Ambassade de France à Washington                                                                                          ...
    	  La	  Smart	  Grid	  en	  Californie	   	  Acteurs	  et	  Enjeux	  Arnaud	  Souillé	  ABSTRACT	  La	  Californie	  e...
 Table	  des	  Matières	  LE	  PAYSAGE	  ELECTRIQUE	  CALIFORNIEN.	                                                       ...
DEVELOPPER	  LES	  INFRASTRUCTURES	  VE	                                                                           46	  UN...
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Remerciements	  Pour	   commencer	   ce	   rapport,	   je	   souhaiterais	   remercier	   tout	   particulièrement	   Thom...
Introduction	  Smart	  Grid	  est	  un	  terme	  peu	  connu	  du	  grand	  public.	  Selon	  une	  étude	  réalisée	  par...
Le	  paysage	  électrique	  californien.	  Etat	  actuel	  du	  réseau	  Un	  réseau	  vieillissant	  A	   l’image	   du	 ...
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Ambitions	  politiques	  et	  challenges	  à	  venir	  en	  Californie.	  Une	  politique	  agressive	  en	  matière	  d’e...
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Intégrer	  les	  véhicules	  électriques.	  Du	  véhicule	  électrique	  (VE)	  ou	  de	  linfrastructure,	  lequel	  devr...
En	  1976,	  faisant	  suite	  à	  l’impossibilité	  de	  construire	  de	  nouvelles	  centrales	  nucléaires,	  le	  gou...
Un	  pic	  de	  consommation	  qui	  coûte	  cher	  Parce	  qu’il	  faut	  construire	  des	  centrales	  d’appoint	  onér...
La	  Smart	  Grid,	  une	  réponse	  technologique	  à	  ces	  défis.	  Améliorer	  et	  optimiser	  le	  réseau	  électri...
Améliorer	  le	  réseau	  de	  transmission.	  Situation	  actuelle	  Lors	   du	   Berkeley	   Energy	   Symposium	   en	...
Un	   rapport	   publié	   en	   août	   de	   l’année	   dernière,	   écrit	   par	   les	   régulateurs	   californiens	...
Ce	   dernier	   décrit	   dans	   un	   récent	   rapport	   un	   système	   à	   base	   de	   tels	   câbles	   permet...
milliards	   dans	   les	   40	   prochaines	   années,	   selon	   les	   prévisions.	   Depuis	   son	   lancement	   13...
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La Californie est engagée dans la lutte contre le changement climatique, et cela passe par la modernisation de son infrastructure électrique. L’intégration de sources d’énergies renouvelables et le déploiement de véhicules électriques vont amener leur lot de perturbations sur un réseau vieillissant et en mauvais état. Mais c’est aussi pour cet état qui reste un champion de l’efficacité énergétique une formidable opportunité de remettre les compteurs à zéro en installant une infrastructure capable de flexibilité dans la gestion de toutes ces ressources variables. Pour beaucoup d’entreprises et de startups c’est aussi une occasion unique de se positionner sur un marché gigantesque. On s’est donc dans ce rapport attaché à comprendre les particularismes régionaux du déploiement du réseau dit intelligent mais que tout le monde désigne ici par « Smart Grid ». Rapport de l\'Ambassade de France à Washington, Consulat de San Francisco. Novembre 2011. Arnaud SOUILLE.
 
 

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  1. 1. Ambassade de France à Washington Mission pour la Science et la Technologie   4101 Reservoir Road, NW - Washington, DC 20007 Tél. : +1 202 944 6249 Fax : +1 202 944 6219 Mail : publications.mst@ambafrance-us.org URL : http://www.ambafrance-us.org  Domaine   Réseau  de  distribution  d’électricité  intelligent  Document   Rapport  d’Ambassade  /  Consulat  Général  de   France  à  San  Francisco,  California  Titre     La  Smart  Grid  en  Californie  :  acteurs   et  enjeux  Auteur(s)   Arnaud  SOUILLE  Date   Novembre  2010  ContactSST   science@consulfrance-­‐sanfrancisco.org  Numéro        Mots-­‐clefs   Energie.  Energie  renouvelable.  Réseau.  Réseau  intelligent.  Smart  grid.  Véhicule  électrique.  Électricité.   Consommation.  Transmission.  Distribution.  Communication.  Infrastructure.  Stockage  énergétique.   Régulation.  Batterie.  Effacement  énergétique.  Microgrid.  Cyber  sécurité.    Résumé   La  Californie  est  engagée  dans  la  lutte  contre  le  changement  climatique,  et  cela  passe  par  la   modernisation  de  son  infrastructure  électrique.   L’intégration  de  sources  d’énergies  renouvelables  et  le  déploiement  de  véhicules  électriques  vont   amener  leur  lot  de  perturbations  sur  un  réseau  vieillissant  et  en  mauvais  état.  Mais  c’est  aussi  pour   cet  état  qui  reste  un  champion  de  l’efficacité  énergétique  une  formidable  opportunité  de  remettre  les   compteurs  à  zéro  en  installant  une  infrastructure  capable  de  flexibilité  dans  la  gestion  de  toutes  ces   ressources  variables.   Pour  beaucoup  d’entreprises  et  de  startups  c’est  aussi  une  occasion  unique  de  se  positionner  sur  un   marché  gigantesque.     On  s’est  donc  dans  ce  rapport  attaché  à  comprendre  les  particularismes  régionaux  du  déploiement  du   réseau  dit  intelligent  mais  que  tout  le  monde  désigne  ici  par  «  Smart  Grid  ».    NB  :     Retrouvez  toutes  nos  publications  sur  bulletins-­‐electroniques.com   L’accès  est  libre  et  gratuit  :    http://www.bulletins-­‐electroniques.com  
  2. 2.    La  Smart  Grid  en  Californie    Acteurs  et  Enjeux  Arnaud  Souillé  ABSTRACT  La  Californie  est  engagée  dans  la  lutte  contre  le  changement  climatique,  et  cela  passe  par  la  modernisation  de  son  infrastructure  électrique.  L’intégration  de  sources  d’énergies  renouvelables  et  le  déploiement  de  véhicules  électriques  vont  amener  leur  lot  de  perturbations  sur  un  réseau  vieillissant  et  en  mauvais  état.  Mais  c’est  aussi  pour  cet  état  qui  reste  un  champion  de  l’efficacité  énergétique  une  formidable  opportunité  de  remettre  les  compteurs  à  zéro  en  installant  une  infrastructure  capable  de  flexibilité  dans  la  gestion  de  toutes  ces  ressources  variables.  Pour  beaucoup  d’entreprises  et  de  startups  c’est  aussi  une  occasion  unique  de  se  positionner  sur  un  marché  gigantesque.    On  s’est  donc  dans  ce  rapport  attaché  à  comprendre  les  particularismes  régionaux  du  déploiement  du  réseau  dit  intelligent  mais  que  tout  le  monde  désigne  ici  par  «  Smart  Grid  ».   2   LA  SMART  GRID  EN  CALIFORNIE    
  3. 3.  Table  des  Matières  LE  PAYSAGE  ELECTRIQUE  CALIFORNIEN.   8  ETAT  ACTUEL  DU  RESEAU   8  UN  RESEAU  VIEILLISSANT   8  UNE  CONSOMMATION  D’ELECTRICITE  EN  AUGMENTATION   8  UNE  PRODUCTION  ET  UNE  DISTRIBUTION  MULTIPLE   8  REPARTITION  DE  LA  CONSOMMATION   10  LES  ORGANISMES  DE  REGULATION   10  LA  CALIFORNIA  ENERGY  COMMISSION  (CEC)   11  LA  CALIFORNIAN  PUBLIC  UTILITY  COMMISSION  (CPUC)   11  LE  CALIFORNIA  INDEPENDANT  SECURITY  OPERATOR  (CISO).   11  LA  REGULATION  ET  LA  TARIFICATION  EN  PLACE   11  LE  DECOUPLING   11  UNE  TARIFICATION  REPARTIE  EN  TRANCHES  DE  CONSOMMATION   12  AMBITIONS  POLITIQUES  ET  CHALLENGES  A  VENIR  EN  CALIFORNIE.   13  UNE  POLITIQUE  AGRESSIVE  EN  MATIERE  D’ENVIRONNEMENT.   13  LE  NET-­‐ENERGY  METERING  (NEM)  COMME  INCITATION  SUPPLEMENTAIRE   14  INTEGRATION  DES  ENERGIES  RENOUVELABLES   15  D’UNE  PRODUCTION  CENTRALISEE  VERS  UNE  PRODUCTION  REPARTIE  SUR  L’ENSEMBLE  DU  TERRITOIRE.   15  LES  ENERGIES  RENOUVELABLES  :  UNE  SOURCE  ENERGETIQUE  INSTABLE.   15  INTEGRER  LES  VEHICULES  ELECTRIQUES.   16  REDUIRE  OU  MAINTENIR  LA  CONSOMMATION  ELECTRIQUE   16  GERER  LES  PICS  DE  CONSOMMATION   17  UN  PIC  DE  CONSOMMATION  ENTRE  14H  ET  18H   17  UN  PIC  DE  CONSOMMATION  QUI  COUTE  CHER   18  LA  SMART  GRID,  UNE  REPONSE  TECHNOLOGIQUE  A  CES  DEFIS.   19  AMELIORER  ET  OPTIMISER  LE  RESEAU  ELECTRIQUE   19  STRUCTURE  DU  RESEAU  ELECTRIQUE   19  AMELIORER  LE  RESEAU  DE  TRANSMISSION.   20  AMELIORER  LE  RESEAU  DE  DISTRIBUTION   23  UN  RESEAU  DE  COMMUNICATION  APPOSE  AU  RESEAU  ENERGETIQUE   25  UNE  SEGMENTATION  DU  RESEAU  DE  COMMUNICATION  CALQUE  SUR  L’INFRASTRUCTURE  ELECTRIQUE.   25  L’INFRASTRUCTURE  AMI  /FAN   27  LE  WAN   34  LE  HAN   36  AJOUTER  UNE  INFRASTRUCTURE  DE  STOCKAGE.   41  DES  SOLUTIONS  TECHNOLOGIQUES  ENCORE  A  L’ETAT  DE  RECHERCHE.   41  LES  BENEFICES  DU  STOCKAGE  POUR  LES  RESEAUX  INTELLIGENTS.   44  LES  INSTANCES  DE  REGULATION  EN  FAVEUR  DU  STOCKAGE  ENERGETIQUE  EN  CALIFORNIE   45  LA  SMART  GRID  EN  CALIFORNIE   3    
  4. 4. DEVELOPPER  LES  INFRASTRUCTURES  VE   46  UNE  MISE  A  JOUR  DU  RESEAU  NECESSAIRE  POUR  SUPPORTER  UNE  SURCONSOMMATION.   46  DEUX  MODELES  EN  COMPETITION  POUR  LA  RECHARGE  DES  BATTERIES   47  VERS  DE  NOUVEAUX  MODELES  ECONOMIQUES   49  UNE  TARIFICATION  EN  TEMPS  REEL  OU  DU  MOINS  VARIABLE  EN  FONCTION  DU  TEMPS.   49  EFFACEMENT  ENERGETIQUE  (D.R)   51  LE  MODELE   51  LES  AGREGATEURS  DOMINANT  LE  MARCHE  EN  CALIFORNIE   53  FEED  IN  TARIFF   53  MICROGRID   54  VEHICLE  TO  GRID   57  REGULATIONS  ET  STANDARDS   58  IMPORTANCE  DE  LA  REGULATION  ET  INCIDENCE  SUR  LE  MARCHE.   58  RESEAUX  OUVERT  OU  FERME  ?   59  UN  ARBITRAGE,  AU  NIVEAU  FEDERAL.   60  VERS  UNE  INTEROPERABILITE  ET  UNE  MISE  EN  PLACE  DE  STANDARDS   61  UNE  CYBER-­‐SECURITE  POUR  LE  RESEAU  ELECTRIQUE.   62  UN  MARCHE  POTENTIEL  ENORME  POUR  LA  CALIFORNIE  A  SAISIR.   64  UN  INVESTISSEMENT  MASSIF  DES  OPERATEURS  ELECTRIQUES.   64  UN  NOUVEAU  MARCHE  POUR  LINDUSTRIE  INFORMATIQUE.   64  EDUQUER  LE  CONSOMMATEUR   67  SMART  GRID,  UN  CONCEPT  INCONNU  DU  GRAND  PUBLIC   67  LE  DEPLOIEMENT  DU  RESEAU  VERSUS  LE  COMPORTEMENT  DES  CONSOMMATEURS.   67  DE  NOMBREUX  PROGRAMMES  DE  RECHERCHE  SUR  LE  SUJET.   69  LE  RESEAU  INTELLIGENT,  ATTRACTIF  POUR  LES  INVESTISSEMENTS  AUX  ETATS-­‐UNIS.   70  LA  SILICON  VALLEY  :  UN  ECOSYSTEME  FAVORABLE  POUR  INVESTIR  DANS  LA  SMART  GRID   72  CONCLUSION   74     4   LA  SMART  GRID  EN  CALIFORNIE    
  5. 5. Liste  de  Figures  Figure  1:  Evolution  de  la  consommation  délectricité  en  Californie  (Source  :  California  Energy  Commission  -­‐  2007) ............................................................................................................................... 8  Figure  2  :  Provenance  de  lénergie  consommée  en  Californie  (source  :  California  Energy  Commission)............................................................................................................................................................... 9  Figure  3  :  Production  des  énergies  renouvelables  en  Californie  (source  :  California  Energy  Commission) .......................................................................................................................................... 9  Figure  4  :  Répartition  de  la  consommation  électrique  par  secteur  (source  :CEC)............................... 10  Figure  5:  Modèle  de  tarification  en  tranche  utilisé  en  Californie  (Source  :  Southern  California  Edison)............................................................................................................................................................. 12  Figure  6:  Production  du  solaire  versus  le  pic  de  consommation  (source  :  Green  Manufacturer-­‐  ) ..... 15  Figure  7  :  Stabilisation  de  la  consommation  électrique  par  tête  en  Californie  (source  CEC) .............. 16  Figure  8:  Répartition  de  la  consommation  électrique  au  cours  de  la  journée  par  secteur  économique  (source  :  LBNL)..................................................................................................................................... 17  Figure  9:  Mix  énergétique  quotidien ................................................................................................... 18  Figure  10  Schéma  du  réseau  électrique  (Source  :  J.  J  Messerly,  from  Wikipedia  -­‐  Electrical  Grid) ..... 19  Figure  11:  Carte  des  lignes  de  transmission  existantes  en  Californie  (Source  CEC) ............................ 20  Figure  12  Schéma  dun  SCADA  (Source  Wikipedia  :  SCADA) ............................................................... 24  Figure  13:  Exemple  de  réseau  de  communication  entre  les  sous  stations  (Source  :  Cisco) ................ 25  Figure  14:  les  réseaux  de  communication  et  leurs  applications  (GTM  Research) ............................... 26  Figure  15:  Architecture  du  réseau  de  communication  apposé  sur  le  réseau  électrique  (GTM  Research) ............................................................................................................................................. 27  Figure  16  :  Compteurs  intelligents  utilisés  par  PG&E  (PG&E).............................................................. 29  Figure  17:  Technologies  de  communication  disponibles  pour  le  WAN/FAN  (GTM  Research) ............ 30  Figure  18:  comparaison  entre  le  BPL  et  le  4G/WiMAX  (Source  :  Spectrum  IEEE)................................ 36  Figure  19  :  HAN  composé  de  la  technologie  Zigbee  et  CPL  (Source  :  Renesas) ................................... 38  Figure  20  :  Liste  des  projets  de  stockage  électrique  en  Californie ...................................................... 43  Figure  21:  Domaines  potentiel  définis  par  le  NIST,  pour  la  création  de  standards(Source  :  NIST)...... 61  Figure  22:  La  consommation  énergétique  par  appareil  dans  une  maison  (Source  :  kilowatt-­‐house.com) .......................................................................................................................................... 66  Figure  23:  Comparaison  des  transactions  liées  au  secteur  Smart  Grid  entre  Q1  et  Q2  2010  (Source  Mercom  Capital  Group) ....................................................................................................................... 70  Figure  24:  Détail  du  capital  risque  au  second  trimestre  2010  pour  le  secteur  Smart  Grid  (Source  Mercom  Capital  Group) ....................................................................................................................... 72  Figure  25:  les  principaux  acteurs  du  secteur  Smart  Grid  par  segment  de  marché  (Source  GTM  Research) ............................................................................................................................................. 73  LA  SMART  GRID  EN  CALIFORNIE   5    
  6. 6. Remerciements  Pour   commencer   ce   rapport,   je   souhaiterais   remercier   tout   particulièrement   Thomas   Deschamps,  attaché   scientifique   au   consulat   de   San   Francisco.  Son   aide   précieuse   pour   la   prise   de   contacts,   la  recherche  d’information  et  le  travail  complémentaire  effectué  sur  ce  document  ont  rendu  possible  l’écriture   de   ce   rapport.  Je   tiens   également   à   lui   témoigner   toute   ma   reconnaissance   pour  l’expérience   enrichissante   qu’il   ma   permis   de   vivre   depuis   son   arrivée   dans   léquipe   et   pour   mon  initiation  aux  problématiques  actuelles  du  réseau  intelligent.  Je   souhaiterais   également   remercier   l’ensemble   du   personnel   du   consulat   pour   leur   générosité   et  leur   gentillesse,   et   plus   particulièrement   mes   collègues   de   la   mission   scientifique:   Raegen   Salais,  Véronique  Mini,  Myriam  Laïc  et  Marion  Franc,  pour  leur  soutien  quotidien  durant  ma  mission.  Un  grand  merci  enfin  a  Yvan  Castilloux,  Antoines  Aslanides,  Christian  Keller  et  Grégory  Vincent,  pour  leur  aide  et  leurs  conseils  durant  nos  différentes  entrevues.     6   LA  SMART  GRID  EN  CALIFORNIE    
  7. 7. Introduction  Smart  Grid  est  un  terme  peu  connu  du  grand  public.  Selon  une  étude  réalisée  par  Harris  Interactive1,  68%   de   la   population   américaine   n’en   a   jamais   entendu   parler   et   63%   ne   saurait   décrire   un  compteur   intelligent.   Littéralement   Smart   Grid   signifie   réseau   intelligent,   c’est   à   dire   un   réseau  capable  de  communiquer,  d’observer  et  de  prendre  des  décisions  en  conséquence.  La  réalité  est  que  le   terme   Smart   Grid   a   dépassé   l’aspect   technologique   pour   devenir   un   concept   à   part   entière  incluant,   en   plus   de   la   composante   technologique,   une   composante   économique   et   sociale.   L’an  dernier,   le   président   Américain   avait   annoncé   un   financement   de   $3.4   milliards   dédié   au   réseau  intelligent.   Il   avait   alors   comparé   cette   initiative   aux   grands   travaux   lancés   par   Eisenhower   pour  construire   des   autoroutes   entre   les   états  :   de   même   qu’Eisenhower   avait   voulu   moderniser   le  transport   routier   pour   relancer   l’économie   et   l’emploi,   Obama   veut   aujourd’hui   moderniser   le  transport   de   l’énergie   avec   pour   ambition   de   porter   les   Etats-­‐Unis   au   rang   de   leader   mondial   de  cette  industrie  et  relancer  ainsi  une  partie  de  l’économie.    Et   la   Californie   dans   tout   cela?   La   Californie   reconnue   à   elle   seule   comme   la   8ème   puissance  mondiale,  terre  d’innovations,  ayant  connu  tour  à  tour  plusieurs  révolutions  industrielles  (or,  argent,  pétrole,   internet),   est   aujourd’hui   fragilisée.   Surendettée,   elle   fait   face   actuellement   à   un   taux   de  chômage   de   12.4%   un   des   plus   élevés   de   son   histoire2.   Elle   a   connu   ces   dernières   années   de  nombreux   problèmes   énergétiques  :   En   2001,   une   énorme   coupure   de   courant   avait   paralysé  pendant   plusieurs   jours   l’économie   provoquant   dans   le   même   temps   la   faillite   de   son   plus   grand  opérateur   électrique,   PG&E.   Plus   qu’une   remise   à   jour   de   son   réseau,   la   Californie   voit   dans   le  réseau  intelligent  une  opportunité  pour  entrer  dans  une  nouvelle  révolution  industrielle.  «  Go  Green  for  Green  »tel  pourrait  être  son  leitmotiv  à  l’heure  actuelle.                                                                                                                          1  Engaging  your  Consumers  for  Smart  Grid  Success  -­‐    Electric  Energy  Online  Magazine,  September  2010  2  Evolution  du  taux  de  chômage  Californien  sur  Google  Public  data  explorer  http://bit.ly/aOQ1Vg  LA  SMART  GRID  EN  CALIFORNIE   7    
  8. 8. Le  paysage  électrique  californien.  Etat  actuel  du  réseau  Un  réseau  vieillissant  A   l’image   du   réseau   électrique   américain,   le   réseau   californien   est   vieillissant,   intégrant   des  technologies  et  des  appareils  âgés,  parfois  de  plus  de  50  ans.  Les  disfonctionnements  ont  coûté  et  coûtent   encore   énormément   d’argent(entre   $11   milliards   et   18   milliards3)   à   un   état   qui   est  aujourd’hui  surendetté4.  En  2001  la  crise  énergétique,  surnommée  également  la  Western  U.S  Energy  crisis,  représenta  une  perte  de  plus  de  40  milliards  de  dollars  pour  la  Californie.  Une  consommation  d’électricité  en  augmentation  Alors  que  la  population  augmente  en  Californie  la  consommation  en  électricité  suit  cette  tendance  (Figure   1).   Et   selon   la   California   Energy   Commission   (CEC),   ce   phénomène   ne   devrait   pas   s’estomper  dans  les  prochaines  années.  La  Californie  doit  donc  construire  chaque  année  de  nouvelles  centrales  pour  assurer  la  production  d’électricité  ou  importer  plus  d’énergie.     Figure  1:  Evolution  de  la  consommation  délectricité  en  Californie  (Source  :  California  Energy  Commission  -­‐  2007)  Une  production  et  une  distribution  multiple  En   2008,   la  Californie   produisait  73,2%  de  son  électricité  alors  qu’elle  en  importait  27,8%  (Figure  2).  La   Californie   est   donc   dépendante   de   ses   voisins   pour   assurer   son   ravitaillement   énergétique.   Parmi  les   sources   utilisées   pour   produire   l’électricité   en   2008,   le   gaz   naturel   était   le   plus   utilisé   et  représentait   à   lui   seul   46.5%.   Venaient   ensuite  le   charbon   (15.5%)   et   le   nucléaire   (14.9%).   Les                                                                                                                        3  The  cost  of  power  disturbances  to  industrial  and  digital  economy  companies  –  EPRI  http://bit.ly/crz8G7  4  Has  the  golden  state  gone  bust  ?  San  Francisco  Gate,  February  22  2010   8   LA  SMART  GRID  EN  CALIFORNIE    
  9. 9. énergies   renouvelables   représentaient   13.5%   et   se   positionnaient   juste   devant   l’hydraulique   avec  9.6%.       Figure  2  :  Provenance  de  lénergie  consommée  en  Californie  (source  :  California  Energy  Commission)  Parmi   les   énergies   renouvelables,   l’éolien   et   la   géothermie   sont   les   deux   sources   les   plus   utilisées.   A  elles   deux   elles   représentent   plus   de   la   moitié   de   la   production   des   renouvelables.   Alors   que  l’hydraulique,  la  biomasse,  les  biogaz  et  la  géothermie  assurent  une  production  stable  au  cours  de  la  journée,  le  solaire  et  l’éolien  sont  plus  efficaces  respectivement  en  milieu  de  journée  ou  pendant  la  nuit.  La  production  totale  devient  donc  dépendante  de  l’heure  de  la  journée  (Figure  3).       Figure  3  :  Production  des  énergies  renouvelables  en  Californie  (source  :  California  Energy  Commission)  Une   vingtaine   d’opérateurs   électriques   coexistent   sur   le   territoire.   Certains   comme   Sacramento  Municipal   Utility   District   (SMUD)   sont   publics,   les   autres   dont   les   3   plus   grands   Pacific   Gas   &   Electric  (PG&E),  San  Diego  Gas  &  Electric  (SD&E)  et  Southern  California  Edison  (SCE)  sont  privés.  Cependant  LA  SMART  GRID  EN  CALIFORNIE   9    
  10. 10. ces   derniers   sont   responsables   de   plus   des   ¾de   la   distribution.   Le   nombre   d’opérateurs   n’est   pas  fixe,   et   s’ils   se   partagent   géographiquement   le   territoire,   il   peut   arriver   qu’un   comté   ou   une  municipalité  décide  de  prendre  son  indépendance  et  de  créer  son  propre  service  d’électricité.  Ce  fut  le  cas  en  début  d’année  lorsque  le  comté  de  Marin  créa  le  Marin  Energy  Authority5,  prenant  alors  son  indépendance  vis-­‐à-­‐vis  de  PG&E,  le  plus  grand  opérateur  de  Californie.    Parmi  les  autres  opérateurs  il  est  bon  de  citer  :  Alameda  Municipal  Power,  Azusa  Light  &  Water,  City  of   Palo   Alto   Utilities,   Glendale   Public   Service   Department,   Gridley   Municipal   Utilities,   Healdsburg  Municipal   Electric   Department,   Los   Angeles   Department   of   Water   and   Power,   Pacific   Power,  Riverside  Public  Utilities  ,  Santa  Clara  Electric  Department  (a.k.a.  Silicon  Valley  Energy),  Sierra-­‐Pacific  Power,   Southern   California   Public   Power   Authority,   Pasadena   Water   &   Power,   Burbank   Water   &  Power,  Anaheim  Public  utilities.6  Répartition  de  la  consommation  L’électricité   en   Californie   est   consommée   pour   la   plus   grande   partie   par   les   habitations   et   les  bâtiments  commerciaux.  Comme  on  peut  le  voir  sur  la  courbe  ci-­‐dessous  (Figure  4)  l’agriculture  et  l’industrie  ne  représentent  qu’un  faible  pourcentage  de  l’énergie  utilisée  et  ont  peu  d’impact  sur  la  hausse  de  consommation  observée  depuis  plusieurs  décennies.       Figure  4  :  Répartition  de  la  consommation  électrique  par  secteur  (source  :CEC)  Les  organismes  de  régulation  Pour   réguler   le   marché   de   l’électricité   et   assurer   une   bonne   entente   entre   les   opérateurs,   les  consommateurs   et   les   tiers   acteurs   des   organismes   de   régulation   ont   été   mis   en   place   au   niveau                                                                                                                        5  Marin  County  Goes  Renewable  By  Establishing  Its  Own  Energy  Authority,  Planet  Green  Blog  6  La  liste  complète  sur  Wikipedia  :  http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_United_States_electric_companies   10   LA  SMART  GRID  EN  CALIFORNIE    
  11. 11. californien.   A   noter   également   l’existence   de   la   Federal   Energy   Regulation   Commission   (FERC)   qui  dicte  la  politique  et  la  régulation  énergétique  à  l’échelle  fédérale.  La  California  Energy  Commission  (CEC)  La   CEC   a   pour   responsabilité   de   prévoir   les   besoins   futurs   en   énergie,   de   promouvoir   l’efficacité  énergétique  à  travers  la  mise  en  place  de  standards  pour  les  appareils  électriques  ainsi  que  pour  le  bâtiment,  et  de  supporter  les  technologies  impliquées  dans  les  énergies  renouvelables.  Sa  mission  se  traduit   notamment   par   l’entretien   de   l’historique   des   données   énergétiques,   le   financement   de  projets  de  recherche  et  la  certification  des  sources  d’énergies  dites  renouvelables.    La  Californian  Public  Utility  Commission  (CPUC)  Le   CPUC   joue   le   rôle   d’arbitre   entre   les   opérateurs   privés   et   les   consommateurs   (les   opérateurs  publics  dépendent  des  municipalités).  Le  CPUC  s’assure  auprès  des  consommateurs  que  le  degré  de  service  offert  par  les  opérateurs  satisfait  suffisamment  les  requis  imposés  par  la  régulation  de  l’état.  Il   est,   entre   autres,   responsable   de   fixer   en   accord   avec   les   opérateurs   et   les   consommateurs   le   prix  de  l’électricité  en  fonction  des  zones  géographiques  et  économiques.  Il  est  également  responsable  de   la   mise   en   application   du   modèle   de   «  decoupling»   utilisé   en   Californie.   Du   point   de   vue   des  opérateurs,   le   CPUC   veille   au   bon   accomplissement   des   objectifs   imposés   par   le   gouvernement  comme   par   exemple   l’obligation   de   produire   20%   de   son   électricité   en   provenance   des   énergies  renouvelables.    Le  California  Independant  Security  Operator  (CISO).  Le   California   ISO   est   l’organisme   en   charge   d’assurer   la   fiabilité   et   l’efficacité   du   réseau.   Il   régule  l’accès  au  réseau  de  transmission  et  promeut  le  développement  de  l’infrastructure  de  transmission.  Par  ailleurs  il  fournit  régulièrement  de  l’information  sur  l’état  du  réseau,  sur  la  consommation  et  la  production  d’électricité.  La  régulation  et  la  tarification  en  place  Le  decoupling  Suite  à  la  crise  énergétique  de  2001,  le  gouvernement  en  place  a  opté  pour  une  régulation  renforcée  de  la  filiale  énergétique.  Le  modèle  alors  choisi  par  l’état  Californien  a  été  le  «  decoupling  »,  encore  aujourd’hui   en   place.   Ce   terme   désigne   le   modèle   selon   lequel   les   profits   réalisés   par   les   opérateurs  sont  dissociés  de  leur  vente  de  l’électricité.  En  conséquence  une  plus  grande  quantité  d’électricité  vendue   ne   rapporte   pas   plus   d’argent.   Le   but   est   d’inciter   les   opérateurs   à   réaliser   une   meilleure  efficacité   énergétique   étant   donné   qu’une   baisse   de   la   quantité   d’électricité   vendue   n’implique  aucune   réduction   des   bénéfices.   Il   permet   également   de   limiter   les   spéculations,   en   partie  responsables  de  la  crise  de  2001.  Ce  schéma  s’oppose  à  celui  choisi  par  le  Texas  qui  a  opté  pour  une  plus   grande   dérégulation   du   marché   énergétique.   En   cas   de   réussite   des   objectifs   imposés   par   le  CPUC  en   termes   de   sauvegarde  d’énergie,  les  opérateurs  reçoivent  des  récompenses  sous  forme  de  nouveaux   fonds.   Cependant,   en   cas   de   non   respect   des   objectifs   et   de   résultats   très   éloignés   des  LA  SMART  GRID  EN  CALIFORNIE   11    
  12. 12. attentes,  les  opérateurs  peuvent  recevoir  des  pénalités  jusqu’à  un  montant  de  $25  millions.  Dans  les  faits  ceci  ne  s’est  jamais  produit.  Une  tarification  répartie  en  tranches  de  consommation  Du  point  de  vue  du  consommateur,  la  tarification  appliquée  dépend  de  sa  consommation  totale.  En  effet,   de   façon   à   pénaliser   les   gros   consommateurs,   un   système   de   tranches   de   tarif   a   été   mis   en  place7.   Comme   le   montre   le   schéma   ci-­‐dessous   (Figure   5),   la   première   tranche   (Tier)   est   censée  représenter   la   consommation   basique   comme   l’éclairage,   le   chauffage,   et   les   usages   quotidiens  (réfrigérateurs,   cuisine,   …).   Lorsque   la   consommation   dépasse   celle   attribuée   à   la   première   tranche,  la   quantité   supplémentaire   sera   facturée   au   taux   donné   par   la   seconde,   et   ainsi   de   suite   pour   les  tranches   restantes.   Ce   modèle   incite   lui   aussi   à   une   meilleure   efficacité   énergétique   et   à   une  réduction  de  la  consommation8.       Figure  5:  Modèle  de  tarification  en  tranche  utilisé  en  Californie  (Source  :  Southern  California  Edison)                                                                                                                          7  Tranches  de  prix  pour  PG&E,  SCE  et  SDG&E  en  juillet  2010  :  http://bit.ly/bO5unV  8  Getting  consumers  to  rethink  cost  of  solar:  it’s  the  electricity,  The  Solar  Home  &  Business  Journal,  November  9  2010   12   LA  SMART  GRID  EN  CALIFORNIE    
  13. 13. Ambitions  politiques  et  challenges  à  venir  en  Californie.  Une  politique  agressive  en  matière  d’environnement.  L’Etat   de   Californie   mène   une   politique   agressive   en   matière   d’environnement   en   comparaison   de   la  majorité   des   autres   états   américains   et   est   devenu,   de   fait,   l’un   des   meneurs   dans   ce   domaine   aux   USA.  En   2006   le   gouvernement   californien   a   voté   l’   Assembly   Bill   329   (AB32),   ordonnant   la   mise   en   place   d’un  programme   de   plusieurs   années   pour   réduire   les   émissions   de   gaz   à   effets   de   serre.   L’objectif   fixé   est   le  retour  du  niveau  des  émissions  en  2020  à  celui  de  1990.    Comme  pour  prouver  son  ambition,  le  gouvernement  californien  accéléra  en  2006  la  mise  en  place  de  la  Senate  Bill  1078,  établie  en  2002  et  donnant  naissance  au  Renewables  Portfolio  Standard  (RPS).  Le  RPS  est   l’un   des   plus   ambitieux   standards   du   pays   et   prévoit   qu’une   part   de   20%   de   son   électricité   soit  produite  à  partir  d’énergie  renouvelable  en  2010.  Ce  taux  devrait  passer  à  33%  en  2020,  bien  que  cette  initiative  soit  confrontée  à  une  forte  opposition10,11.  Dans  les  énergies  renouvelables,  il  faut  entendre  ici  le   solaire,   l’éolien,   la   géothermie,   la   biomasse   et   les   barrages   hydrauliques   de   petite   taille  principalement.  Le  nucléaire  et  les  barrages  hydrauliques  de  grande  capacité  ne  sont  pas  comptabilisés  comme  sources  d’ENR  en  raison  de  leur  impact  sur  l’environnement.    En   2009,   les   3   plus   gros   opérateurs   californiens   ont   affiché   un   taux   moyen   de   15%   de   leur   mix  énergétique  en  provenance  d’ENR.  Le  détail  pour  chacun  d’entre  eux  est  donné  ci-­‐dessous  :     • Pacific  Gas  and  Electric  (PG&E)  -­‐  14.4%   • Southern  California  Edison  (SCE)  -­‐  17.4%     • San  Diego  Gas  &  Electric  (SDG&E)  -­‐  10.5%  Une  liste  des  projets  en  Californie  programmés  par  les  opérateurs  privés  pour  parvenir  au  33%  RPS  est  également  disponible  sur  le  site  du  CPUC12.    La  California  Solar  Initiative  (CSI)  Bien   que   bénéficiant   dune   dizaine   dannées   daides   gouvernementales   en   matière   de   solaire,   la  Californie   a   connu   une   accélération   du   développement   de   son   parc   grâce   au   démarrage   en   2004   du  projet  "Million  Solar  Roof",  visant  à  installer  des  panneaux  solaires  sur  un  million  de  toits  californiens,  et  posant   ainsi   les   fondations   de   la   California   Solar   Initiative13.   Disposant   dun   budget   de   $3,3   Milliards   sur  dix   ans   (de   2006   à   2016),   ce   projet   modifie   radicalement   le   système   dincitations   et   daides   de   létat.  Comportant   plusieurs   volets,   notamment   un   programme   daide   à   laccès   au   solaire   pour   les   foyers   les                                                                                                                        9  Assembly  Bill  32  website    10  Meg  Whitman,  Prop  23,  and  AB  32,  Legal  Planet  Blog,  September  24  2010  11  Meg  Whitman  Tries  to  Have  it  Both  Ways  With  California  Climate  Change  Law,  Green  Tech  Media,  Sept  23  201012  Liste  au  format  Excel  des  projets  du  CPUC  http://bit.ly/akwCAt    13  The  California  Solar  Initiative  Website    LA  SMART  GRID  EN  CALIFORNIE   13    
  14. 14. plus  modestes,  la  CSI  a  permis  la  mise  en  place  dune  réelle  politique  incitative  adaptée  en  fonction  de  la  consommation  de  lutilisateur.  La   première   mesure   :   Expected   Performance-­‐Based   Buy-­‐Down   (EPBB),   concerne   les   installations  générant   moins   de   30   kW   avec   la   possibilité   de   toucher   directement   en   une   fois   une   aide   calculée   à  partir  des  performances  estimées  du  système  et  indexée  sur  une  grille  tarifaire  particulière  en  fonction  de  la  catégorie  de  lutilisateur.  La   deuxième   mesure   :   Performance   Based   Incentive   (PBI),   sapplique   aux   installations   de   plus   de   50   kW.  Une  aide  mensuelle  étalée  sur  une  durée  de  cinq  ans  est  versée  en  fonction  des  capacités  de  production  de  linstallation.  Ces   deux   aides   qui   constituent   à   elles   seules   une   réelle   avancée   sont   en   plus   complétées   par   un  allègement   fiscal   de   30%   du   coût   total   de   linstallation   réservé   aux   particuliers   et   entreprises   de   négoce  (offert  par  le  gouvernement  fédéral)14.  Le  Net-­‐Energy  Metering15  (NEM)  comme  incitation  supplémentaire  Jusquen   octobre   dernier,   le   système   en   place   ne   permettait   pas   aux   utilisateurs   de   systèmes  photovoltaïques  de  capacité  inférieure  à  1  MW  dêtre  rémunérés  pour  leur  surproduction  redistribuée  au  réseau.  Depuis  la  directive  AB920  approuvée  par  le  Gouverneur  Schwarzenegger,  il  existe  désormais  une  option  avantageuse  pour  ces  "clients-­‐producteurs",  à  la  condition  dinstaller  un  compteur  intelligent  permettant   daccéder   à   lélectricité   consommée   tout   autant   que   celle   produite.   Les   utilisateurs   qui  produisent  plus  quils  ne  consomment  ont  la  possibilité  de  se  voir  racheter  leur  production  excédentaire  au  tarif  de  leur  catégorie.  Cette  initiative  permet  donc  aux  usagers  dêtre  véritablement  acteurs  de  leur  consommation  puisquils  ont  la  possibilité  dadapter  leur  utilisation  délectricité  en  fonction  de  lheure  de  la  journée  et  de  la  période  de  lannée  afin  dengranger  des  bénéfices.  En  effet,  un  consommateur  qui  bénéficie  du  NEM  peut  produire  de  lélectricité  pendant  les  heures  "de  pointe",  électricité  qui  lui  sera  rachetée   plus   cher   que   le   prix   quil   paie   en   consommant   en   dehors   de   ces   périodes   (Figure   6).   Le  procédé   permet   conjointement   de   diminuer   la   demande   énergétique   à   ces   moments   de   la   journée   et  donc  de  faire  réaliser  des  économies  aux  opérateurs  énergétiques.                                                                                                                        14  Quelle  politique  incitative  pour  le  solaire  en  Californie  ?,  Bulletin  Electronique,  June  7  201015  California  incentives/policies,  Database  of  State  Incentives  for  Renewables  and  Efficiency  website   14   LA  SMART  GRID  EN  CALIFORNIE    
  15. 15.   Figure  6:  Production  du  solaire  versus  le  pic  de  consommation  (source  :  Green  Manufacturer-­‐  )  Intégration  des  énergies  renouvelables  D’une  production  centralisée  vers  une  production  répartie  sur  l’ensemble  du  territoire.  En   2006,   Arnold   Schwarzenegger   avait   lancé   l’initiative   «Million   Solar   Roof   Plan16”   qui   consiste   à  atteindre  un  niveau  d’un  million  de  toits  solaires  d’ici  2018  en  Californie.  Si  les  objectifs  sont  atteints,  les  opérateurs   électriques   verront   apparaître   sur   leur   réseau   une   multitude   de   sources   d’énergies  potentiellement   connectables.   Ces   derniers   ont   également   lancé   de   nombreux   projets   de   fermes  solaires,   éoliennes   ou   géothermiques,   multipliant   les   sources   d’énergie   propre   afin   de   satisfaire   les  objectifs   du   RPS.   On   assiste   donc   aujourd’hui   à   une   décentralisation   des   moyens   de   production   qu’il  devient   de   plus   en   plus   difficile   à   gérer   sur   le   réseau.   En   effet,   connaître   la   quantité   en   temps   réel  d’électricité   disponible   sur   le   réseau   devient   complexe   et   pose   des   problèmes   pour   l’ajustement   des  moyens  de  production  pour  suivre  la  demande.  Les  énergies  renouvelables  :  une  source  énergétique  instable.  Les   énergies   renouvelables,   comme   le   solaire   ou   l’éolien,   posent   par   ailleurs   des   problèmes  d’intermittence   et   de   disponibilité   des   ressources.   Le   solaire   photovoltaïque   sans   stockage   ne   fournit  pas  d’électricité  la  nuit.  De  même,  un  nuage  affectera  directement  la  production  solaire.  Le  vent  varie  en  fonction   des   jours,   de   l’exposition,   et   n’est   pas   de   force   constante.   Intégrer   et   relier   les   énergies  renouvelables   au   réseau   demande   donc   des   moyens   techniques   supplémentaires   comme   les   onduleurs.  Les   courants   sur   le   réseau   sont   contrôlés   étroitement   et   leurs   caractéristiques   comme   la   phase,   la  tension   et   le   courant,   doivent   être   parfaitement   maîtrisées.   Il   devient   donc   nécessaire   d’ajouter   une  interface  entre  l’électricité  produite  et  l’électricité  envoyée  sur  le  réseau.  Par  ailleurs,  pour  compenser  les   surproductions   ou   les   sous   productions   une   infrastructure   de   stockage   devient   un   outil  indispensable.  Le  Texas  par  exemple  est  victime  de  surproduction  en  temps  de  grands  vents  avec  pour  résultat  un  surcroît  de  stress  sur  le  réseau  et  une  perte  énergétique  importante17.                                                                                                                          16  Million  Solar  Roofs  website    17  Strong  growth  but  are  rocky  times  coming  for  wind  ?,  Green  Tech  Media,  August  10  2010  LA  SMART  GRID  EN  CALIFORNIE   15    
  16. 16. Intégrer  les  véhicules  électriques.  Du  véhicule  électrique  (VE)  ou  de  linfrastructure,  lequel  devrait  être  construit  et  déployé  en  premier  ?  Cette  question  revient  fréquemment  lors  des  discussions  sur  la  pénétration  du  VE.  Cependant  la  fin  du  débat   pourrait   être   proche  :   Larrivée   des   V.E   est   programmée   sur   le   marché   dici   la   fin   2010   avec  notamment   la   Nissan   Leaf   et   la   Chevrolet   Volt18.   Les   infrastructures   devront   donc   être   prêtes   pour  accompagner  larrivée  de  ces  premiers  VE.  Les   véhicules   électriques   ont   reçu   de   nombreuses   aides   lan   dernier   aux   Etats-­‐Unis,   avec   notamment   un  investissement  fédéral  de  $2.4  milliards19.  Cependant  un  déploiement  des  véhicules  électriques  à  grande  échelle   nécessite   la   mise   en   place   dune   infrastructure,   en   particulier   pour   recharger   les   batteries.  Plusieurs  questions  viennent  alors  à  lesprit  :  quelle  est  la  taille  optimale  de  linfrastructure  ?  On  peut  imaginer   que   les   particuliers   auront   une   station   de   recharge   dans   leur   garage,   mais   ils   auront   aussi  besoin   dune   station   sur   le   lieu   de   travail.   Qui   devra   payer   pour   linstallation?   Les   entreprises   seront-­‐elles   prêtes   à   financer   de   tels   systèmes?   La   distance   moyenne   parcourue   par   jour   aux   Etats-­‐Unis   est  denviron   65   kilomètres   (40   miles)   par   conducteur.   Comment   recharger   sa   voiture   lorsquon   part   en  vacances?   Des   stations   de   recharge   seront   nécessaires   sur   la   route   mais   il   reste   à   connaître   le   nombre   à  installer,   leur   propriétaire,   le   modèle   économique   et   financier   à   appliquer,   notamment   pour   payer  lélectricité.    Réduire  ou  maintenir  la  consommation  électrique  La  consommation  d’électricité  par  habitant  en  Californie  est  restée  stable  depuis  la  moitié  des  années  70  alors  que  la  moyenne  nationale  a  augmenté  d’environ  50%  (voir  Figure  7).       Figure  7  :  Stabilisation  de  la  consommation  électrique  par  tête  en  Californie  (source  CEC)                                                                                                                        18  L.A.  gets  wired  with  new  electric-­‐car  charging  stations,  LA  Times,  June  29  2010  19  President  Obama  Announces  $2.4  Billion  in  Grants  to  Accelerate  the  Manufacturing  and  Deployment  of  the  Next  Generation  of  U.S.  Batteries  and  Electric  Vehicles,  White  House  statements  &  releases,  August  5  2010 16   LA  SMART  GRID  EN  CALIFORNIE    
  17. 17. En  1976,  faisant  suite  à  l’impossibilité  de  construire  de  nouvelles  centrales  nucléaires,  le  gouvernement  tenta   de   réduire   la   consommation.   Les   dirigeants   se   sont   rendus   compte   que   la   consommation   des  réfrigérateurs   à   elle   seule   représentait   la   construction   de   5   centrales.   Améliorer   l’efficacité   des  réfrigérateurs   a   permis   de   répondre   aux   besoins   de   nouvelles   constructions   de   centrales.   Depuis   la  Californie   n’a   cessé   d’adopter   de   nouvelles   mesures   pour   améliorer   l’efficacité   des   appareils   électriques  et  tenter  de  freiner  l’augmentation  de  la  consommation.  Gérer  les  pics  de  consommation  Un  pic  de  consommation  entre  14h  et  18h  Comme  présentée  sous  la  courbe  ci-­‐dessous  (Figure  8),  la  consommation  électrique  n’est  pas  uniforme  au   cours   de   la   journée.   La   nuit,   la   consommation   électrique   est   très   basse,   alors   qu’elle   progresse  rapidement   au   cours   de   la   journée   formant   un   pic   généralement   entre   14h   et   18h.   L’intensité   du   pic  dépend   généralement   des   conditions   climatiques   et   de   facteurs   extérieurs   mais   en   Californie   les   plus  hauts  niveaux  atteints  se  situent  pendant  l’été,  lors  des  journées  très  chaudes  et  lorsque  les  appareils  de  climatisation   fonctionnent   à   plein   régime.   De   nombreuses   études   ont   été   réalisées   pour   comprendre   ce  comportement   de   consommation   et   il   est   intéressant   de   remarquer   sur   la   courbe   suivante   que   le   pic   de  consommation   a   lieu   en   fin   de   journée   lorsque   la   consommation   sur   le   lieu   de   travail   est   haute   et   la  consommation  à  la  maison  augmente.  Le  pic  est  donc  lié  à  la  fois  à  la  consommation  résidentielle  mais  également  à  celle  des  bâtiments  commerciaux.       Figure  8:  Répartition  de  la  consommation  électrique  au  cours  de  la  journée  par  secteur  économique  (source  :  LBNL)  LA  SMART  GRID  EN  CALIFORNIE   17    
  18. 18. Un  pic  de  consommation  qui  coûte  cher  Parce  qu’il  faut  construire  des  centrales  d’appoint  onéreuses  pour  compenser  la  surconsommation,  les  pics   électriques   coûtent   très   chers   aux   opérateurs   électriques   qui   répercutent   le   prix   sur   les   utilisateurs.  Ceci  est  accentué  par  l’augmentation  de  l’intensité  des  pics  dans  le  secteur  résidentiel  comme  dans  le  secteur  commercial.    Par  ailleurs,  comme  il  est  présenté  sur  la  Figure  9,  le  gaz  naturel  -­‐  énergie  non  renouvelable  -­‐  est  utilisé  pour   l’ajustement.   En   effet   les   centrales   au   gaz   naturel   ont   l’avantage   de   pouvoir   varier   leur   production  avec   un   temps   de   latence   réduit   permettant   une   meilleure   flexibilité.   Les   barrages   hydrauliques   de  grande   taille,   grâce   à   leur   grande   capacité   de   stockage,   sont   également   utilisés   en   grande   quantité   pour  combler  le  déficit  de  production.  Cependant  ces  barrages  ne  sont  pas  considérés  en  Californie  comme  une   énergie   propre,   en   raison   des   problèmes   environnementaux   causés,   comme   la   destruction   de   la  faune  et  de  la  flore  et  la  dégradation  des  paysages.     Figure  9:  Mix  énergétique  quotidien     18   LA  SMART  GRID  EN  CALIFORNIE    
  19. 19. La  Smart  Grid,  une  réponse  technologique  à  ces  défis.  Améliorer  et  optimiser  le  réseau  électrique  Structure  du  réseau  électrique  Le  réseau  électrique  peut  être  décomposé  en  2parties,  montrées  sur  le  schéma  ci-­‐dessous  (Figure  10).  Chacune   de   ces   parties   correspond   à   une   gamme   de   voltage   différente   et   induit   en   conséquence   des  infrastructures,   des   fonctions   et   des   technologies   différentes.   La   première   partie   inclut   les   tensions  élevées  voire  très  élevées,  qui  sont  typiquement  supérieures  à  110  kV.  Elle  inclut  la  production  dans  le  cas   des   grandes   centrales   et   moyennes   centrales,   et   la   transmission.   La   seconde   partie   comprend   les  tensions  inférieures  à  110kV,  qui  correspondent  à  la  distribution  et  aux  petites  centrales  de  production.       Figure  10  Schéma  du  réseau  électrique  (Source  :  J.  J  Messerly,  from  Wikipedia  -­‐  Electrical  Grid)  LA  SMART  GRID  EN  CALIFORNIE   19    
  20. 20. Améliorer  le  réseau  de  transmission.  Situation  actuelle  Lors   du   Berkeley   Energy   Symposium   en   mars   dernier,   Philip   Moeller,   un   des   cinq   représentants   à   la   tête  de   la   Federal   Regulatory   Energy   Commission   (FERC),   avait   rappelé   le   besoin   pour   les   USA   de   mettre   à  jour  le  réseau  des  lignes  de  transmission  :  "Il  est  de  notoriété  publique  que  nous  avons  besoin  de  plus  de  lignes  transmissions...  Il  ny  a  aucun  moyen  de  capter  plus  dénergie  renouvelable  sans  transmission  ».       Figure  11:  Carte  des  lignes  de  transmission  existantes  en  Californie  (Source  CEC)   20   LA  SMART  GRID  EN  CALIFORNIE    
  21. 21. Un   rapport   publié   en   août   de   l’année   dernière,   écrit   par   les   régulateurs   californiens   et   les   opérateurs  électriques,   prévoit   un   coût   de   $15.7   milliards   dans   le   déploiement   de   lignes   de   transmission   pour  parvenir   aux   objectifs   ambitieux   de   la   Californie.   Ceci   prend   notamment   en   compte   le   transport,  jusquaux   grands   centres   de   populations,   de   grandes   quantités   dénergie   provenant   de   lieux   de  production   éloignés   comme   des   éoliennes   dans   le   Midwest   ou   des   centrales   géothermiques   dans   le  Southwest.   Une   carte   proposant   de   nouvelles   infrastructures   de   transmissions20   ainsi   quune   carte  recensant   la   situation   actuelle   (Figure   11)   sont   disponibles.   "Dans   le   futur   nous   pourrions   voir   le  développement   de   larges   centrales   comme   des   fermes   déoliennes   capables   de   produire   5   à   10   GW,  mais   situées   loin   des   centres   urbains.   Il   deviendra   alors   nécessaire   de   transporter   de   larges   quantités  dénergie   sur   des   longues   distances"   affirmait   Arshad   Mansoor,   vice   président   du   Power   Delivery   and  Utilization  de  lElectricity  Power  Research  Institute  (EPRI).    Comment  y  parvenir    Pour   faire   face   aux   problèmes   relatifs   à   la   transmission,   la   Renewable   Energy   Transmission   Initiative  (RETI)21  a  été  créée.  Cest  une  initiative  californienne  mise  en  place  pour  aider  lidentification  des  projets  de   transmissions   nécessaires   pour   atteindre   les   objectifs   dictés   par   la   politique   énergétique   de   la  Californie.  La  mission  du  RETI  est  de  définir  toutes  les  zones  favorables  aux  énergies  renouvelables,  dites  "competitive   renewable   energy   zones   (CREZ)",   en   Californie   et   dans   les   états   voisins   qui   pourraient  fournir  des  quantités  significatives  dénergie  à  la  population  dici  2020.  Une  fois  cette  étape  validée,  il  sagit   ensuite   didentifier   quelles   sont   les   zones   avec   le   meilleur   potentiel   de   développement,   à   savoir   le  meilleur   rapport   qualité/prix,   tout   en   prenant   aussi   en   compte   les   critères   écologiques.   Létude   se  termine  par  des  plans  détaillés  des  transmissions  nécessaires  pour  le  développement.  Pour  pouvoir  initier  et  planifier  le  déploiement  du  réseau  de  transmission,  les  dirigeants  auront  besoin  de   se   fier   à   des   simulations   aussi   détaillées   que   possible.   Afin   de   fournir   les   meilleures   prévisions  possibles,  le  Renewable  and  Appropriate  Energy  Laboratory  (RAEL)22,  affilié  à  lUniversité  de  Berkeley,  a  développé   son   propre   logiciel   de   simulations.   Solar,   Hydro   and   Conventional   generators   and  Transmission   (Switch)23   peut   explorer   différents   scénarios   pour   le   futur   réseau   électrique   des   Etats-­‐Unis.  Le  modèle  suggère  les  décisions  dinvestissement  à  prendre  en  fonction  du  coût,  pour  répondre  à  la   future   demande   en   électricité,   tout   en   tenant   compte   du   réseau   actuel   mais   aussi   des   projections  quant   au   prix   des   carburants,   des   développements   technologiques,   des   potentiels   dénergie  renouvelable  et  des  politiques  proposées.    Promotion  de  nouvelles  lignes  grâce  à  des  technologies  plus  efficaces  comme  les  supraconducteurs  Transporter   de   grandes   quantités   dénergie   sur   de   longues   distances   pourrait   être   plus   aisé   dans   les  prochaines   années   si   les   producteurs   délectricité   adoptaient   un   nouveau   système   de   transmission  utilisant  du  courant  continu  (DC)  plutôt  qualternatif  (AC)  et  des  câbles  supraconducteurs  selon  lEPRI.                                                                                                                        20  Carte  des  lignes  de  transmissions  potentielles  :  http://bit.ly/d4wnTP  21  Présentation  de  linitiative  RETI  :  http://www.energy.ca.gov/reti/index.html  22  Présentation  du  laboratoire  RAEL:  http://rael.berkeley.edu/  23  Présentation  du  projet  Switch  :  http://rael.berkeley.edu/switch  LA  SMART  GRID  EN  CALIFORNIE   21    
  22. 22. Ce   dernier   décrit   dans   un   récent   rapport   un   système   à   base   de   tels   câbles   permettant   de   transporter  plusieurs   gigawatts   délectricité.   Deux   autres   rapports   associés   au   premier   expliquent   les   problèmes  principaux   pour   lintégration   sur   de   longues   distances,   la   connexion   des   câbles   supraconducteurs   de  type  DC  avec  le  réseau  existant,  les  transmissions  de  type  AC  à  de  plus  faibles  tensions  et  les  systèmes  de   distribution.   Comme   défini   dans   le   rapport   principal,   le   nouveau   système   pourrait   fournir   une  capacité  de  10  GW  avec  un  courant  et  une  tension  nominale  de  100  kiloampères  et  de  100  kilovolts.   Le  rapport  met  également  en  avant  le  potentiel  damélioration  de  la  sécurité,  la  fiabilité  et  lefficacité  sur  le  réseau  AC  existant.  De   plus,   il   indique   que   les   constructeurs   de   telles   transmissions   pourraient   se   reposer   sur   des  technologies   déjà   disponibles   sur   le   marché   et   des   méthodes   de   construction   similaires   à   celles   utilisées  dans  la  construction  des  pipelines  de  gaz  naturel.  En  se  fondant  sur  les  tendances  notamment  dans  le  domaine   des   améliorations   dans   le   secteur   des   câbles   supraconducteurs,   lEPRI   a   affirmé   que   les  transmissions  de  type  DC  pourraient  être  à  lavenir  plus  efficaces  que  des  lignes  haute  tension  de  type  AC  pour  le  transport  de  grandes  quantités  dénergie  sur  de  longues  distances.  Synchrophaseurs  Une  des  solutions  pour  rendre  le  réseau  plus  fiable  est  lajout  de  synchrophaseurs  appelés  également  Phase  Measurement  Units  (PMU)24.  Placés  à  lintersection  des  lignes  de  transmissions  et  sur  une  partie  du  réseau  de  distribution,  les  PMU  permettent  de  mesurer  la  phase  du  courant  30  fois  par  seconde,  soit  une   fréquence   120   fois   supérieure   aux   systèmes   actuels.   A   laide   dun   système   GPS,   les   informations  récoltées  sont  alors  comparées  entre  elles,  permettant  de  tracer  une  carte  en  temps  réel  des  phases  du  réseau   électrique.   Grâce   à   ces   données,   il   est   possible   destimer   le   stress   sur   le   réseau   et   de  synchroniser  les  lignes  de  transmissions  entre  elles.  Ce  système  devrait  également  permettre  destimer  les  risques  de  panne  et  déviter  les  coupures  de  courant  à  grande  échelle,  de  parvenir  à  une  meilleure  optimisation   des   lignes   de   transmission,   de   faciliter   lintégration   des   sources   dénergie   intermittentes   et  enfin,  daméliorer  la  sécurité  sur  le  réseau.  Afin   daccélérer   et   de   cadrer   le   déploiement   des   synchrophaseurs,   la   North   American   Synchrophasor  Initiative  (NASPI)25  a  été  mise  en  place.  La  NASPI  est  une  collaboration  entre  l’U.S  Department  of  Energy  (DoE),  la  North  American  Electric  Reliability  Corporation  (NERC)  ainsi  que  plusieurs  distributeurs,  centres  de  recherche  et  industriels.  Grâce  à  la  NASPI  plusieurs  projets  ont  pu  voir  le  jour.  Le  DoE  a  ainsi  attribué  une   bourse   de   $53.9   millions   pour   lancer   le   Western   Interconnection   Synchrophasor   Program.   Neuf  autres   partenaires   ont   également   investi   dans   le   projet,   rassemblant   un   total   de   $107,8   millions.   Le  programme,   mené   par   le   Western   Electricity   Coordinating   Council   (WECC)   qui   gère   la   sécurité   et   la  robustesse   du   réseau   électrique   pour   11   états   de   lOuest,   devrait   permettre   déconomiser   près   de   $2                                                                                                                        24  Phasor  Measurement  Unit  Wikipedia    25  Site  officiel  de  la  NASPI  :  http://www.naspi.org/   22   LA  SMART  GRID  EN  CALIFORNIE    
  23. 23. milliards   dans   les   40   prochaines   années,   selon   les   prévisions.   Depuis   son   lancement   137   PMU   ont   été  installés26.  A   lheure   actuelle,   grâce   aux   PMU   installés,   les   distributeurs   sont   parvenus   à   améliorer   la  compréhension   et   le   contrôle   en   temps   réel   de   létat   du   réseau.   Cependant,   seul   le   distributeur  Southern  California  Edison  a  mis  en  place  un  véritable  système  opératoire  automatisé.    Les  projets  de  construction  de  ligne  de  transmission  en  Californie.   27Plusieurs  projets  ont  déjà  démarré.  La  liste  ci-­‐dessous,  fournie  par  la  Californian  Energy  Commission  (CEC) ,  fait  état  des  projets  en  cours  :   -­‐ SB  1059  State  Corridor  Planning   -­‐ Imperial  Valley  Study  Group  (terminé)   -­‐ Renewable  Energy  Transmission  Initiative  (RETI)   -­‐ Solar  Programmatic  Environmental  Impact  Statement  (PEIS)   -­‐ West-­‐Wide  Federal  Energy  Corridor  Programmatic  Environmental  Impact  Statement  (PEIS)   -­‐ California  ISO  Regional  Transmission  Planning   -­‐ California  Public  Utilities  Commission  -­‐  Transmission  Information  and  Projects   -­‐ U.S.  Department  of  Energy  National  Interest  Electric  Transmission  Corridors  (NIETC)   -­‐ U.S.   Department   of   Energy   Wind   Energy   Development   Programmatic   Environmental   Impact   Statement   Information  Center  Améliorer  le  réseau  de  distribution  La  règle  des  «  trois  neufs».  Selon  la  Galvin  Electricity  Initiative,  le  système  actuel  est  construit  sur  une  norme  de  fiabilité  des  “trois  neufs”,  ce  qui  signifie  que  dans  99.9%  des  cas,  le  réseau  fonctionne  normalement.  Ce  qui  veut  aussi  dire  que   0.1   %   du   temps   le   réseau   n’est   plus   fiable,   entraînant   des   risques   d’accidents,   une   perte   de  productivité,  un  effet  négatif  pour  le  commerce  et  une  entrave  à  la  sécurité  du  pays.  En  particulier  dans  les  sous  stations  ou  la  quantité  d’énergie  est  énorme,  la  sécurité  est  un  facteur  prioritaire.  Qui  plus  est  certains  appareils  nécessitent  plus  d’un  an  de  construction  et  représentent  un  coût  significatif  pour  un  opérateur.  Pour   protéger   le   réseau   et   améliorer   sa   sécurité,   les   opérateurs   électriques   l’ont   équipé   de   composants  électroniques  intelligents,  nommés  en  anglais  Intelligent  Electronics  Devices  (IEDs).  Ces  appareils  servent  de  protections  posées  sur  les  relais,  de  régulateurs  de  tension,  et  denregistreurs  de  perturbations.  Ils  peuvent  intervenir  de  façon  automatisée  sur  le  réseau  dans  le  cas  d’anomalies  de  tension,  de  courant  ou  de  fréquence.                                                                                                                          26  Carte  des  PMU  installés  dans  la  Western  Interconnection  :  http://redirectix.bulletins-­‐electroniques.com/XCmxH  27  Les  différents  projets  de  lignes  de  transmission  :  http://www.energy.ca.gov/transmission/index.html  LA  SMART  GRID  EN  CALIFORNIE   23    

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