Comment préparer les réseaux électriques à l’essor des énergies renouvelables locales ?

À l’échelle d’un quartier, ces équipements ouvrent de nouvelles possibilités de partage de l’énergie, mais ils transforment aussi les flux sur les réseaux électriques. Comment anticiper ces changements et adapter le fonctionnement du réseau ?

 

C’est l’un des défis auxquels s’attaque le projet Smart Energy District, qui réunit plusieurs hautes écoles de la HES-SO et des partenaires industriels. À la HEIG-VD, les équipes de recherche développent notamment des outils numériques pour représenter le réseau électrique et des méthodes d’optimisation pour exploiter la flexibilité des grandes pompes à chaleur.

 

 

Lorsque de nombreux bâtiments produisent leur propre électricité, notamment grâce au photovoltaïque, les flux d’énergie deviennent plus variables. À certains moments, la production locale peut dépasser la consommation. À d’autres, la demande augmente fortement, par exemple lorsque les pompes à chaleur et les véhicules électriques fonctionnent simultanément.

 

Ces variations peuvent entraîner des contraintes sur le réseau, notamment des fluctuations de tension ou des pics de puissance. Pour mieux les anticiper, les chercheurs de la HEIG-VD ont développé un jumeau numérique des réseaux électriques basse et moyenne tension alimentant le quartier pilote.

 

Ce modèle numérique représente le fonctionnement du réseau à partir de données issues de différentes sources. Actualisé toutes les 15 minutes, il permet de suivre les flux électriques et de disposer d’une représentation de l’état du réseau, notamment des niveaux de tension et des charges sur ses différentes portions.

 

Le jumeau numérique intègre également le travail de développement d’algorithmes de prévision réalisé par HEPIA, sous la supervision de Mokhtar Bozorg. Ces algorithmes s’appuient notamment sur les données des compteurs intelligents et les prévisions météorologiques pour estimer la production et la consommation électriques, à deux échéances : un jour à l’avance et une heure à l’avance. Les prévisions sont calculées avec une résolution de 15 minutes.

 

L’objectif est de disposer d’une meilleure visibilité sur l’évolution du réseau afin d’anticiper les déséquilibres et de préparer les mesures nécessaires.

 

 

Au-delà de la prévision, une autre piste consiste à agir directement sur le moment où l’électricité est consommée ou stockée. C’est le principe de la flexibilité énergétique : décaler certaines consommations ou mobiliser des capacités de stockage pour mieux faire correspondre production et demande.

 

Deux leviers sont notamment recherchés : maximiser l’autoconsommation locale et réduire les pics de puissance échangés avec le réseau. Le fonctionnement des pompes à chaleur, la recharge des véhicules électriques ou encore le stockage de l’énergie peuvent ainsi être adaptés aux besoins.

 

Dans Smart Energy District, plusieurs approches complémentaires sont développées par les hautes écoles partenaires. La contribution de la HEIG-VD porte notamment sur le pilotage de grandes pompes à chaleur alimentant un réseau de chauffage à distance.

 

 

Au Marly Innovation Center, la HEIG-VD développe une méthode d’optimisation centralisée de grandes pompes à chaleur industrielles qui alimentent le réseau de chauffage à distance.

 

L’idée est d’exploiter l’inertie thermique du réseau de chaleur et ses capacités de stockage pour adapter la puissance électrique absorbée par les pompes à chaleur. En modulant leur fonctionnement, il devient possible de contribuer à la compensation des déséquilibres entre production et consommation d’électricité, tout en tenant compte des besoins thermiques des bâtiments.

 

Les simulations réalisées montrent que plus la flexibilité des pompes à chaleur peut être mobilisée, plus la réduction des déséquilibres du réseau est importante. Le résultat dépend toutefois de la manière dont cette flexibilité est estimée et des contraintes prises en compte.

 

 

Une autre approche repose sur une optimisation décentralisée. Principalement développée par la HES-SO Valais, elle s’appuie sur des systèmes de gestion énergétique (Energy Management Systems) qui coordonnent localement différents équipements : pompes à chaleur, installations photovoltaïques et bornes de recharge pour véhicules électriques.

 

L’objectif est d’adapter leur fonctionnement en fonction des besoins des occupants, de la production disponible et des contraintes du réseau électrique.

 

Cette approche prend également en compte les intérêts des différents prosommateurs, c’est-à-dire des consommateurs qui produisent aussi de l’électricité.

 

La flexibilité énergétique ne repose pas uniquement sur des solutions techniques. Elle suppose aussi de réfléchir à la manière dont les consommateurs sont incités à adapter leurs usages et à partager l’énergie.

 

Dans le cadre du projet, une méthode de calcul de signaux tarifaires tient compte des contraintes du réseau électrique. Ces signaux peuvent inciter les prosommateurs à consommer ou à produire à certains moments, selon l’état du réseau.

 

 

Pour que les communautés énergétiques locales se développent à plus grande échelle, les solutions techniques doivent s’accompagner de modèles économiques adaptés. Comment répartir les coûts et les bénéfices entre les consommateurs, les propriétaires d’installations de production ou de stockage et les gestionnaires de réseau ?

 

Dans le cadre du projet avec HEIA-FR, une interface de visualisation a été développée pour identifier des groupes potentiels de consommateurs et évaluer les bénéfices économiques de différentes configurations de communautés énergétiques.

 

L’enjeu est de concevoir des modèles d’affaires qui tiennent compte des intérêts de toutes les parties prenantes et facilitent leur collaboration. Car la réussite de ces communautés dépend autant de leur faisabilité technique que de leur viabilité économique.

 

 

Smart Energy District rassemble les compétences de plusieurs hautes écoles de la HES-SO autour d’un même objectif : mieux comprendre les interactions entre production locale, consommation et fonctionnement des réseaux électriques.

 

La HEIG-VD contribue notamment au développement du jumeau numérique des réseaux basse et moyenne tension ainsi qu’aux méthodes d’optimisation centralisée des pompes à chaleur raccordées à un réseau de chauffage à distance. Les travaux de prévision présentés dans le projet sont réalisés par HEPIA, tandis que l’approche décentralisée de coordination des équipements est principalement développée par la HES-SO Valais.

 

Cette complémentarité permet d’aborder la transition énergétique à différentes échelles, du réseau électrique aux équipements des bâtiments, en intégrant également les dimensions économiques et organisationnelles.