Les Smart Grids, clés de la transition énergétique et outils indispensables de la ville de demain

✅ LES SMART GRIDS CLÉS DE LA TRANSITION ÉNERGÉTIQUE ET OUTILS INDISPENSABLES DE LA VILLE DE DEMAIN

Face aux défis écologiques et énergétiques, il est urgent d’intégrer les énergies renouvelables et les nouveaux usages dans notre modèle énergétique. Pionnière dans le domaine, l’ESTP a développé un banc d’essai smart grid sur son campus de Cachan, et accompagne les étudiants, chercheurs et industriels dans la prise en main et l’optimisation de cet instrument clé de la transition énergétique.

La guerre en Ukraine, le prix des matières premières, la volonté de préserver l’environnement et notre souveraineté… tout nous pousse aujourd’hui vers les énergies renouvelables. Mais comment gérer et stocker ces productions d’énergie décentralisées et intermittentes ? Jusqu’ici, l’équation n’a pas trouvé de réponse efficace, freinant le développement des énergies renouvelables. Système de gestion intelligente des différents flux énergétiques, le smart grid répond à cette problématique. Il intègre en effet toutes les étapes d’un système énergétique, de la production à la distribution, en passant par le stockage et la communication. Autrement dit, il offre une gestion optimisée des énergies en intégrant un jeu complexe de contraintes.
 

⬛ Nouveaux usages, nouveaux modèles

Du côté de la production d’énergie, un changement de paradigme est à l’oeuvre. Les centrales thermiques ou nucléaires et les barrages hydroélectriques, qui permettent de piloter
précisément la production, ne sont plus les seules sources d’énergie. Les panneaux photovoltaïques et les éoliennes vont continuer de se déployer sur l’ensemble du territoire et entraîneront une production croissante d’énergies, souvent intermittentes car dépendantes des conditions météorologiques.

Dans ce contexte, définir et réguler la quantité d’énergie produite à un instant donné est un véritable casse-tête. À l’autre extrémité de la chaîne, deux évolutions majeures concernent le consommateur. D’une part, la multiplication des acteurs avec la double casquette consommateur-producteur, liée à la généralisation de la production locale ou individuelle d’énergies renouvelables. Cette nouvelle configuration implique une refondation de l’infrastructure technique, car l’énergie circule de manière plus complexe que lorsqu’elle était unidirectionnelle (des centrales vers les consommateurs). Cette réorganisation affecte aussi considérablement les modèles d’affaires des opérateurs. D’ailleurs, le smart grid intègre la question des prix. Le consommateur-producteur doit, en effet, pouvoir savoir, à un moment donné, s’il vaut mieux vendre, consommer ou stocker son énergie.

D’autre part, l’augmentation du nombre de véhicules électriques ou le développement des pompes à chaleur auront des conséquences importantes. Sans précautions particulières, ces nouveaux besoins, et en particulier la recharge des véhicules électriques, peuvent considérablement augmenter la consommation énergétique instantanée ! Or, les réseaux électriques actuels ont une capacité bien définie. Dans la perspective de la fin des voitures à moteur thermique (interdiction de la vente dans l’Union européenne à partir de 2035), il est nécessaire de trouver des solutions à cette problématique. Mais les véhicules électriques ne sont pas uniquement consommateurs d’énergie, ils constituent aussi une ressource précieuse, grâce aux possibilités de stockage de leurs batteries.

Cet équipement au plus proche de la réalité permet à nos étudiants de se familiariser avec le contexte qu’ils rencontreront dans leur vie professionnelle, d’acquérir une expertise de ces outils. Une opportunité non seulement pour les élèves de Cachan, où se situe le banc d’essai smart grid, mais aussi pour nos étudiants de Dijon, Troyes, Paris, et bientôt Orléans, car le smart grid peut être piloté à distance via Internet. Cet outil pédagogique est aussi mis à disposition des entreprises qui souhaitent former leurs collaborateurs.

Dans le domaine de la recherche, le banc d’essai permet de valider des approches théoriques par des expérimentations pratiques, étape indispensable pour développer des pilotes qui seront installés en situation réelle. L’innovation se traduit ainsi rapidement dans les usages. Enfin, le banc d’essai smart grid est une chance pour les industriels. Ils peuvent profiter d’un équipement coûteux (de l’ordre du million d’euros) pour réaliser des expérimentations dans le cadre de leurs propres recherches. Au-delà du matériel, l’ESTP met à disposition ses compétences, nos équipes d’enseignants chercheurs pouvant accompagner les entreprises dans le développement de leurs innovations.
 

⬛ Une recherche appliquée et concrète, au service de la transition écologique

En somme, le banc d’essai smart grid est à l’image des activités de recherche et d’innovation que nous développons à l’ESTP. À savoir, une recherche appliquée, concrète, menée main dans la main avec les entreprises. Mais aussi une recherche qui se décline sur l’ensemble de la chaîne de valeur, de la formation initiale à l’exploitation finale. Nous sommes convaincus que cette vision, alliée à la technologie des smart grids, peut donner un coup d’accélérateur à la décarbonation de notre société. Le smart grid changera les usages en profondeur et ouvre la voie à de nouvelles innovations. Il s’impose déjà comme l’outil incontournable de l’organisation énergétique de la ville de demain. En multipliant les ressources, il diminue notre vulnérabilité et constitue ainsi un formidable outil de résilience, un atout indéniable au vu des crises actuelles et à venir.
 

⬛ Objectif : optimisation de l'énergie

Tous ces facteurs, et bien d’autres encore, sont compilés et analysés par le smart grid, grâce au développement de modèles prédictifs. À la clef, un système de supervision et d’hypervision qui permet de piloter le réseau électrique (production, stockage, restitution) dans un objectif d’optimisation énergétique. Cette technologie a du sens à l’échelle du quartier ou de l’îlot, de la métropole ou de la communauté de communes, mais aussi à l’échelle régionale, interrégionale ou internationale.

Pour l’heure, une quarantaine de smart grids existent en France. Des villes comme Grenoble ou Issy-les- Moulineaux développent des prototypes. Selon nous, au cours des 2-3 prochaines années, le smart grid se répandra largement et massivement dans les infrastructures en exploitation, en raison notamment de la hausse des véhicules électriques et de la reconnaissance juridique des communautés d’énergie renouvelable.
 

⬛ Pédagogie, recherche et innovation

À l’ESTP, nous disposons d’un banc d’essai smart grid d’une puissance de 100 kW qui reproduit les mêmes contraintes énergétiques qu’un bâtiment urbain de 19 étages. Il intègre
notamment un émulateur de production d’énergie renouvelable photovoltaïque, des batteries de stockage électrique, des bornes de recharge de véhicules électriques et un émulateur de charge représentatif de la consommation réelle d’un îlot urbain.

Autrement dit, il s’agit d’un équipement physique réel (architecture, équipements…), relié au réseau électrique classique, mais affranchi des contraintes liées à l’exploitation, afin de pouvoir expérimenter différents scenarii d’usage. Un dispositif pensé pour répondre à des objectifs pédagogiques, de recherche et d’innovation.

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