ReMaP - Aper?u de l'avenir énergétique en réseau

Qu'est-ce qui sera le plus important à l'avenir : la sphère privée ou l'efficacité des co?ts ? C'est la question qu'a étudiée Gabriela Hug, professeure à l'ETH pour les systèmes d'énergie électrique, dans la perspective de changements à long terme dans l'approvisionnement en énergie. Sa solution montre comment les consommateurs d'électricité pourraient à l'avenir utiliser un stockage local, à la fois pour optimiser la charge du réseau électrique dans son ensemble et pour réduire leurs propres co?ts énergétiques tout en protégeant leur vie privée.

D'une part, l'importance croissante des énergies renouvelables pose de nouveaux défis au réseau électrique. Le réseau doit toujours fournir la quantité d'électricité que les consommateurs achètent effectivement. Avec l'augmentation de la production d'électricité par l'éolien et le solaire - par rapport au mélange actuellement dominant de sources d'énergie fossiles, d'énergie hydraulique et d'énergie nucléaire - la compensation des fluctuations de production devient un défi de plus en plus important.

D'un autre c?té, les développements techniques tels que le stockage par batterie ou les compteurs intelligents (en anglais "smart meters") offrent également aux consommateurs la chance de pouvoir compenser eux-mêmes à l'avenir les fluctuations de la quantité d'électricité disponible. Pour cela, il faut pouvoir accéder, chez soi ou dans son voisinage, à un système de stockage qui permette d'obtenir de l'électricité même lorsque la production est trop faible - par exemple parce qu'il n'y a pas de vent ou que le soleil ne brille pas.

Consommateur flexible et intelligence locale

Dans le réseau de distribution en particulier, qui amène l'électricité aux ménages privés et aux consommateurs, les appareils numériques pourraient contribuer à optimiser la charge du réseau. Les compteurs intelligents numériques mesurent régulièrement la consommation d'électricité à intervalles rapprochés. Ils fournissent ainsi une base de données qui pourrait être utilisée à l'avenir par les consommateurs d'énergie afin d'organiser leur consommation d'électricité de manière plus flexible.

La consommation d'électricité atteint toujours un pic, en particulier le soir, lorsque l'on rentre à la maison, que l'on prépare le repas du soir et que l'on utilise des appareils comme la machine à laver, la télévision ou l'ordinateur. A l'avenir, les besoins en énergie devraient encore augmenter à ce moment précis : lorsque davantage de personnes passeront aux voitures électriques et les rechargeront à la maison. Les appareils numériques permettraient toutefois d'échelonner la consommation d'électricité dans le temps, ce qui permettrait de briser les pics de charge. Si l'on branche la voiture électrique à la station de recharge le soir, la batterie ne se chargerait pas immédiatement, mais plus tard dans la nuit.

Dans la recherche énergétique, on parle de "charge flexible" - ou de "consommateur flexible" - pour désigner les prélèvements d'électricité échelonnés. Gabriela Hug étudie comment utiliser cela avec une "optimisation distribuée" et une "intelligence locale". Dans ce contexte, la décision de savoir quand et comment consommer de l'électricité se fait, du moins en partie, localement, chez le consommateur. "Gr?ce aux nouvelles technologies, les consommateurs peuvent utiliser l'énergie plus efficacement tout en participant à la répartition de la charge", explique Hug. Au final, la consommation globale pourrait ainsi "s'aplatir" et se répartir plus uniformément.

Efficacité des co?ts ou "algorithme de protection" ?

Les prix jouent un r?le décisif, car ils influencent le comportement des consommateurs : A l'avenir, explique Hug, les prix de l'électricité pourraient être plus variables. Aujourd'hui, il n'y a que des tarifs élevés et des tarifs bas. Pour les consommateurs, des tarifs plus variables auraient l'avantage de leur permettre de choisir et de réduire leurs co?ts énergétiques. Celui qui, par exemple, se procurerait de l'électricité à partir d'un réservoir chez lui pourrait utiliser les tarifs de manière optimale. Seulement, les compteurs intelligents qui le permettent comportent aussi des risques.

Enfin, les données des compteurs intelligents ou des mémoires peuvent également révéler le comportement des consommateurs : Outre les profils de consommation d'énergie, il serait possible d'en déduire des modèles de style de vie. Cela comporte des risques pour la sphère privée des consommateurs. Dans le cadre de l'initiative de recherche européenne site externeCHIST-ERA un doctorant de Hug a développé un modèle permettant de protéger la sphère privée des consommateurs tout en mettant en valeur les avantages des compteurs intelligents pour le réseau électrique. La solution proposée par le projet, qui s'est achevé au printemps 2019, repose sur des accumulateurs d'énergie locaux qui stockent le surplus d'électricité.

Le groupe de Hug a développé un "algorithme de protection" qui altère les données de consommation de manière à protéger la consommation d'énergie individuelle d'un consommateur. Dans le modèle théorique, l'accumulateur d'énergie est doté d'un interrupteur. Le consommateur peut le régler lui-même de manière à protéger sa sphère privée - mais il n'a alors pas la liberté tarifaire totale - ou à optimiser ses propres co?ts énergétiques - ses données de consommation sont alors plus ouvertement compréhensibles. Cet exemple montre à quel point la transformation du système énergétique comporte de nombreux niveaux et interdépendances. Hug souhaite maintenant tester de manière aussi réaliste que possible l'efficacité du modèle théorique du guichet dans la pratique. Il en va de même pour le concept d'"intelligence locale".

Une nouvelle plate-forme mise en place à cet effet est "ReMaP" ou "Renewable Management and Real-Time Control Platform". Différents projets et plates-formes de recherche y sont réunis. L'objectif est de mieux comprendre comment les interactions entre les technologies de production, de transformation et de stockage de l'énergie influencent la transformation du système énergétique, et comment ces interactions peuvent être optimisées.

ReMaP - Tester les résultats de la recherche au plus près de la réalité

ReMaP est une plateforme de recherche commune de l'ETH Zurich, de l'Institut Paul Scherrer et de l'Empa. Elle a été créée sous l'égide du Centres de sciences de l'énergie de l'ETH lancé fin 2018 et va maintenant s'étendre progressivement. Afin d'étudier au plus près de la réalité les interactions entre le niveau du quartier, le réseau de distribution, la gestion de l'énergie, les b?timents et la mobilité, ReMaP est relié aux infrastructures de recherche du PSI à Villigen et de l'Empa à Dübendorf. Il s'agit notamment de la plate-forme Energy System Integration site externeESI du PSI ainsi que la plateforme de recherche énergétique "site externeehub", la plateforme de mobilité "site externemove" et le b?timent de recherche et d'innovation "site externeNEST" de l'Empa. ReMaP est soutenu par l'Office fédéral de l'énergie (OFEN) et l'ETH Foundation. La plateforme est également ouverte à d'autres universités, hautes écoles et à l'industrie.

"La mise en réseau des plateformes sert à vérifier les approches innovantes dans un environnement de test proche de la réalité et à soutenir ainsi la mise en ?uvre dans le réseau réel", explique Hug, qui est la chercheuse responsable du projet ReMaP. Le "stockage avec interrupteur" pourrait par exemple être testé dans le NEST et relié aux données sur les fluctuations du réseau provenant de la plateforme ESI.

" ReMaP fait le lien entre la recherche et les applications industrielles, et ce sur le marché de l'énergie si important pour la Suisse ", déclare Detlef Günther, Vice-président pour la recherche et les relations économiques de l'ETH, " je suis d'autant plus heureux que les chercheurs en énergie de l'ETH, du PSI et de l'Empa s'attellent ensemble à cette t?che." Pour Günther, ReMaP montre la force du Domaine des EPF : "Ce n'est qu'en investissant et en déployant des efforts complémentaires que nous pourrons apporter une contribution significative à ce thème extrêmement important."