Smart Grid – Un concept aux multiples challenges

Les technologies liées à l’énergie sont vitales dans nos sociétés modernes. Le réseau électrique, aussi appelée Power Grid, fournit l’électricité aux bâtiments, aux industries, à des transports, etc. Notre mode de vie privée, public ou professionnel est dépendant du bon fonctionnement de ce réseau.

Avec l’émergence des nouvelles technologies de l’information et de communications (NTIC), les appareils sont de plus en plus ouverts au monde interconnecté (Internet des Objets) et offrent des solutions locales toujours plus novatrices et performantes. De plus, le consommateur s’ouvre lui aussi au marché de l’énergie via les énergies  renouvelables locales. Le réseau électrique évolue peu à peu vers un réseau bidirectionnel intelligent : le Smart Grid.

Le département de l’Énergie des États-Unis d’Amérique dresse un profil précis  de ce concept, en accord avec les recherches universitaires, la recherche industrielle et les avancées technologiques :

 Un Smart Grid est un réseau autonome de transport et de distribution de l’énergie, qui dirige et contrôle chaque utilisateur et nœud, assurant un flux bidirectionnel d’énergie et d’informations en tout point (note : utilisateur est utilisé au sens large, c’est-à-dire les appareils, producteurs, consommateurs, distributeurs, etc.).

Son intelligence distribuée, couplée à des automatismes de contrôle, permet de gérer en temps réel la chaîne énergétique. Nous rajouterons, afin de satisfaire les contraintes économiques, que ces processus sont effectués au sein d’une économie de marché, ne favorisant aucun utilisateur du réseau.

La modélisation et la conception de ce système décentralisé, autonome et distribué représente un des plus grand challenge du 21ième siècle. Sa modélisation, que ce soit pour le réseau, le comportement des utilisateurs, ou sa fiabilité et son réalisme, est un enjeu crucial pour préparer le passage vers les technologies futures. En effet, la possibilité de tester dans un réseau quelconque, l’impact structurel, social et économique d’une nouvelle technologie permet de prouver son éligibilité et son efficacité dans divers scénarii, son coût d’investissement étant moindre comparé à des essais réels.

De nombreuses recherches ont déjà été conduites, mais les problèmes de stockage et de coordinations des données ont fortement mis à l’écart l’idée de créer un Smart Grid à l’échelle d’un pays, voire d’un continent. De plus, la plupart des travaux portent sur des technologies spécifiques, des réseaux connus, sans possibilité d’extrapoler vers d’autres critères. Cependant, de nouvelles théories ont émergées, et les techniques d’algorithmique distribuée, de parallélisme et de communication permettent dorénavant d’établir la modélisation d’un Smart Grid générique.

Le Smart Grid peut être divisé en trois grandes thématiques : une infrastructure intelligente, un dispositif de sécurité informatique et structurelle et une gestion intelligente. L’infrastructure intelligente fait référence à une capacité de prise d’information, d’envoi d’information et de communication entre les différents utilisateurs du réseau. Les deux autres thématiques s’appuient sur cette infrastructure. La deuxième thématique regroupe les problèmes de sécurité, de protection du système, de détection d’erreurs et de fiabilité. La gestion intelligente porte aussi bien sur les données (Big Data, Internet des Objets, etc.) que sur leur utilisation au sein du Smart Grid.

Nous présentons une méthode d’analyse des systèmes complexes tels que le Smart Grid. Cette méthode peut s’appliquer à tout type de réseau électrique mais aussi à d’autres domaines tels que la gestion de l’eau, du gaz et du traitement des déchets (Smart Grid au sens large). Nous décrirons ensuite la thématique de la gestion intelligente du Smart Grid, que ce soit pour la consommation, la distribution, la production ou l’évaluation de schémas futurs.

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