Smart grids : Comment les réseaux intelligents participent à la décarbonation ?

Les smart grids, ou réseaux intelligents, sont essentiels pour la décarbonation de l’énergie. En optimisant la production, la distribution et la consommation d’électricité, tout en intégrant les énergies renouvelables, ils permettent de d’encourager l’électrification des usages et contribuent ainsi à réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES). 

Qu’est-ce qu’un smart grid et quel est son intérêt ?

Les smart grids, ou réseaux électriques intelligents donc, désignent des infrastructures électriques modernes qui intègrent des technologies numériques avancées pour optimiser la production, la distribution et la consommation d’énergie.

Contrairement aux réseaux classiques, qui fonctionnent de manière unidirectionnelle (de la centrale à l’utilisateur), les smart grids permettent une communication bidirectionnelle entre les différents acteurs du système énergétique.

La Modernisation des réseaux électriques grâce aux smarts grids

Les smartgrids représentent une avancée importante par rapport aux réseaux traditionnels. Ils intègrent les technologies de l’information et de la communication (TIC) pour ajuster la production et la demande d’électricité en temps réel, ce qui représente un challenge technologique immense et a plusieurs impacts sur la consommation d’énergie.

L’impact des smart grids sur l’énergie

Les bénéfices des smartgrids pour la décarbonation sont clairs : 

• Efficacité énergétique : Ils optimisent l’utilisation des ressources, réduisant ainsi les pertes de transport de l’énergie, un problème courant dans les réseaux traditionnels. 

• Stabilité du réseau : En ajustant la production en temps réel, ils assurent une alimentation stable, même pendant les pics de consommation. 

• Flexibilité : Ils facilitent l’intégration des solutions de stockage et des sources d’énergie décentralisées, comme les panneaux solaires. 

Un des principaux défis des énergies renouvelables (EnR) est leur intermittence.

Contrairement aux réseaux traditionnels, les smartgrids sont conçues pour gérer cette intermittence. Ils utilisent des prévisions météorologiques et des technologies de stockage, comme les batteries, pour stabiliser l’approvisionnement énergétique. Par exemple, lorsque la production solaire diminue la nuit, le réseau peut basculer sur d’autres sources ou utiliser l’électricité stockée. 

Les smartgrids favorisent également la production décentralisée d’énergie. Les particuliers équipés de panneaux photovoltaïques peuvent vendre leur surplus d’électricité au réseau ou ajuster leur consommation selon les périodes où l’énergie renouvelable est plus disponible. Cela encourage l’autoconsommation et réduit la dépendance aux énergies fossiles. 

Point culture : Qui a inventé les smart grids ?

Bien que le nom de Jeremy Rifkin et Amory Lovins reviennent avec insistance de par leurs travaux, il est difficile d’attribuer l’invention des smart grids à une seule entité ou personne. L’idée de moderniser les réseaux électriques a émergé progressivement avec le développement des technologies de l’information et de la communication au début des années 2000.

Les premières initiatives significatives ont été menées aux États-Unis et en Europe, avec des projets pilotes visant à intégrer les énergies renouvelables et à améliorer l’efficacité énergétique. De nombreux acteurs industriels et académiques, comme General Electric, Siemens et IBM, ont contribué à développer les technologies clés des smart grids.

Quels sont les trois niveaux qui composent les smart grids ?

Les smart grids reposent sur trois niveaux principaux, chacun jouant un rôle clé dans le fonctionnement global : 

1. Le niveau de production : Ce niveau englobe les différentes sources d’énergie connectées au réseau. Les smart grids intègrent des énergies renouvelables comme l’éolien, le solaire et la biomasse, mais également des sources traditionnelles (charbon, gaz). L’objectif est de maximiser l’utilisation des énergies propres tout en adaptant la production en temps réel selon la demande.
2. Le niveau de distribution : Ce niveau concerne le transport de l’énergie des sites de production jusqu’aux utilisateurs finaux. Les smart grids utilisent des technologies avancées pour surveiller et optimiser les flux d’énergie, réduisant ainsi les pertes et améliorant la fiabilité du réseau.
3. Le niveau de consommation : C’est ici que les consommateurs jouent un rôle actif. Grâce aux compteurs intelligents et aux outils de gestion de l’énergie, les utilisateurs peuvent surveiller leur consommation en temps réel, ajuster leurs habitudes pour réduire leur facture et participer à l’équilibrage du réseau en injectant de l’électricité produite localement (par exemple, via des panneaux solaires).

Ces 3 niveaux se déclinent sur toutes les énergies, fossiles ou renouvelables, puisqu’ils constituent les 3 strates indicatives pour analyser leurs avantages et inconvénients. 

Quel est le meilleur mode de stockage de l’énergie électrique ?

Le choix du meilleur mode de stockage d’énergie dépend des besoins spécifiques et des caractéristiques du réseau. Voici les principales technologies utilisées :

• Les batteries lithium-ion : Idéales pour les applications domestiques et les véhicules électriques, elles offrent une grande densité énergétique et une durée de vie élevée. Cependant, leur coût reste élevé et leur production nécessite des ressources limitées comme le lithium.
• Le stockage par pompage-turbinage (STEP) : Utilisé pour le stockage à grande échelle, ce système consiste à pomper de l’eau vers un réservoir supérieur pendant les périodes de faible demande, puis à la relâcher pour produire de l’électricité lorsque la demande augmente. C’est actuellement la technologie la plus mature et économique pour les grands réseaux.
• Les volants d’inertie : Ces systèmes stockent l’énergie sous forme cinétique et permettent une réponse rapide, mais leur capacité est limitée.
• L’hydrogène : Prometteur pour le stockage à long terme, l’hydrogène peut être produit par électrolyse et reconverti en électricité. Cependant, son rendement est encore faible.

En conclusion, le stockage par pompage-turbinage est souvent considéré comme le meilleur mode pour les grands réseaux, tandis que les batteries lithium-ion dominent les applications individuelles. L’hydrogène, bien qu’émergent, pourrait jouer un rôle clé dans les systèmes de demain.

Quels sont les défis des smart grids ?

Malgré leurs nombreux avantages, les smart grids font face à plusieurs défis majeurs :

• Coûts d’investissement : La modernisation des infrastructures énergétiques requiert des investissements considérables, notamment pour déployer des compteurs intelligents et rénover les réseaux vieillissants.
• Cybersécurité : Les smart grids, en tant que systèmes connectés, sont vulnérables aux cyberattaques. Protéger les données et assurer la résilience du réseau constituent des priorités.
• Intermittence des énergies renouvelables : La gestion de sources intermittentes comme le solaire et l’éolien nécessite des solutions de stockage performantes et des systèmes de prévision avancés.
• Acceptabilité sociale : Certains utilisateurs s’inquiètent de la collecte de leurs données personnelles et de l’augmentation potentielle des coûts liés à ces technologies.
• Formation : Tous ces bénéfices et attributs de la transformation doivent pénétrer les usages, toucher les citoyens et les organisations. La formation aux métiers de la transition énergétique est donc un enjeu central.

Le déploiement à grande échelle des smartgrids pose des défis importants. Moderniser les infrastructures actuelles nécessite des investissements conséquents, et des ajustements réglementaires sont indispensables pour faciliter cette transition. 

En France, des initiatives comme le compteur Linky et le projet SMILE illustrent la transformation en cours. À l’échelle mondiale, des projets tels que Smartgrid City aux États-Unis et Masdar City aux Émirats Arabes Unis démontrent que les smartgrids contribuent à réduire les émissions de CO₂ tout en optimisant la production et la consommation d’énergie.

Réduction des pertes et gestion optimisée de la demande

Les pertes d’électricité pendant la distribution sont fréquentes dans les réseaux traditionnels, en raison de l’inefficacité des infrastructures.

Les smartgrids réduisent ces pertes en utilisant des capteurs IoT (Internet des objets) et des algorithmes qui ajustent la consommation en temps réel. Les compteurs intelligents, qui sont des éléments essentiels des smartgrids, permettent aux utilisateurs de suivre leur consommation d’électricité en temps réel et d’adopter des comportements plus économes en fonction des périodes où l’énergie est moins carbonée. 

Par exemple, les consommateurs peuvent choisir de consommer plus d’énergie lorsque celle-ci provient principalement de sources renouvelables, ce qui réduit la pression sur le réseau pendant les périodes de forte demande.

Électrification des transports

L’électrification des transports joue également un rôle dans la décarbonation de l’énergie, bien que cela soit périphérique au réseau électrique. Les véhicules électriques (VE) se multiplient et nécessitent une infrastructure de recharge performante. Les smartgrids permettent une recharge intelligente, adaptée aux périodes où l’énergie renouvelable est plus abondante ou aux heures creuses, lorsque la demande est plus faible. 

La technologie Vehicle-to-Grid (V2G) permet également aux véhicules électriques de réinjecter de l’électricité dans le réseau, transformant les voitures en batteries mobiles. Cela aide à équilibrer la charge du réseau et réduit le recours aux énergies fossiles pendant les photos de demande. 

Les smartgrids sont des outils indispensables pour la décarbonation de l’énergie. En intégrant des énergies renouvelables, en optimisant l’efficacité énergétique et en facilitant l’électrification des transports, ces réseaux intelligents réduisent l’empreinte carbone du secteur énergétique. Cependant, pour exploiter pleinement leur potentiel, des investissements continus et des ajustements réglementaires seront nécessaires. La modernisation des réseaux est cruciale pour réussir la transition vers une énergie durable.