Réseaux intelligents

La fin progressive des carburants fossiles devra s’accompagner d’une augmentation massive de l’électricité d’origine renouvelable, mais le maillage qui achemine l’énergie des producteurs aux consommateurs n’est pas prêt pour ce bouleversement. Ces réseaux complexes, composés de sites de production, de lignes de transport et d’infrastructures de distribution, ont été construits à une époque où les sources d’énergie centralisées, principalement des centrales au charbon et au gaz, fournissaient un flux d’énergie unidirectionnel vers les différents points de consommation. Cette structure manque de souplesse pour les technologies renouvelables émergentes ou les changements rapides de distribution sur l’ensemble du réseau.

«D’un côté, un réseau est une machine extrêmement complexe qui s’étend sur une très grande échelle», déclare le professeur Phil Taylor, Pro Vice-Chancellor for Research and Enterprise à l’Université de Bristol et directeur du consortium de recherche britannique EPSRC Supergen Energy Networks Hub. «De l’autre, sa structure reste plutôt simple, car, pendant longtemps, il n’y a eu aucun besoin de l’affiner.»

Les financements que les gouvernements allouent aux réseaux ont augmenté en même temps que la complexité de ces infrastructures. On estime que 310 milliards de dollars ont été investis dans les réseaux électriques dans le monde en 2023, soit une augmentation de 5% par rapport à l’année précédente, ce qui fait des réseaux le troisième secteur le plus important pour les investissements dans la transition énergétique mondiale après l’électrification des transports et les énergies renouvelablesBloombergNEF, “Energy transition investment trends 2024”. Les investissements se sont intensifiés en particulier dans les énergies renouvelables et les technologies intelligentes. Les États-Unis sont les premiers investisseurs avec 87 milliards de dollars. Ils concentrent leur action sur l’augmentation de la résilience du réseau face aux menaces environnementales et sur l’amélioration des réseaux de distribution. Vient ensuite la Chine avec plus de 79 milliards de dollars qui ont servi entre autres à financer l’intégration de grands pôles d’énergies renouvelables dans son réseau.

Mais cela ne suffit pas: l’Agence internationale de l’énergie (AIE) estime qu’il faudra doubler d’ici 2030 les investissements du secteur public dans les réseaux pour atteindre zéro émission nette d’ici 2050.

La situation est sans doute plus compliquée dans les pays développés. De fait, leurs réseaux électriques sont plus anciens, car ces pays ont été les premiers à être électrifiés. Ainsi, seuls 23% environ des infrastructures dans les économies avancées ont moins de 10 ans et plus de 50% ont plus de 20 ansIEA, “Electricity grids and secure energy transitions”, 2023. Les besoins en financement y sont par conséquent plus importants pour moderniser cette infrastructure afin qu’elle soit compatible avec les nouvelles ressources énergétiques. Bien que les économies émergentes aient été confrontées à un manque d’investissements, elles pourraient profiter de la présence d’infrastructures de réseau plus récentes qui facilitera l’intégration des projets renouvelables alors qu’il sera plus difficile de faire en sorte que d’anciennes infrastructures soient prêtes pour la transition énergétique.

L’électricité est partout

La transition vers une énergie propre verra une augmentation importante de la demande en électricité, notamment à cause de l’électrification de l’industrie ou des véhicules, et le déploiement généralisé des énergies renouvelables à flux variable telles que l’éolien et le solaire, ce qui sollicite davantage les réseaux électriques. Les installations d’énergie renouvelable impliqueront potentiellement des milliers de petites unités de production réparties sur le réseau plutôt qu’un petit nombre de grandes centrales électriques.

«Nous devons transformer les réseaux pour qu’ils soient beaucoup plus flexibles et dynamiques, et qui permettent à l’électricité d’aller en tous sens», explique Taylor.

Les technologies de réseau intelligent peuvent aider à gérer cette transition tout en réduisant le besoin de recourir à de nouvelles infrastructures de réseau coûteuses. Elles peuvent également contribuer à améliorer la résilience et la fiabilité des réseaux.

«S’il est possible d’adopter une approche plus innovante de l’investissement et de l’exploitation du réseau, alors on peut ajouter de l’intelligence et une surveillance en temps réel et faire en sorte que les algorithmes fonctionnent différemment dans différentes parties du réseau à différents moments. Il est également possible d’adopter de nouvelles technologies, d’intégrer des systèmes disparates et d’optimiser en temps réel», explique Taylor.

Les capteurs modernes, l’automatisation, les prévisions et la distribution bidirectionnelle font partie des technologies d’amélioration du réseau qui optimiseront la fourniture d’électricité et lisseront la variabilité des énergies renouvelables. Les technologies numériques et les logiciels peuvent harmoniser l’offre à la demande d’électricité en temps réel, ce qui permet de minimiser les coûts et de préserver la stabilité et la fiabilité du réseau.

Un réseau intelligent est extrêmement décentralisé, ce qui signifie que les éléments qui génèrent, stockent et fournissent de l’électricité sont répartis géographiquement au lieu d’être concentrés dans quelques grandes centrales électriques. Cela est particulièrement utile pour déployer de l’énergie dans des zones isolées et s’adapter à des sources d’énergie intermittentes telles que l’énergie solaire et éolienne, car le réseau peut passer à d’autres sources lorsqu’une n’est pas disponible ou opter en temps réel pour une source moins chère en fonction de la tarification dynamique.

Les réseaux intelligents peuvent également protéger les sources d’énergie contre les conséquences du changement climatique, car ils offrent la possibilité de passer à d’autres sources si l’une d’entre elles est endommagée ou incapable de fonctionner dans des conditions météorologiques difficiles, mais aussi d’optimiser les sources d’énergie les plus efficaces dans des conditions météorologiques particulières.

«Les configurations de réseau intelligentes offriront très certainement une plus grande résilience face aux épisodes météorologiques extrêmes», explique Taylor. «Elles soutiennent le déploiement des énergies renouvelables et la réduction des émissions de carbone, mais offrent aussi une plus grande résilience.»

Sécurité, réglementation

Bien que les réseaux intelligents offrent des solutions à de nombreux problèmes énergétiques, Phil Taylor remarque que leur dépendance à de grandes quantités de données crée des risques de cybersécurité. Plusieurs cyberattaques de haut niveau visant des infrastructures cruciales ont été signalées ces dernières années. Les problèmes occasionnés vont du vol d’électricité à des pannes de courant prolongées. L’expansion sure des réseaux intelligents nécessitera de nouvelles mesures de détection et de protection, ainsi que l’amélioration de la réglementation en matière de sécurité des données.

Un autre défi, explique M. Taylor, est la nécessité d’une réforme réglementaire pour faciliter les investissements. «Les technologies innovantes de réseau intelligent ont été développées et testées, et nous savons qu’elles fonctionnent», explique-t-il. «Mais nous attendons le bon environnement commercial et réglementaire pour pouvoir les déployer. Actuellement, nous avons beaucoup plus de besoin d’innovations commerciales et réglementaires que d’innovations technologiques.»

La plupart des réseaux sont des systèmes fragmentés dont les éléments – génération, stockage et transmission – sont gérés par des entités distinctes avec différents organismes de réglementation, ce qui constitue un écosystème complexe dans lequel vendre des services. «Construire un projet de batterie qui présenterait des avantages sur l’ensemble de la chaîne de valeur semble une bonne idée, mais qui construit le projet? Qui est propriétaire du stockage? Les risques intrinsèques ne manquent pas», explique Phil Taylor. «Les dispositifs de stockage d’énergie n’ont pas de catégorisation claire et accessible sur le marché de l’énergie, vous n’êtes donc pas sûr de ce que vous pouvez faire. Les règles ne sont pas là pour inciter et faciliter pleinement la participation des gens au marché de la flexibilité.»

Actuellement, les réseaux ne sont pas optimisés pour privilégier les sources d’énergie les plus faibles en carbone. Par exemple, au Royaume-Uni, le raccordement au réseau fonctionne sur le principe du «premier arrivé, premier servi», ce qui signifie que de nombreux programmes de réseau durables ont été mis en attente bien qu’ils soient mieux concrétisables et rentables que ceux qui sont prioritaires. L’Energy Networks Association a proposé un modèle de «premier prêt, premier connecté» qui permettrait d’accélérer la mise en œuvre de nombreux projets d’énergies renouvelables prêts à être connectés. Les développeurs d’énergies renouvelables souhaitent que le gouvernement passe à la vitesse supérieure.

Le professeur Taylor note que les pays dont les systèmes énergétiques sont dominés par l’État pourraient être mieux à même d’adapter leurs réseaux électriques pour s’ouvrir aux énergies renouvelables. La Corée du Sud, Singapour et la Chine ont déjà fait des progrès dans l’intégration des énergies renouvelables, car la supervision de l’État permet un changement plus rapide du système. Ce modèle soutient l’idée que les gouvernements joueront un rôle important dans le processus d’adaptation des réglementations pour faciliter ces changements. «Nous avons besoin de changements réglementaires pour permettre plus de flexibilité», explique le professeur Taylor. «Cela sera essentiel pour inciter les solutions les plus rentables et les moins émettrices de carbone pour l’ensemble du système énergétique.»