View
2
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
N. HADJSAIDProfesseur Grenoble INP G2ELAB
Smart Grids et transition énergétique
•2
ÉconomieLibéralisation Multiplicité d’acteursPrix de l’énergie
EnvironnementLois et objectifs sur l’environnement (3x20%)
SociétalConsommateur acteur du système électrique, Accessibilité, services énergétiques
Sécurité d’approvisionnement
Vieillissement actifsSécurité, qualité, fiabilité
stockage
Technologie+Démocratisation TIC,+Maturation technos de
petites génération et de stockage
Contexte et enjeux
Le système électrique :Un système complexe
■ De l’énergie au système électrique� L’énergie électrique
� N’est pas un produit de consommation banal, mais un vecteur énergétique d’une importance stratégique
� L’électricité est un produit spécial� Aspect physique: n’est pas stockable à grande échelle� Aspect social et économique : développement
économique et social, service public, progrès…
� Infrastructures hétérogènes : TIC, gaz, …
■ Système électrique: Système complexe� Grande dimension – Système multi-niveaux – interdépendant� Comportement chaotique, difficile à maîtriser� Sujet à diverses perturbations
■ Vulnérabilité du système & défaillances � Assurer l’intégrité du système quelque soit la perturbation� Conséquences économiques considérables � De moins en moins acceptées
Photo source:
Peoria Journal Star
ouragan2012.com
Les pannes généralisées (blackouts): une menace constante…
■ Mais aussiGuadeloupe (2012), Malaisie (2005), Jordanie (2004), Grèce (2004), Finlande (2003), Suède&Danemark (2003), Londres (2003), ….
■ Coût variable mais peut avoisiner 1% PIB
15Toronto, blackout August 2003 (wiki)
14-08-200355 MillionsUSA
29-09-200350 MillionsItalie
18-08-2005100 MillionsIndonésie
10-11-200987 MillionsBrésil & Paraguay
30-07-2012670 MillionsInde
datePopulation affectée
Pays
■ Quelques Blackouts d’envergure récents
MV/LV20kV/400V
HV/MV63kV/20kV
400kV/63kV400kV/63kV
HV/MV63kV/20kV
MV/LV20kV/400V
■ Impacts positifs et négatifs
■ Plupart ENR
■ Gestion du patrimoine
■ Risque de pannes
■ Coût et acceptabilité
■ Évolution des réseaux
Changement de paradigme
Système centralisé de production Système décentralise de production
Source: Eltra
Central production plantsOther plantsWind turbines
Contexte – exemple du Danemark
Une évolution Française et mondiale…
Source: ERDF
+67%
Exemples d’impacts techniques et économiques
Impact sur le profil de tension
+ 5% Un- 5% Un
Max. Tension réseau
Min. Tension réseau
1 an
Impact sur les pertes techniques
Impact sur les harmoniques Impact sur l’évolution des prix spot
Source: PV Upscale
Intégration de l’énergie intermittente et VEHR
■ VEHR� 1 Mo Bornes de recharges rapides – 43 GW� Effets stochastiques – géographiques et
temporels
Puissance de sortie d’une ferme éolienne sur 1 mois , RU Ex : Vinon sur Verdon (31 mai 2009)
mutualisation des sources et des charges :
∑∑ ≥eschi
consomméescentralesi
instalées PParg
Principe Physique:Production=Consommation
Pc=7.4 kW
MV/LV20kV/400V
HV/MV63kV/20kV
400kV/63kV400kV/63kV
HV/MV63kV/20kV
MV/LV20kV/400V
123456789101112131415161718192021222324252627282930310510152025303540
Le réseau électrique : Un bien commun, un facteur d’économie
Constraintes techniques
aux points de consom.
Constraintes techniques aux points d’injection
Stockage très limité����
Équilibre dynamique
Equilibre Production -Consommation : Une réalité physique
Grandes pannes et impact fréquence/tension
290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 40049
49.5
50
50.5
Time in seconds after 2003-09-23 12:30
Fre
quen
cy [Hz]
290 300 310 320 330 340 350 360 370 380 390 4000.4
0.6
0.8
1
Time in seconds after 2003-09-23 12:30
Vol
tage
[pu
]
Suède/Danemark
USA
Italie
Besoin de plus d’intelligence…
� Accroissement de la complexité: comment la gérer?� Répondre à des besoins changeants
� Nouveaux usages, consomm’acteur, ….� Production décentralisée, Gérer la liberté� Equilibre du système dans un environnement incertain
� Contraintes:� Technologiques:
� Bâtir sur l’existant� Maturité des technologies� Approche centralisée vs décentralisée
� Économiques� Viabilité/modèles économiques
� Régulation� Incitations vs réglementation
Réseau de distribution
Opérateur Système
■ AMM est un élément clé des SmartGrids mais pas le seul
Production Transport Distribution
L’Evolution SmartGrids: Chaîne de valeur et implication
Chaîne de valeur SmartGrids
Déploiement Smartgrids: Mêmes fondamentaux, priorit és différentes
Quelques Définitions…
■ Europe (1):A smart grid is an electricity network that can intelligently integrate the actions of all users connected to it –generators, consumers and those thatdo both – in order to efficiently deliver sustainable, economic and secureelecricity supply.
■ USA (2):A smart grid is self healing, enables active participation of consumers, operate resiliently against attack and natural disasters, accomodate all generation and storage options, enable introduction of new products,services and markets, optimize asset utilization and operate efficiently, provide power quality for the digital economy
■ France (3):Réseau électrique capable de gérer l’équilibre production/consommation de manière optimale dans un environnement de plus en plus complexe. ■ Utilisation croissante des énergies intermittentes mais aussi de productions décentralisées ■ Faire face aux besoins de maîtrise de la consommation, de gestion des pointes et de l’amélioration de
l’efficacité énergétique■ La multiplicité d’acteurs dans un environnement de libéralisation des marchés de l’énergie
Le SG n’est pas une techno spécifique mais un concept impliquant des technos permettant d’atteindre des objectifs précis de gestion des réseaux en tirant parti des TIC
•14(1) : European technology Platform smartgrids(2) : US department of energy(3) : Ministère
L’Evolution Smart Grid
•15
Les compteurs: communicants ou smart?
•16
Le compteur LINKY
Source:ERDF
•17
EnergyBox
Coffret électrique
Rése
au
éle
ctri
qu
e
Compteur
communicant
Terminaux de
communicationAppareils délestables
Stockage d’électricité
Production d’électricité
Appareils « prioritaires »
Flux d’informations
Flux d’électricité
Le smart Grid chez le client finalL’energy box comme « Energy Manager »
Internet Box
Effect d’un pilotage de la demande sur les limites d’un départ de “distribution”
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 224
4.5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
8.5
9
x 106
Houre [h]
Pow
er [
w]
Consumption without load control
Consumption with load control
Treshold value = 8.0MW
Supply after load control = 15minCluster of buildings = 14
Source: IDEA
UFLS relays
Bulk Generation
Primary
Substation
Peer-to-peer
Business as usual
FCR supplier
Primary
Support
Coordination
Agent PrimarySupport
Coordination Agent
Bottom-up
P OFF
(f)
fLoad 1
…Load i…Load 3Load 2
UFLS FCR
Range of operationFb
Marketplatform
Clearingresults
Fa
SecondarySubstation
Large scale architectureCEMS (customer energy management services architect ures)
Targeted step-by-step droop curve
Innovative strategy for stability of microgrids
Initiatives mondiales et projets de d émonstration
� Livres blancs et roadmapsInstitutionnelles & gouvernementsOrganisations industrielles Agences nationales et internationalesProjets de démo d’envergure
� Technology Push vs Market Pull
� EU SRA 2035
* Source: EEGI, EU Smartgrids technolgy plarform
*
•21
Financement projets SG
France vs. Europe
22Source: JRC
Projets Smart Grid en France
23
Actuellement, plus de 100 projets sur le territoire Français
source : CRE - 2013
Nombre de projets par
fonctionnalité
Intégration
GEDStockage Pilotage de
charge
AutreVéhicule électrique
1er démonstrateur FR à large échelle
1000 consommateurs résidentiels
40 sites commerciaux
4 ans du durée d’expérimentation
43 M€ investissement
12 partenaires impliqués
GreenLys:Démonstrateur Smart grids sur l’ensemble du
système: Grenoble et Lyon
Lyon : Quartier Confluence
Confluence district
Cogénératio
nPhotovoltaïqu
ePoste HTA/BT
de distribution
P12
5P13
7
PB1PB4
290 kW
104 kW
51 kW
Grenoble : 2 quartiers (caserne de bonne et presqu’ile)
Caserne de Bonne and Bouchayer-Viallet
Quelques illustrations d’innovation GreenLys:
Pilotage de tension avec forte pénétration des EnR
� RES insertion limitWith P/Q classical controlSmax = 2 * 900 kWWith D-VVCSmax = 2 * 2600 kW
t = 1200 s : Tension sur le réseau
0.95 p.u.
1 p.u.
1.05 p.u.
Classical P/Q ControlOvervoltagesD-VVC
GreenLys Accusinefor VVC with RES Manufactured by Schneider Electric
PV panels located in Lyon Confluence on which the
"Accusine" solution was tested.
The voltages varies :by +/-1% with the AccusineAnd by +/-8% without the Accusine.!
•28
POSTE HTA/BT
K
PA Réseau Capteurs
WAN GPRS
Compteurs
SI CENTRAL
SI RESEAU
Réseau
Linky
Centre Appel Dépannage
Conduite/Exploitation
Système d’Information
Géographique
Agence Centrale de Supervision Linky
LV observability
Linky data for grid operation and upgrading
00:…
01:…
02:…
04:…
05:…
06:…
08:…
09:…
10:…
12:…
13:…
14:…
16:…
17:…
18:…
20:…
21:…
22:…
Pu
issa
nce
(W
)
Puissance réalisée Référence
Rebound / Shift
Curtailment
Quelques illustrations d’innovations GreenLys:Observation BT et pilotage intelligent de la demande
.
� if TI ∈ and IJ ⊆ then TJ ∈ , � if TJI ∈, and JI ≤ , then TzI ∈+ for some
Jz∈ \ I . E, set of branches of graph G
T, collection of all spanning trees of
graph G
Spannig tree of graph G
Branch of G graph
(E, T) = matroïde)1..(,, =⋅∪∃∈∀ ΠΠ k
n
kk
n
kjiji zjzieiCCNxx
Optimisation du réseau en présence de la production décentralisée (PED)
La configuration est codée avec des Matroïdes
Optimisation avec des algo évolutionnaires et des Ma troïdes
Gain jusqu’à 20% sur les pertes avec PEDSource: Bertrand Raison
30
Projet SOGRID : Un système énergétique communicant par CPL G3
de bout en bout de la chaîne
Benjamin Wilsch
- Reconstruction of magnetic vector potential within
the black circle, using more orders (N=1..4) the
approximation is more precise
- Measurement geometry
- Development of a miniature contact-less current sensor for smart grids
- Current magnitude is determined by magnetic flux measurements
- Requires: geometrical selectivity between field sources
Exemple d’innovation SoGrid :Capteurs MEMS
Que vaut l ’int égration du smart grid?Estimations
We expect the smart grid market to grow 100% in the next five years and 400% by
2030, from $20 billion today to $100+ billion in 2030. Since 2001, investors have provided ~$3.6 billion of private funding to smart grid companies
Morgan Stanley
Les acteurs industriels du Smart Grid en FranceA
pplic
atio
n se
gmen
tC
omm
unic
atio
n se
gmen
tP
hysi
cal P
ower
se
gmen
t
Generators Transmitters Substation Distributors Consumers Home appliances
Storage & Intermittent Sources
Integration
Demand Response
Infrastructure Optimization &
AGC1
E-Cars
Advanced Metering Infrastructure
Future Applications and Services
Home Area Network
Field Area NetworkWide Area NetworkLocal Area Network
Home / Building Energy Management
Source : BEM Analysis1. Advanced Grid Control
Providers
•34
■ Fédérer la filière REI en France et en assurer la promotion
■ Conseil scientifique (stratégie R&D) , commission formation , commission « international »
■ Campus REI■ Déploiement à grande échelle
Association REI: Smart Grids France
L’association REI Smart
Grids France
Un lieu de rencontres PME/ grandes
entreprises, monde académique
Un lieu de promotion de la filière en France et à l’étranger
Un lieu de réflexion et de
discussions
Un lieu de représentation des
membres
Page de publicité
Chaire ERDF industrielle d’excellence « SmartGrids »http://www.fondation-grenoble-inp.fr/smartgrids-fr
Formation aux frontières de deux disciplines: Energie &TIC
http://ense3.grenoble-inp.fr/international-masters/
Master International
Conclusion
■ Enjeux sociétaux majeursClimat – Énergie - sécurité d’approvisionnementTransition énergétique et changement de paradigme
■ Complexité croissanteEnR sur la montée et évolution des usagesContraintes technologiques, économiques et régulatoiresInterdépendance des systèmes Niveau d’incertitudes croissant
■ Smart Grids: Facilitateur pour la transition énergétique■ Des champs de développement technos
Besoin d’une vision système: éviter une réflexion par segmentComplémentarité des actions locales et globalesOpportunité d’innovation
Le réchauffement planétaire semble se confirmer!
Recommended