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RÉSUMÉ
Cet article présente les réseaux électriques intelligents sous l'aspect de la mesure avec les technologies associées. Sont analysés d'une part les producteurs et gestionnaires du réseau et d'autre part le point de vue du consommateur. Le PMU et son rôle dans la surveillance et le contrôle du réseau électrique sont présentés tout comme les aspects normatifs, de qualité de l'énergie électrique, de synchronisation au GPS et de modélisation en temps réel de l'état du réseau. Le problème de la maîtrise de la demande d'énergie est abordé, ainsi que les rôles du compteur communicant, des énergies renouvelables et du véhicule électrique. L'efficacité de l'approche smart grid est discutée sur un fond de modèle économique et de maîtrise de l'empreinte écologique des activités humaines.
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This paper presents the concept of smart electrical grids with an emphasis on measurement: some technological issues are discussed. Two different approaches are analyzed: from the point of view of utilities and from that of the consumer. The first one concerns the phasor measurement unit and its importance for the monitoring and control of wide area networks. Standards, power quality, GPS synchronization and real-time mapping of grid state are described. The second approach addresses energy management. In this case smart metering, renewable energy sources and electric vehicle applications are presented. Finally energy efficiency is assessed through established or planned economic models and the carbon footprint of human activities.
Auteur(s)
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Hervé NDILIMABAKA : Ingénieur de recherche, métrologie électrique basse fréquence - Laboratoire national de métrologie et d'essais (LNE)
INTRODUCTION
Au cours des cent dernières années le réseau électrique a peu évolué. Le schéma de production, transport et distribution de l'énergie électrique est globalement resté le même : centralisé. La multiplication des usages de l'électricité, alliée aux nouvelles considérations environnementales (réduction de l'impact de nos activités) et sociétales (en termes d'ouverture à la concurrence du marché de l'électricité notamment) ont révélé les limites de cette approche. Le système est au bord de la saturation. De profondes mutations sont nécessaires.
Le déploiement des réseaux électriques intelligents (smart grids) offre la possibilité, à partir de technologies de l'information et de nouvelles infrastructures réseau (décentralisées), de contrôler à la fois la production, le transport et la distribution de l'énergie électrique. La surveillance en temps réel de l'état du réseau permet de connaître sa stabilité, la qualité de l'énergie fournie et planifier la gestion de son équilibre.
De nouvelles notions liées à ces nouvelles problématiques apparaissent : la demande d'énergie doit à tout moment correspondre à sa fourniture à partir des sources disponibles. Et le réseau doit être fiable, même en périodes de fortes charges, et rester robuste vis-à-vis de défauts.
Cependant, le succès de cette entreprise est tributaire des moyens de mesure pouvant être mis en œuvre sur le réseau. Cet article présente à la fois ces moyens de mesure (les principes physiques qui leur sont associés sont également décrits) pris individuellement, et les systèmes de surveillance et de contrôle à grande échelle. Le choix d'une technologie particulière doit être dicté par la qualité du résultat envisagé et l'information recherchée.
Enfin, les défis environnementaux posés par la raréfaction des sources d'énergie d'origine fossile et le dérèglement climatique ont généré une variété de défis avec l'intégration des énergies renouvelables dans le bilan énergétique global. Ces différents aspects y sont également évoqués. De la même manière, les perspectives d'une nouvelle économie engendrée par les programmes d'investissements massifs entrepris de par le monde sont explorées.
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MOTS-CLÉS
développement durable Réseaux électriques intelligents Energies renouvelables réseaux électrique Energie électrique Synchrophaseur Surveillance et contrôle du réseau en temps réel Planification du réseau
KEYWORDS
sustainable development | Smart (electrical) grids | Renewable energies | electric networks | electrical energy | Phasor Measurement Unit | Real-time monitoring and control of the grid | Grid planning
DOI (Digital Object Identifier)
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Instrumentation et mesures pour les smart grids
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2. Réseaux électriques intelligents (smart grids)
Le smart grid est une évolution des réseaux d'électricité traditionnels vers une plus grande dépendance à l'égard des technologies de communication, de calcul et de contrôle à distance afin d’exploiter efficacement les EnR. Cela conduit à réduire de manière significative l’impact de notre consommation d’énergie sur l’environnement.
Le smart grid intègre un réseau de capteurs (compteurs intelligents et synchrophaseurs ou PMU (voir section § 2.1.1)) disséminés à la fois sur les réseaux de transport et de distribution. Ces dispositifs renseignent en quasi-temps réel sur l’état du réseau selon le schéma représenté sur la figure 3. De fait, ils permettent d’améliorer la fiabilité des systèmes de fourniture de l’énergie électrique ainsi que la qualité et la sécurité de l’approvisionnement en énergie.
Ce type de réseau permet également aux consommateurs d’avoir une meilleure compréhension et un meilleur contrôle de leur profil de consommation et des coûts de l’énergie.
2.1 Systèmes de surveillance et de contrôle
L’atteinte des objectifs affichés par le smart grid est fortement conditionnée par les systèmes de surveillance et de contrôle implémentés. Ces systèmes consistent, dans la majorité des cas, en des réseaux de PMU judicieusement positionnés (figure 3) sur le réseau électrique, de manière à fournir des informations sur la qualité et la stabilité de ce dernier (voir section 2.1.1).
Cependant, la configuration actuelle des réseaux électriques ne permet pas un déploiement rapide de ces dispositifs pour plusieurs raisons :
-
la nécessité d’accommoder les instruments de mesure actuellement en phase de développement aux services implémentés sur les smart grids. De nouvelles normes sont en cours de rédaction...
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Réseaux électriques intelligents (smart grids)
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Smart Grids and Renewables, A Guide for effective Deployment. - International Renewable Energy Agency, IRENA (2013).
-
(2) - HASSAN ALI (S.M.), ZUBERI (M.J.S.), TARIQ (M.A.), BAKER (D.), MOHIUDDIN (A.) - A study to incorporate renewable energy technologies into the power portfolio of Karachi, Pakistan. - Ren. And Sus. En. Rev. 47, pp. 14-22 (2015).
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(3) - Electricity. - International Energy outlook 2009, Chapter 5, http://www.eia.doe.gov/oiaf/ieo/electricity.html (2009).
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(4) - CAMACHO (F.), SAMAD (T.), GARCIA-SANZ (M.), HISKENS (I.) - Control for Renewable Energy and Smart Grids. - The Impact of Control Technology, 2nd Ed., IEEE Control Systems Society (2011).
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(5) - POHEKAR (S.D.), RAMACHANDRAN (M.) - Application of multi-criteria decision making to sustainable energy planning – A review. - Ren. And Sus. En. Rev. 8, pp. 365-381 (2004).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Alstom, Challenges of electrical grids,
http://www.alstom.com/grid/about-us/understanding-electrical-grids/Challenges-of-electrical-grids/ (page consultée en Avril 2015).
Integrating the 19th and 21th centuries to bring smart electricity to the masses,
https://smartgridtech.wordpress.com/ (page consultée en Avril 2015).
The Climate action and renewable energy package, Europe's climate change opportunity, Available :
http://ec.europa.eu/ environment/climat/climate_action.htm
European Technology Platform SmartGrids Vision and Strategy for Europe’s Electricity Networks of the Future, EUR 22040, Available :
http://ec.europa.eu/research/energy/pdf/smartgrids_en.pdf.
European Commission, 2007. « Stractegic research agenda for Europe’s electricity networks of the future », available from :
http://ec.europa.eu/research/energy/eu/publications/index_en.cfm#results
http://www.smartgrid-metrology.eu/wp3_summary (page consultée en Avril 2015).
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