Smart Grids : au-delà du concept, comment rendre les réseaux plus intelligents

Résumé

Rendre possible les réseaux électriques du futur, c'est d'abord répondre aux défis techniques, économiques, sociaux et environnementaux liés à la fourniture d'une électricité de qualité au plus grand nombre. Les réseaux n'ont d'autre choix que d'évoluer rapidement. Il est impératif de répondre aux enjeux de fiabilité, sécurité et modernisation du système électrique dans son ensemble.

Contributeur(s)
- Guerassimoff, Gilles. Directeur de publication/coordinateur/coordonnateur
- Maïzi, Nadia. Directeur de publication/coordinateur/coordonnateur
Éditeur(s)
- Presses des Mines-Transvalor
Date
- impr. 2012
Notes
- Réunit les articles de la promotion 2011 du Mastère "Optimisation des systèmes énergétiques" de l'École des Mines de Paris
- Notes bibliogr.
Langues
- Français
Description matérielle
- 1 vol. (387 p.) : ill., couv. ill. en coul. ; 24 cm
Collections
- Développement durable
Sujet(s)
- Électricité -- Production -- Génération répartie
- Réseaux électriques (énergie)
ISBN
- 978-2-911256-93-6
Indice
- 621.31 Énergie électrique (production, transport, distribution)
Quatrième de couverture
- « Pour ce qui est de l'avenir, il ne s'agit pas de le prévoir mais de le rendre possible », écrivait Antoine de Saint-Exupéry.
  Rendre possibles les réseaux électriques du futur, c'est d'abord répondre aux défis techniques, économiques, sociaux et environnementaux liés à la fourniture d'une électricité de qualité au plus grand nombre.
  Confronté à la complexité technologique d'un domaine associant énergie et télécommunications à des stratégies internationales industrielles et politiques divergentes, à des questions d'acceptabilité sociale, l'essor des smart grids est encore balbutiant. Les réseaux n'ont pourtant d'autre choix que d'évoluer rapidement : il est impératif de répondre aux enjeux de fiabilité, sécurité et modernisation du système électrique dans son ensemble pour le bénéfice des producteurs, des consommateurs et des gestionnaires de réseaux. Dans ce paradigme de Smart Grids, le stockage d'énergie est assuré d'occuper une place centrale. Pourtant, les cadres législatif et économique de son développement restent encore à inventer, les filières industrielles en sont à leurs prémisses et les tensions sur les matières premières se multiplient. À travers cet ouvrage collectif proposé par les élèves du Mastère spécialisé OSE¹ on mesurera que la réponse à ces défis est bien souvent contextuelle, mais qu'une chose est sûre : les réseaux de demain seront intelligents ou ne seront pas.
  ¹ Mastère spécialisé en Optimisation des Systèmes Energétiques de Mines ParisTech organisé par le Centre de Mathématiques Appliquées de Mines ParisTech.
Tables des matières
- - Smart Grids
  - Au-delà du concept, comment rendre les réseaux plus intelligents
  - Gilles Guerassimoff et Nadia Maïzi
  - Sommaire6
  - Avant-propos7
  - Introduction générale11
  - Partie I : Origines, concepts et déclinaisons des réseaux intelligents15
  - Chapitre I - Histoire des systèmes électriques et émergence des Smart Grids dans les pays industrialisés17
  - I - 1. Introduction19
  - I - 2. Histoire du déploiement des systèmes électriques20
  - I - 2.1 Débuts de l'électricité et émergence des réseaux 20
  - I - 2.2 Le mouvement de nationalisation de l'après-guerre 22
  - I - 2.3 La dérégulation du système électrique 24
  - I - 2.4 La situation actuelle : quel héritage ? 26
  - I - 3. Les limites du réseau actuel29
  - I - 3.1 Une infrastructure vieillissante 30
  - I - 3.2 La demande électrique, un paradigme en pleine évolution 32
  - I - 3.3 Intégrer la production d'électricité décentralisée 36
  - I - 3.4 Vers une mutation offerte par les NTIC 38
  - I - 4. Derrière le concept de Smart Grids38
  - I - 4.1 Quels bénéfices attendus pour les Smart Grids ? 42
  - I - 5. Conclusion46
  - I - 6. Références Bibliographiques47
  - Chapitre II - Smart Grids : Quelles potentialités pour les économies émergentes ?53
  - II - 1. Introduction54
  - II - 2. Les Smart Grids dans les pays émergents55
  - II - 2.1 La politique indienne de développement du système électrique 55
  - II - 2.2 Le projet Bangalore, un projet pilote de réseau intelligent dans le sud de l'Inde 58
  - II - 3. Les Smart Grids, une solution pour renforcer la fiabilité du réseau dans les zones urbaines des pays émergents et des pays en développement63
  - II - 3.1 Lutter contre les pertes non techniques 63
  - II - 3.2 Les Smart grids : un outil pour Améliorer la fiabilité des réseaux 67
  - II - 4. Conclusion72
  - II - 5. Références Bibliographiques73
  - Chapitre III - Instruments et mesures d'accompagnement économique, réglementaire et politique des Smart Grids en Europe77
  - III - 1. Introduction79
  - III - 2. Europe : acteurs, cadre réglementaire, projets en cours79
  - III - 2.1 Un foisonnement d'acteurs pour porter la réflexion européenne 79
  - Les acteurs industriels80
  - Les acteurs institutionnels européens81
  - Les acteurs publics d'état82
  - III - 2.2 L'émergence d'un cadre réglementaire dédié 83
  - III - 2.3 Outils et moyens d'action directe pour l'europe 85
  - III - 3. Déclinaison Nationales : le cas de la France88
  - III - 3.1 Les acteurs institutionnels et les modes d'action de l'etat 88
  - Les acteurs institutionnels88
  - Le point sur deux outils de l'Etat : la PPI et les AMI90
  - III - 3.2 Un cadre législatif, réglementaire et normatif à faire évoluer 93
  - III - 4. Au Niveau Local : les projets de démonstration96
  - III - 4.1 Le partenaire financier 96
  - III - 4.2 Les soutiens politiques 97
  - Conseil Régional97
  - Conseil Général97
  - Communauté Urbaine97
  - Commune97
  - III - 4.3 Les soutiens industriels 98
  - Les partenaires industriels98
  - Pôle de compétitivité99
  - Chambre de Commerce et d'Industrie99
  - III - 4.4 Les particuliers 100
  - Les participants100
  - Les associations locales100
  - III - 4.5 Un exemple concret : le projet Myrte 101
  - Caractéristiques du projet101
  - Les obstacles à surmonter102
  - Conclusion103
  - III - 5. Conclusion103
  - III - 6. Références Bibliographique103
  - Partie II : Stockage et Smart Grids, des complémentarités à exploiter109
  - Chapitre IV - Utilités et applications du stockage : de la production à la consommation111
  - IV - 1. Introduction112
  - IV - 2. Définitions112
  - IV - 2.1 Energie et puissance 112
  - Energie112
  - Puissance113
  - Choix de la grandeur113
  - IV - 2.2 Définitions complémentaires 113
  - Temps de charge / décharge113
  - Constante de temps114
  - Temps de réponse114
  - Taux de rampe114
  - Puissance en régime sinusoïdal114
  - Qualité de l'énergie délivrée116
  - IV - 3. Intêret du stockage dans le réseau117
  - IV - 3.1 Les moyens de production 117
  - Aspect économique117
  - Amélioration de la sécurité d'approvisionnement121
  - IV - 3.2 Les ouvrages de transport et de distribution (T&D) 123
  - Surdimensionnement des réseaux et report des investissements124
  - Réduire les pertes en ligne124
  - Réglage de la tension125
  - Applications spécifiques au réseau de transport126
  - Applications spécifiques au réseau de distribution129
  - IV - 3.3 Intérêt du stockage pour l'utilisateur 131
  - Qualité de l'électricité132
  - Sécurité d'approvisionnement132
  - Gestion de la consommation133
  - Compensation réactive et perturbations135
  - IV - 3.4 L'intégration des énergies intermittentes et décentralisées 136
  - Diminuer l'impact sur le réseau136
  - Gérer et valoriser l'injection dans le réseau138
  - Le cas particulier des zones isolées et autonomes (systèmes insulaires)141
  - IV - 4. Matrice des synergies / Localisations des moyens de stockage142
  - IV - 4.1 Considérations techniques et positionnement des technologies 142
  - 1.1.1 Mutualisation des applications 147
  - IV - 4.2 Technologies de stockage et applications 148
  - IV - 5. Références Bibliographiques152
  - Chapitre V - Panorama des technologies de stockage157
  - V - 1. Introduction aux différents modes de stockage157
  - V - 2. Définitions des termes propres au stockage de l'énergie161
  - ¤ La capacité énergétique de stockage161
  - ¤ La puissance disponible (charge/décharge)161
  - ¤ La densité d'énergie (volume et masse)161
  - ¤ La densité de puissance (volume et masse)161
  - ¤ Le taux d'autodécharge161
  - ¤ La profondeur de décharge162
  - ¤ La cyclabilité162
  - ¤ La durée de vie162
  - ¤ Le rendement162
  - Le rendement faradique162
  - Le rendement énergétique162
  - ¤ L'Empreinte énergétique162
  - V - 3. Technologies de stockage d'énergie électrique pour des utilisations électriques163
  - V - 3.1 Stockage sous forme d'énergie potentielle 163
  - Les stations de transfert d'énergie par pompage163
  - Le stockage d'énergie sous forme d'air comprimé165
  - V - 3.2 Stockage sous forme d'énergie cinétique 171
  - V - 3.3 Stockage sous forme d'énergie électrique 175
  - V - 3.4 Stockage sous forme d'énergie magnétique 177
  - V - 3.5 Stockage sous forme d'énergie électrochimique 179
  - Principes179
  - Les accumulateurs électrochimiques181
  - Batteries « Chaudes » sodium/souffre et redox flow186
  - V - 3.6 Stockage sous forme d'énergie chimique 190
  - L'hydrogène électrolytique190
  - V - 3.7 Stockage sous forme d'énergie thermique : Stockage d'Electricité par Pompage Thermique (SEPT) 194
  - V - 4. Technolgies de stockage d'énergie électrique pour des utilisations gazières et la production de carburants liquides197
  - V - 4.1 L'hythane® 197
  - V - 4.2 L'hydrogénation du CO₂ 199
  - Synthèse de gaz naturel199
  - Le procédé Fischer - Tropsch « gas to liquid » (GTL) et « biomass to liquid » (BTL)200
  - V - 5. Technologies de stockage d'énergie électrique pour des utilisations thermiques201
  - V - 5.1 Stockage d'énergie par chaleur sensible 201
  - Les chauffe-eau électriques202
  - Stockage d'eau glacée203
  - V - 5.2 Stockage d'énergie par chaleur Latente 205
  - V - 6. Technologies de stockage d'énergie thermique pour des utilisations électriques ou en cogénération208
  - V - 6.1 Stockage à haute température 208
  - V - 6.2 Stockage à basse température : procédé SAED 211
  - V - 7. Technologies de stockage d'énergie thermique pour des utilisations thermiques213
  - V - 7.1 Stockage d'énergie par chaleur sensible 213
  - La production d'eau chaude sanitaire solaire (ECS)213
  - Stockage saisonnier214
  - Stockage journalier215
  - V - 7.2 Stockage d'énergie thermique par voie thermochimique : 216
  - V - 8. Conclusion217
  - V - 9. Tableaux récapitulatifs218
  - V - 10. Références Bibliographiques222
  - Chapitre VI - Stockage et Smart Grids : Quelle gestion de l'information ?233
  - VI - 1. Smart Grids et stockage : repenser la conduite du système électrique234
  - VI - 1.1 Le nouveau paradigme de contrôle offert par le Smart Grid 234
  - La conduite du réseau aujourd'hui234
  - Les limites actuelles et les apports du Smart Grid234
  - Vers un internet de l'énergie235
  - VI - 1.2 Modéliser : une nécessité 236
  - VI - 1.3 la conduite du réseau : le cas du stockage 238
  - Contrôle centralisé des unités de stockage238
  - Contrôle local des unités de stockage239
  - Contrôle primaire des unités de stockage240
  - VI - 2. Microgrids242
  - VI - 2.1 L'émergence du concept de Microgrids et son développement 242
  - Insérer les microgrids dans le réseau actuel243
  - Rôles du MGCC et Spécificités du mode îloté244
  - Coordination de microgrids et mode connecté245
  - VI - 2.2 Microgrid à intelligence décentralisée - Système Multi-Agent 246
  - Agent, Multi-Agent et réseau électrique247
  - Architecture248
  - L'exemple du microgrid de l'île de Kythnos248
  - VI - 3. Conclusion249
  - VI - 4. Références Bibliographiques250
  - Partie III : Les Smart Grids vus d'ailleurs253
  - Chapitre VII - Le cas des Etats-Unis : Les réseaux intelligents comme vecteur de modernité255
  - VII - 1. Introduction257
  - VII - 2. Le paysage électrique aux Etats-Unis258
  - VII - 2.1 Historique et état actuel du réseau 258
  - VII - 2.2 Architecture du réseau Américain 259
  - VII - 2.3 Quelle valeur ajoutée pour le Smart-Grid ? 260
  - VII - 2.4 Un enjeu stratégique et politique 261
  - 2007 - EISA (Energy Independence and Security Act)262
  - 2009 - ARRA (American Recovery and Reinvestment Act)262
  - 2011 - Continuité des investissements263
  - VII - 3. Stockage : Challenges et évolutions du réseau264
  - VII - 3.1 Entre optimisation et stabilité 264
  - VII - 3.2 Les énergies renouvelables et le véhicule électrique 266
  - Le renforcement des interconnexions267
  - Les micro-réseaux aux Etats-Unis268
  - Le véhicule électrique au sein de la Smart Grid269
  - VII - 4. Modèle économique, régulation et standards270
  - VII - 4.1 Standards et régulation 270
  - Standards : le NIST au travail270
  - Un cadre législatif en pleine mutation270
  - VII - 4.2 La dérégulation des marchés de l'électricité 271
  - VII - 4.3 Evolution des marchés de l'électricité 273
  - Quel potentiel pour le demand response ?273
  - Les agrégateurs au coeur des marchés274
  - VII - 5. Conclusion277
  - VII - 6. Références Bibliographiques278
  - Chapitre VIII - Le cas du Japon : Accompagner la transition énergétique283
  - VIII - 1. La situation énergétique au Japon284
  - VIII - 2. Le secteur électrique japonais285
  - VIII - 2.1 Premiers développements et apparition des GENERal electric utilities (geU) 285
  - VIII - 2.2 Le marché régulé entre 1951 et 1995 286
  - VIII - 2.3 Libéralisation graduelle du marché 286
  - VIII - 3. Le Réseau électrique289
  - VIII - 3.1 Caractéristiques physiques 289
  - VIII - 3.2 Le problème des congestions interrégionales 291
  - VIII - 3.3 Spécificités de la courbe de charge et stockage hydraulique 294
  - VIII - 4. Des Smart Grids pour une énergie verte295
  - VIII - 4.1 Vers une transition énergétique ? 295
  - VIII - 4.2 La vision japonaise des Smart Grids 297
  - VIII - 4.3 Projets Smart Communities au Japon 299
  - VIII - 4.1 Efforts de standardisation 301
  - VIII - 4.2 Projets Smart Grids et stockage au Japon réalisés par le NEDO 301
  - VIII - 4.3 Les efforts de recherche et développement en matière de stockage au Japon (Aki, 2011) 303
  - VIII - 5. Conclusion305
  - VIII - 6. Références Bibliographiques306
  - Partie IV : Enjeux et opportunités309
  - Chapitre IX - Quelles perspectives pour le développement des Smart Grids ?311
  - IX - 1. Introduction : L'histoire du ballon à accumulation312
  - IX - 2. Les défis sociologiques du déploiement des Smart Grids313
  - IX - 2.1 Faciliter l'acceptation d'une nouvelle technologie 313
  - IX - 2.2 Faire émerger de nouveaux usages 315
  - IX - 2.3 Le role primordial du levier tarifaire : exemple du V2G 317
  - IX - 2.4 Conclusion 319
  - IX - 3. Les défis économiques des Smart Grids et du stockage320
  - IX - 3.1 Des marchés efficaces : Valoriser le stockage pour servir le réseau 320
  - IX - 3.2 Comment protéger les consommateurs 322
  - IX - 4. Normalisation - Standardisation - Réglementation324
  - IX - 4.1 Un besoin de composants interopérables 324
  - L'Europe entre libéralisme et protectionnisme325
  - IX - 4.2 Evolutions réglementaires et normatives pour des opportunités d'investissement 325
  - IX - 5. Tensions sur les ressources327
  - IX - 5.1 Une maîtrise de la filière intégrée de l'amont à l'aval 327
  - IX - 6. Conclusion332
  - IX - 7. Références Bibliographiques332
  - Partie V : Annexes339
  - Annexe A : Le paysage électrique en France341
  - La production d'électricité en France 341
  - La classification des moyens de production342
  - Le transport et la distribution de l'électricité 343
  - La consommation électrique 345
  - L'équilibre entre production et consommation 346
  - Gestion des risques : réserves primaire, secondaire et tertiaire 347
  - Références Bibliographiques 349
  - Annexe B : Marchés et tarifications de l'électricité351
  - Les marchés de l'électricité et la formation des prix 352
  - Les différents types de prix de marchés 357
  - Le marché des forwards 357
  - Le marché day-ahead 357
  - Le marché intraday 357
  - Le mécanisme d'ajustement 358
  - La tarification de l'électricité en France 358
  - Tarif TOU (Time of Use) 360
  - Tarif CPP (Critical Peak Pricing) 360
  - Tarif PTR (Peak Time rebate) 361
  - Références Bibliographiques 362
  - Annexe C : Les mécanismes de capacité365
  - Raisons de la mise en place d'un marché de capacité 365
  - Le retour d'expérience américain 366
  - Le cas français 369
  - Les caractéristiques du futur marché de capacité français 369
  - La polémique actuelle 369
  - Références Bibliographiques 371
  - Annexe D : Tensions sur les ressources : L'exemple du véhicule électrique373
  - Les matériaux utilisés dans la batterie Nickel Metal Hydrure 373
  - Les matériaux utilisés dans les batteries au lithium 374
  - Projections de la demande de métaux actifs pour les batteries 377
  - Références Bibliographiques 380
  - Table de matières générale381
Origine de la notice:
- FR-751131015