Réseaux énergétiques intelligents

La demande mondiale d'énergie devrait croître d'environ 2,2 % par an. Cela signifie que la consommation mondiale actuelle d'énergie de plus de 20 pétawattheures passera à 2030 pétawattheures en 33. Dans le même temps, l'accent est mis sur une utilisation de l'énergie plus efficace que jamais.

1. Auto dans le réseau intelligent

D'autres projections prévoient que le transport consommera plus de 2050 % de la demande d'électricité d'ici 10, en grande partie en raison de la popularité croissante des véhicules électriques et hybrides.

si charge de batterie de voiture électrique n'est pas géré correctement ou ne fonctionne pas du tout seul, il y a un risque de pics de charge dus à trop de batteries chargées en même temps. Le besoin de solutions permettant de recharger les véhicules à des moments optimaux (1).

Les systèmes électriques classiques du XXe siècle, dans lesquels l'électricité était principalement produite dans des centrales électriques et livrées aux consommateurs via des lignes de transport à haute tension et des réseaux de distribution à moyenne et basse tension, sont mal adaptés aux exigences de la nouvelle ère.

Ces dernières années, on assiste également au développement rapide des systèmes distribués, petits producteurs d'énergie pouvant partager leurs surplus avec le marché. Ils ont une part importante dans les systèmes distribués. sources d'énergie renouvelables.

Glossaire des réseaux intelligents

AMI - abréviation de Advanced Metering Infrastructure. Désigne l'infrastructure d'appareils et de logiciels qui communiquent avec les compteurs d'électricité, collectent des données énergétiques et analysent ces données.

génération distribuée - la production d'énergie par de petites installations de production ou des installations raccordées directement aux réseaux de distribution ou situées dans le système électrique du destinataire (derrière des dispositifs de contrôle et de comptage), produisant généralement de l'électricité à partir de sources d'énergie renouvelables ou non traditionnelles, souvent en combinaison avec la production de chaleur (cogénération distribuée ). . Les réseaux de production distribués peuvent inclure, par exemple, des prosommateurs, des coopératives d'énergie ou des centrales électriques municipales.

compteur intelligent – un compteur d'électricité à distance qui a pour fonction de transmettre automatiquement les données de comptage d'énergie au fournisseur et offre ainsi plus de possibilités d'utilisation consciente de l'électricité.

Micro source d'alimentation – une petite centrale électrique, généralement utilisée pour sa propre consommation. La micro-source peut être de petites centrales solaires, hydrauliques ou éoliennes domestiques, des micro-turbines fonctionnant au gaz naturel ou au biogaz, des unités avec des moteurs fonctionnant au gaz naturel ou au biogaz.

Proposition – un consommateur d'énergie conscient qui produit de l'énergie pour ses propres besoins, par exemple dans des micro-sources, et revend le surplus non utilisé au réseau de distribution.

Tarifs dynamiques – des tarifs tenant compte de l'évolution quotidienne des prix de l'énergie.

Espace-temps observable

La résolution de ces problèmes (2) nécessite un réseau doté d'une infrastructure "pensante" flexible qui dirigera l'énergie exactement là où elle est nécessaire. Une telle décision réseau énergétique intelligent – réseau électrique intelligent.

2. Les défis du marché de l'énergie

D'une manière générale, un réseau intelligent est un système électrique qui intègre intelligemment les activités de tous les participants aux processus de production, de transport, de distribution et d'utilisation afin de fournir de l'électricité de manière économique, durable et sûre (3).

Son principe principal est la connexion entre tous les acteurs du marché de l'énergie. Le réseau relie les centrales électriques, grands et petits, et consommateurs d'énergie dans une même structure. Il peut exister et fonctionner grâce à deux éléments : une automatisation basée sur des capteurs avancés et un système TIC.

Pour le dire simplement : le réseau intelligent « sait » où et quand se présentent le plus grand besoin d'énergie et le plus grand approvisionnement, et peut diriger l'excédent d'énergie là où il est le plus nécessaire. Par conséquent, un tel réseau peut améliorer l'efficacité, la fiabilité et la sécurité de la chaîne d'approvisionnement énergétique.

3. Réseau intelligent - schéma de base

4. Trois domaines des réseaux intelligents, objectifs et avantages qui en découlent

Réseaux intelligents permettent de relever à distance les relevés des compteurs électriques, de surveiller l'état de la réception et du réseau, ainsi que le profil de réception de l'énergie, d'identifier les consommations d'énergie illégales, les interférences dans les compteurs et les pertes d'énergie, de déconnecter/connecter à distance le destinataire, de changer les tarifs, d'archiver et facturation des valeurs lues et autres activités (4).

Il est difficile de déterminer avec précision la demande d'électricité, de sorte que le système doit généralement utiliser la soi-disant réserve chaude. L'utilisation de la production distribuée (voir le glossaire Smart Grid) en combinaison avec le Smart Grid peut réduire considérablement la nécessité de maintenir de grandes réserves pleinement opérationnelles.

Pilier réseaux intelligents il existe un vaste système de mesure, une comptabilité intelligente (5). Il comprend des systèmes de télécommunication qui transmettent des données de mesure aux points de décision, ainsi que des algorithmes intelligents d'information, de prévision et de prise de décision.

Les premières installations pilotes de systèmes de comptage "intelligents" sont déjà en construction, couvrant des villes ou des communes individuelles. Grâce à eux, vous pouvez, entre autres, mettre en place une rémunération horaire pour les clients particuliers. Cela signifie qu'à certains moments de la journée, le prix de l'électricité pour un tel consommateur sera plus bas, il vaut donc la peine d'allumer, par exemple, une machine à laver.

Selon certains scientifiques, comme un groupe de chercheurs de l'institut allemand Max Planck à Göttingen dirigé par Mark Timm, des millions de compteurs intelligents pourraient à l'avenir créer une solution totalement autonome réseau autorégulé, décentralisé comme Internet, et sécurisé car résistant aux attaques auxquelles sont exposés les systèmes centralisés.

La force de la pluralité

Sources d'électricité renouvelables En raison de la petite capacité unitaire (RES), les sources sont distribuées. Ces dernières comprennent des sources d'une capacité unitaire inférieure à 50-100 MW, installées à proximité immédiate du consommateur final d'énergie.

Cependant, dans la pratique, la valeur limite pour une source considérée comme distribuée varie fortement d'un pays à l'autre, par exemple, en Suède elle est de 1,5 MW, en Nouvelle-Zélande de 5 MW, aux USA de 5 MW, au Royaume-Uni de 100 MW. .

Avec un nombre suffisamment important de sources dispersées sur une petite zone du système électrique et grâce aux opportunités qu'elles offrent réseaux intelligents, il devient possible et rentable de combiner ces sources en un seul système contrôlé par l'opérateur, créant une "centrale électrique virtuelle".

Son objectif est de concentrer la production distribuée dans un système logiquement connecté, augmentant ainsi l'efficacité technique et économique de la production d'électricité. La production distribuée située à proximité des consommateurs d'énergie peut également utiliser les ressources énergétiques locales, y compris les biocarburants et les énergies renouvelables, voire les déchets municipaux.

Une centrale électrique virtuelle connecte de nombreuses sources d'énergie locales différentes dans une certaine zone (centrales hydroélectriques, éoliennes, photovoltaïques, turbines à cycle combiné, générateurs entraînés par moteur, etc.) et le stockage d'énergie (réservoirs d'eau, batteries) qui sont contrôlés à distance par un vaste réseau informatique.

Une fonction importante dans la création de centrales électriques virtuelles devrait être jouée par les dispositifs de stockage d'énergie qui vous permettent d'adapter la production d'électricité aux changements quotidiens de la demande des consommateurs. Habituellement, ces réservoirs sont des batteries ou des supercondensateurs ; les stations de pompage-turbinage peuvent jouer un rôle similaire.

Une zone énergétiquement équilibrée qui forme une centrale électrique virtuelle peut être séparée du réseau électrique à l'aide de commutateurs modernes. Un tel commutateur protège, effectue des travaux de mesure et synchronise le système avec le réseau.

Le monde devient plus intelligent

W réseaux intelligents investis actuellement par toutes les plus grandes sociétés énergétiques du monde. En Europe, par exemple, EDF (France), RWE (Allemagne), Iberdrola (Espagne) et British Gas (Royaume-Uni).

6. Le réseau intelligent combine des sources traditionnelles et renouvelables

Un élément important de ce type de système est le réseau de distribution de télécommunications, qui fournit une transmission IP bidirectionnelle fiable entre les systèmes d'application centraux et les compteurs d'électricité intelligents situés directement à l'extrémité du système électrique, chez les consommateurs finaux.

A l'heure actuelle, les plus grands réseaux de télécommunications au monde pour les besoins Grille intelligente des plus grands opérateurs énergétiques de leur pays - tels que LightSquared (États-Unis) ou EnergyAustralia (Australie) - sont produits à l'aide de la technologie sans fil Wimax.

En outre, la première et l'une des plus importantes mises en œuvre prévues du système AMI (Advanced Metering Infrastructure) en Pologne, qui fait partie intégrante du réseau intelligent d'Energa Operator SA, implique l'utilisation du système Wimax pour la transmission de données.

Un avantage important de la solution Wimax par rapport aux autres technologies utilisées dans le secteur de l'énergie pour la transmission de données, telles que le PLC, est qu'il n'est pas nécessaire d'éteindre des sections entières de lignes électriques en cas d'urgence.

7. Pyramide énergétique en Europe

Le gouvernement chinois a élaboré un vaste plan à long terme pour investir dans les systèmes d'approvisionnement en eau, moderniser et étendre les réseaux de transmission et les infrastructures dans les zones rurales, et réseaux intelligents. La Chinese State Grid Corporation prévoit de les introduire d'ici 2030.

La Fédération japonaise de l'industrie de l'électricité prévoit de développer un réseau intelligent à énergie solaire d'ici 2020 avec le soutien du gouvernement. Actuellement, un programme national de test de l'énergie électronique pour les réseaux intelligents est mis en œuvre en Allemagne.

Un "super réseau" énergétique sera créé dans les pays de l'UE, à travers lequel l'énergie renouvelable sera distribuée, principalement à partir de parcs éoliens. Contrairement aux réseaux traditionnels, il ne sera pas basé sur le courant alternatif, mais sur le courant électrique continu (DC).

Des fonds européens ont financé le programme de recherche et de formation lié au projet MEDOW, qui rassemble des universités et des représentants de l'industrie de l'énergie. MEDOW est une abréviation du nom anglais "Multi-terminal DC Grid For Offshore Wind".

Le programme de formation devrait durer jusqu'en mars 2017. Création réseaux d'énergies renouvelables à l'échelle continentale et une connexion efficace aux réseaux existants (6) prend tout son sens en raison des caractéristiques spécifiques des énergies renouvelables, qui se caractérisent par des excédents ou des pénuries de capacité périodiques.

Le programme Smart Peninsula opérant sur la péninsule de Hel est bien connu dans l'industrie polonaise de l'énergie. C'est ici qu'Energa a mis en place les premiers systèmes de lecture à distance d'essai du pays et dispose de l'infrastructure technique appropriée pour le projet, qui sera encore mis à niveau.

Cet endroit n'a pas été choisi par hasard. Cette zone est caractérisée par de fortes fluctuations de la consommation d'énergie (consommation élevée en été, beaucoup moins en hiver), ce qui crée un défi supplémentaire pour les énergéticiens.

Le système mis en place doit se caractériser non seulement par une grande fiabilité, mais également par une flexibilité du service client, lui permettant d'optimiser sa consommation d'énergie, de modifier les tarifs de l'électricité et d'utiliser les sources d'énergie alternatives émergentes (panneaux photovoltaïques, petites éoliennes, etc.).

Récemment, des informations sont également apparues selon lesquelles Polskie Sieci Energetyczne souhaite stocker de l'énergie dans des batteries puissantes d'une capacité d'au moins 2 MW. L'opérateur prévoit de construire des installations de stockage d'énergie en Pologne qui soutiendront le réseau électrique en assurant la continuité de l'approvisionnement lorsque les sources d'énergie renouvelables (SER) cessent de fonctionner en raison du manque de vent ou après la tombée de la nuit. L'électricité de l'entrepôt ira ensuite au réseau.

Les tests de la solution pourraient commencer d'ici deux ans. Selon des informations non officielles, les Japonais d'Hitachi proposent PSE pour tester de puissants conteneurs de batteries. Une telle batterie lithium-ion est capable de fournir 1 MW de puissance.

Les entrepôts peuvent également réduire le besoin d'agrandir les centrales électriques conventionnelles à l'avenir. Les parcs éoliens, qui se caractérisent par une grande variabilité de puissance (en fonction des conditions météorologiques), obligent l'énergie traditionnelle à maintenir une réserve de puissance afin que les éoliennes puissent être remplacées ou complétées à tout moment avec une puissance réduite.

Les opérateurs de toute l'Europe investissent dans le stockage de l'énergie. Récemment, les Britanniques ont lancé la plus grande installation de ce type sur notre continent. L'installation de Leighton Buzzard, près de Londres, est capable de stocker jusqu'à 10 MWh d'énergie et de fournir 6 MW d'électricité.

Derrière lui se trouvent S&C Electric, Samsung, ainsi que UK Power Networks et Younicos. En septembre 2014, cette dernière société a construit le premier stockage d'énergie commercial en Europe. Il a été lancé à Schwerin, en Allemagne, et a une capacité de 5 MW.

Le document « Smart Grid Projects Outlook 2014 » contient 459 projets mis en œuvre depuis 2002, dans lesquels l'utilisation des nouvelles technologies, les capacités des TIC (télévision) ont contribué à la création d'un « réseau intelligent ».

Il convient de noter que les projets auxquels au moins un État membre de l'UE a participé (était un partenaire) ont été pris en compte (7). Cela porte à 47 le nombre de pays couverts par le rapport.

Jusqu'à présent, 3,15 milliards d'euros ont été alloués à ces projets, bien que 48 % d'entre eux ne soient pas encore achevés. Les projets de R&D consomment actuellement 830 millions d'euros, tandis que les tests et la mise en œuvre coûtent 2,32 milliards d'euros.

Parmi eux, par habitant, le Danemark investit le plus. La France et le Royaume-Uni, en revanche, ont les projets les plus budgétés, avec une moyenne de 5 millions d'euros par projet.

Par rapport à ces pays, les pays d'Europe de l'Est s'en sortent bien moins bien. Selon le rapport, ils ne génèrent que 1 % du budget total de tous ces projets. En nombre de projets mis en œuvre, les cinq premiers sont : l'Allemagne, le Danemark, l'Italie, l'Espagne et la France. La Pologne a pris la 18e place du classement.

La Suisse nous devançait, suivie de l'Irlande. Sous le slogan de smart grid, des solutions ambitieuses, presque révolutionnaires, sont mises en œuvre dans de nombreux endroits à travers le monde. prévoit de moderniser le système électrique.

L'un des meilleurs exemples est le Projet d'infrastructure intelligente de l'Ontario (2030), qui a été préparé ces dernières années et dont la durée est estimée à 8 ans.

8. Plan de déploiement du Smart Grid dans la province canadienne de l'Ontario.

Des virus énergétiques ?

Toutefois, si réseau énergétique devenir comme Internet, vous devez tenir compte du fait qu'il peut faire face aux mêmes menaces que celles auxquelles nous sommes confrontés dans les réseaux informatiques modernes.

9. Des robots conçus pour fonctionner dans les réseaux énergétiques

Les laboratoires F-Secure ont récemment mis en garde contre une nouvelle menace complexe pour les systèmes de services industriels, y compris les réseaux électriques. Il s'appelle Havex et utilise une nouvelle technique extrêmement avancée pour infecter les ordinateurs.

Havex a deux composants principaux. Le premier est un logiciel cheval de Troie, qui est utilisé pour contrôler à distance le système attaqué. Le deuxième élément est le serveur PHP.

Le cheval de Troie était attaché par des attaquants au logiciel APCS/SCADA chargé de suivre l'évolution des processus technologiques et de production. Les victimes téléchargent ces programmes à partir de sites spécialisés, ignorant la menace.

Les victimes de Havex étaient principalement des institutions européennes et des entreprises impliquées dans des solutions industrielles. Une partie du code Havex suggère que ses créateurs, en plus de vouloir voler des données sur les processus de production, pourraient également influencer leur cours.

10. Domaines des réseaux intelligents

Les auteurs de ce malware se sont particulièrement intéressés aux réseaux énergétiques. Peut-être un futur élément système d'alimentation intelligent les robots aussi.

Récemment, des chercheurs de la Michigan Technological University ont développé un modèle de robot (9) qui fournit de l'énergie aux endroits touchés par des pannes de courant, telles que celles causées par des catastrophes naturelles.

Des machines de ce type pourraient, par exemple, rétablir l'alimentation de l'infrastructure de télécommunications (tours et stations de base) afin de mener plus efficacement les opérations de sauvetage. Les robots sont autonomes, ils choisissent eux-mêmes le meilleur chemin vers leur destination.

Ils peuvent avoir des batteries à bord ou des panneaux solaires. Ils peuvent se nourrir mutuellement. Signification et fonctions réseaux intelligents aller bien au-delà de l'énergie (10).

L'infrastructure ainsi créée peut être utilisée pour créer une nouvelle vie mobile intelligente du futur, basée sur des technologies de pointe. Jusqu'ici, on ne peut qu'imaginer les avantages (mais aussi les inconvénients) de ce type de solution.