7/6/2015 Les microgrids / Introduction

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Introduction

Le contexteUn rapport du cabinet de conseil américain, Navigant Research indique que le marché des microgrids, ou micro­réseaux électriquesintelligents, augmentera de près de 30 milliards de dollars d’ici 2020, passant de 10 milliards en 2013 à 40 milliards en 2020. Dans lemonde, plus de 400 projets représentant plus de 3,2 GWh d’électricité sont en cours de développement ou déjà opérationnels. Et lenombre de ces projets devrait quadrupler d’ici 2020.

La raison principale de cette forte augmentation du nombre de projets réside dans la volonté de rapprocher la production d’électricité desa consommation, de limiter les investissements dans les réseaux de transport et de distribution et de réduire les pertes. Et cela estaujourd’hui rendu possible par la multiplication des installations de production d’énergie décentralisées, solaires ou éoliennes et ledéveloppement des dispositifs de stockage. D’autres raisons président également à ce boom des projets de microgrids, notamment auxÉtats­Unis et en Asie, leaders en nombre de projets dans le monde, comme la volonté d’augmenter la résilience du système électriqueen faisant appel à la capacité d’îlotage qu’offrent les microgrids. Les microgrids constituent un modèle d’optimisation pour le réseauélectrique.

Le concept de microgrids

Un concept qui intéresse tous les pays du monde

Appelé aussi mini Smart grids ou micro­réseaux intelligents, les microgrids sont des réseaux électriques de petite taille, conçus pourfournir un approvisionnement électrique fiable et de meilleure qualité à un petit nombre de consommateurs. Ils agrègent de multiplesinstallations de production locales et diffuses (micro­turbines, piles à combustible, petits générateurs diesel, panneaux photovoltaïques,mini­éoliennes, petite hydraulique), des installations de consommation, des installations de stockage et des outils de supervision et degestion de la demande. Ils peuvent être raccordés directement au réseau de distribution ou fonctionner ne mode îloté. Le concept est entrain de s’élargir aux réseaux de chaleur et de gaz. Le concept de microgrids peut ainsi être pensé de façon multi­fluides et il peutconcerner différentes échelles du territoire (bâtiment, quartier, zone industrielle ou artisanales, village, etc.).

En Europe, les micro­réseaux sont définis par la Commission européenne dans le cadre des projets « Microgrids » et « MoreMicrogrids », comme des systèmes « qui comportent des systèmes de distribution de basse tension avec des sources d’énergiedistribuée, telles que les microturbines, les piles à combustibles, les systèmes photovoltaïques, etc., des systèmes de stockage tels queles volants d’inertie, les supercondensateurs et les batteries, et des charges contrôlables, qui ont des possibilités d’être contrôlées vis­à­vis de l’opération du réseau. Les microréseaux sont connectés au réseau de distribution mais peuvent également [fonctionner] en modeilôté, en cas de défaut dans le réseau principal ».

Le concept de micro­réseaux intéressent de nombreux autres États dans le monde, États qui ont tous des instituts de recherche ou desgroupes de travail dédié : États­Unis (Consortium for Electric Reliability Technology Solutions – CERTS), Canada (CANMETEnergie,centre de recherche et d’innovation sur l’énergie du gouvernement du Canada), Japon (New Energy and Industrial TechnologyDevelopment Organization – NEDO), Sénégal (projet « Microgrids » financé par la Commission européenne).

La segmentation des projets

Les projets de microgrids électriques peuvent être classés en fonction de leur taille, mais également de leur utilité (fiabilité, résilience etefficacité des réseaux, difficulté d’accès à l’énergie, conditions météorologiques dégradées, émergence d’éco­quartiers, réflexion multi­énergie, économies d’énergie, etc.) en 5 grandes catégories :

les microgrids des zones commerciales, artisanales ou industrielles : ces zones, fortement consommatrices d’électricité,regroupent entreprises et industries aux activités diverses, dont les besoins en énergie ne sont pas tous identiques. Il s’agit d’yoptimiser la gestion de l’énergie pour qu’elles soient plus neutres vis­à­vis du réseau de distribution ;

les microgrids de campus universitaire : l’enjeu est d’améliorer la gestion énergétique des campus dans un contexte où ceux­cise doivent de réduire leur consommation d’énergie ;

les microgrids alimentant des zones isolées car faiblement ou non raccordées aux réseaux électriques ou temporairementcoupées du réseau pour cause d’intempéries : le déploiement des microgrids leur permet d’exploiter les ressourcesénergétiques renouvelables locales et de ne plus dépendre de groupes diesel polluants et coûteux. Les microgrids permettentégalement à des villes touchées par des intempéries d’éviter d’être totalement privées d’électricité ;

les écoquartiers : ils fonctionnent peu ou prou sur le même modèle que les microgrids dans les zones commerciales ouindustrielles ;

les microgrids de « base vie » (camp militaire ou hôpital) : avec ses propres moyens de production et de stockage et ses propresinfrastructures de distribution, le microgrid garantit une autonomie énergétique fournissant de l’électricité pendant les périodesde coupures de courant sur le réseau de distribution, atout essentiel pour les bases militaires ou les hôpitaux, qui ne peuvent paslaisser des pannes d’électricité les empêcher de s’acquitter de leurs missions.

Les microgrids

Introduction

Les fondamentauxtechnico­économiquesdes microgrids

Les fondamentauxsociétaux des microgrids

Les projets de microgridsen zones isolées

Les projets de "base vie"autonome

Les projets de microgridssur un campus

Présentation du projetiBATs

Les projets de microgridsdans des quartiers oudes zones commerciales

L’autoproduction àdifférentes échelles duterritoire

Zoom sur la notion de"réseau fermé dedistribution"

Conclusion – Lesbarrières à lever pour undéploiement rapide desmicrogrids à grandeéchelle

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7/6/2015 Les microgrids / Introduction

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Les zones d’utilisation des microgrids (Source : Smart grids Insight, Zpryme)

Les avantages du déploiement des microgrids

Les bénéfices de déploiement des microgrids sont nombreux :

côté technique, les microgrids permettent une gestion optimisée de la production d’électricité d’origine renouvelable à l’échellelocale. Ils peuvent apporter un service auxiliaire au réseau public de distribution, en l’aidant à maintenir la stabilité de la tensionet en l’« allégeant » lorsqu’il est coupé du réseau de distribution ;

côté économique, en fonction de sa taille, le microgrid peut être utilisé avec un rôle d’agrégateur, pour s’ajuster sur les marchés(marché spot, marché d’ajustement et marché de capacités). Les microgrids permettent également de différer desinvestissements de réseaux, la proximité entre production et consommation permettant d’optimiser l’acheminement de l’énergie.Ils permettent aussi de réduire le volume des pertes techniques ;

côté sociétal, un microgrid fournit des réponses à l’évolution des besoins fondamentaux d’un territoire en énergie. Il offrenotamment un réseau plus sûr et plus fiable en cas d’incident. Parce qu’il s’agit d’un projet local, il facilite également la créationd’initiatives et de nouveaux partenariats entre les acteurs locaux ;

côté environnemental, ils permettent de mieux intégrer les énergies de sources renouvelables sur les réseaux et ainsi d’éviterl’installation de centrales thermiques en zones « fragiles ».

En outre, les infrastructures nécessaires aux réseaux électriques intelligents étant complexes à mettre en place et pouvant prendreplusieurs années, les microgrids deviennent une alternative plus simple à mettre en œuvre et pourraient donc jouer un rôle moteur dansle déploiement des réseaux intelligents. En reproduisant à petite échelle un grand nombre d’enjeux liés au déploiement des Smart gridset à l’intégration sur le réseau des énergies renouvelables, ils sont des démonstrateurs de ce que pourraient être de plus grandsdéploiements de Smart grids.

Les défis technico­économiques des microgrids

Cependant, les défis technico­économiques associés au déploiement de ces micro­réseaux sont aujourd’hui encore très nombreux. Lagestion des microgrids et leur raccordement au réseau public de distribution est complexe :

en mode d’îlotage, comment maintenir la stabilité du réseau (tension et fréquence) au sein du microgrid et comment maintenir lastabilité du réseau public de distribution lors de la resynchronisation du microgrid avec le réseau public de distribution ? Pourque l’électricité produite puisse être distribuée sur le réseau, les caractéristiques de tension, de fréquence et de puissancedoivent être contrôlées. De même, l’infrastructure du microgrid doit être compatible avec les standards existants pour quel’équilibre sur le réseau soit maintenu ;

comment envisager le modèle économique du microgrid alliant autoproduction et autoconsommation ?

comment faire face aux capacités et au prix des technologies de stockage actuelles ? La plupart des microgrids en projet neseront pas capables de produire et de stocker suffisamment d’énergie pour pouvoir se passer d’un raccordement au réseauélectrique ;

le microgrid est­il un réseau privé ou répond­t­il à une mission de service public ? Le microgrid entraîne une certaine privatisationdes réseaux et cela pose la question de la péréquation des tarifs fixés pour l’utilisation de ces réseaux ;

le cadre de régulation s’applique­t­il aussi aux microgrids ?

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