les politiques et les réglementations concernant le déploiement des réseaux intelligents. Par exemple, dans le cadre du développement d'une norme commune pour les réseaux intelligents européens, plusieurs mandats ont été confiés par la CE aux organismes européens de normalisation (OEN) afin d'établir des normes pour l'interopérabilité des compteurs intelligents, des normes de recharge des véhicules électriques et des niveaux élevés de services et d'opérations des réseaux intelligents.

L'UE demande actuellement à ses États membres de mettre à jour leur marché de l'électricité et leurs réglementations en matière d'énergie renouvelable afin de permettre aux communautés d'agir en tant qu'agrégateurs de production d'énergie renouvelable, de charges flexibles et de services de stockage pour l'ensemble du réseau, ouvrant ainsi la voie aux micro-réseaux communautaires.

Cartographie des parties prenantes

Carte des parties prenantes pour un système de réseau intelligent (BABLE, 2021)

Potentiel du marché

Les progrès des micro-réseaux s'inscrivent dans une tendance plus large à la numérisation, à la décentralisation et à la décarbonisation du secteur de l'énergie. À l'échelle mondiale, le marché croissant des systèmes énergétiques locaux est une réponse aux préoccupations environnementales, au manque d'infrastructures de réseau robustes et de fiabilité de l'alimentation, à l'augmentation des prix de l'énergie et à une combinaison de pressions réglementaires et de mesures incitatives. Le marché des micro-réseaux devrait donc connaître une croissance rapide au cours des dix prochaines années.

Capacité annuelle totale de production d'électricité par micro-réseau 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 faible teneur en carbone, l'Europe ne représente que 9 % du marché mondial des micro-réseaux. L'explication la plus directe est que la grande majorité de la capacité installée des micro-réseaux en Europe se trouve sur des îles éloignées qui ne sont pas connectées au réseau continental. Toutefois, si l'on examine de plus près la façon dont les marchés de l'UE sont étroitement imbriqués et réglementés, on constate que le développement des micro-réseaux est soumis à de fortes contraintes (selon Navigant Research) : (1) L'Europe s'est concentrée sur le déploiement d'énergies renouvelables à grande échelle, telles que l'offshore, qui nécessite des investissements massifs dans l'infrastructure de transmission ; (2) Le déploiement de ressources énergétiques distribuées (DER) a été principalement basé sur des tarifs de rachat, un modèle commercial qui exclut la caractéristique clé d'un micro-réseau, à savoir l'îlotage ; (3) Les méthodes préférées pour faire face à la variabilité des énergies renouvelables et augmenter la fiabilité de l'alimentation penchent vers le commerce transfrontalier et non pas vers un micro-réseau localisé.

En fin de compte, l'intégration avancée du marché européen déplace l'attention des micro-réseaux vers les centrales de production d'électricité. En fait, l'Europe est à la pointe de l'adoption de plateformes VPP dotées de capacités sophistiquées qui permettent l'intégration des énergies renouvelables et l'échange d'énergie en temps réel pour maximiser la valeur des ressources de flexibilité, tout en ouvrant la porte à de nouveaux flux de valeur pour créer des marchés pour les 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 coûteuses et des risques financiers élevés associés à leur construction et à leur déploiement. Aujourd'hui, de nouveaux mécanismes de financement et d'exploitation réduisent les obstacles pour les organisations et les communautés, ce qui permet à davantage de micro-réseaux - et donc à la transition énergétique durable - de devenir une réalité.

Modèle d'exploitation d'un micro-réseau intelligent (BABLE, 2021)

Exigences légales

Étant donné qu'il n'existe pas de réglementation spécifique pour les micro-réseaux dans l'Union européenne, il est nécessaire de définir d'abord le domaine réglementaire clé des micro-réseaux et de relier les directives européennes existantes à 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 renouvelables dans le micro-réseau, y compris les mesures favorisant l'intégration des énergies renouvelables, l'efficacité énergétique et la décarbonisation.

Réglementation sur les énergies renouvelables (BABLE, 2021)

Connexion au réseau : concernant les exigences de connexion au réseau de distribution pour les charges, les unités de production et les dispositifs de stockage d'énergie.

Règlement sur le raccordement au réseau (BABLE, 2021)

Autoconsommation et stockage d'énergie : Conditions de livraison de l'excédent de production, possibilité d'utiliser des systèmes de stockage, etc.

Réglementation de l'autoconsommation et du stockage de l'énergie (BABLE, 2021)

Dans l'ensemble, le nombre de réglementations s'appliquant directement aux micro-réseaux pour l'UE est faible, ce qui accroît 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 promouvant les énergies renouvelables est considérable. Pour se conformer aux objectifs des directives européennes en matière de micro-réseaux, les États membres ont mis en œuvre des stratégies basées sur des incitations économiques. Le régime de soutien le plus courant dans l'UE est basé sur les tarifs de rachat garantis (FIT) ; cependant, il existe 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 pour un système de microréseau intelligent (BABLE, 2021)