Le nombre de producteurs d'énergies renouvelables augmente, des millions d'installations solaires et éoliennes sollicitent de plus en plus le réseau électrique allemand - le défi de maintenir la stabilité du réseau est de plus en plus grand. Pour que le réseau électrique reste stable à l'avenir et qu'il n'y ait pas de black-out, il doit devenir intelligent, c'est-à-dire qu'il doit devenir ce que l'on appelle un smart grid.

Comment fonctionne ce système ? Pourquoi le développement est-il si lent en Allemagne ? Et que reprochent les experts aux smart grids ? Nous donnons les réponses aux questions les plus importantes.

Qu'est-ce qu'un smart grid ?

En tant que réseau électrique intelligent, le smart grid coordonne de manière optimale la production, le stockage et la consommation d'électricité. Le système vise à augmenter l'efficacité énergétique, à améliorer la stabilité du réseau électrique et à coordonner les producteurs décentralisés, tels que les installations solaires sur les toits des maisons.

Cela est nécessaire parce que l'énergie éolienne et solaire n'est pas toujours disponible quand on en a besoin, mais seulement quand le vent souffle ou que le soleil brille.

En revanche, le charbon et le gaz fournissent de l'électricité fiable 24 heures sur 24. Cela change, car la part des énergies renouvelables augmente. Les pannes de courant, appelées black-out, menacent. Pour les éviter et garantir la sécurité de l'approvisionnement, il est essentiel de disposer d'une alimentation en électricité fiable et disponible en permanence. Un réseau intelligent doit résoudre ce problème de production fluctuante d'électricité renouvelable.

Un réseau électrique intelligent est en mesure d'éviter les pics de consommation, de stocker l'énergie et de la rendre disponible. Des capteurs et des algorithmes veillent à ce que le réseau soit utilisé de manière régulière. Voilà pour la théorie. Mais dans la pratique, avec des millions d'installations, le contrôle n'est pas si simple.

Comment fonctionne le réseau intelligent ?

Le modèle classique de distribution d'électricité ressemble à une route à sens unique : des centrales électriques centrales produisent de l'électricité pour une région donnée, qui est ensuite acheminée vers les consommateurs via les réseaux. L'ancien modèle se chargeait exclusivement du transport de l'énergie du producteur au consommateur.

La loi sur les énergies renouvelables (EEG) de 1998 et ses extensions ont contraint les fournisseurs à injecter en priorité l'électricité verte dans les réseaux. Au lieu de quelques producteurs d'énergie centralisés, il fallait désormais tenir compte de nombreuses petites centrales électriques avec des quantités d'énergie fluctuantes.

Le réseau intelligent utilise les technologies de l'information et de la communication, telles que les algorithmes ou l'intelligence artificielle (IA), pour gérer plus efficacement le flux d'électricité.

Selon le gouvernement fédéral, plus d'un million de nouveaux systèmes solaires ont été installés en 2023, pour une puissance de 14,6 gigawatts (GW). Depuis 2022, ce nombre a presque doublé. Près de 3,7 millions d'installations sont désormais raccordées au réseau.

Les éoliennes sont également de plus en plus construites : en 2023, 826 nouvelles installations d'une puissance de 3,6 GW ont été raccordées au réseau. Actuellement, l'Allemagne compte 30 243 éoliennes au total, selon la Fédération allemande de l'énergie éolienne (BWE). Le nombre croissant de producteurs d'électricité différents conduit le réseau électrique classique à la limite de ses capacités.

Les réseaux intelligents s'attaquent à ce problème : La base est de pouvoir mesurer avec précision la consommation de chaque maison ou la production de chaque installation solaire. Une IA spécialement entraînée peut alors calculer les goulets d'étranglement potentiels avant qu'ils n'apparaissent, en se basant sur les prévisions de production d'électricité, les données météorologiques et les données de consommation.

Les ménages allemands jouent donc un rôle central dans les réseaux électriques intelligents : grâce à des installations photovoltaïques privées, les consommateurs font office de producteurs et de consommateurs décentralisés, appelés prosommateurs. Cela signifie qu'ils peuvent injecter dans le réseau l'électricité qu'ils produisent en excès et la vendre.

En cas de pics de charge, le réseau intelligent peut stocker automatiquement l'électricité excédentaire dans des réservoirs, mais aussi l'acheminer directement vers des appareils de consommation flexibles. Pourquoi est-ce important ? Par exemple, si les éoliennes produisent beaucoup d'électricité à un moment donné, mais que celle-ci n'est pas du tout utilisée actuellement, l'électricité excédentaire peut être stockée afin de ne pas surcharger le réseau allemand.

Quels sont les avantages d'un réseau intelligent ?

Selon Jens Strüker, professeur d'informatique de gestion et de gestion numérique de l'énergie à l'université de Bayreuth, le réseau électrique actuel n'est jusqu'à présent un peu intelligent qu'au niveau du réseau de transport. On y utilise par exemple beaucoup de capteurs et déjà des prévisions basées sur l'IA.

Les centrales de secours doivent fournir en permanence de grandes quantités d'électricité pour les cas d'urgence sur le réseau - c'est de l'électricité que les consommateurs n'appellent pas, mais qu'ils paient indirectement. Les coûts de réserve ainsi générés, appelés coûts de redispatching, sont répercutés par les fournisseurs d'énergie sur les consommateurs via les tarifs de réseau.

"Nous devons tous payer pour cela avec nos rétributions de réseau, afin que les centrales de secours puissent ensuite être mises en service", explique Strüker. Il s'attend à une nouvelle augmentation des coûts à l'avenir. Ceux-ci ont toutefois baissé pour l'instant. L'Agence fédérale des réseaux estime les coûts de réserve pour les mesures dites de redispatching à 2,4 mds EUR pour 2023. En 2022, ils s'élevaient encore à environ 2,7 mds EUR.

Toutefois, comme la gestion du réseau électrique sera de plus en plus compliquée à l'avenir, les coûts devraient plutôt augmenter à moyen et à long terme.

Un réseau intelligent pourrait en revanche rendre les centrales de secours superflues. Pour cela, Strüker estime que la flexibilité des consommateurs et des prosommateurs est importante pour le réseau électrique intelligent. "D'un point de vue économique et écologique, il est raisonnable d'inciter à l'injection ou au retrait d'électricité à certaines heures", explique Strüker.

Les installations privées de moins de 100 kilowatts (kW), comme les pompes à chaleur, pourraient déjà constituer des réserves d'électricité, comme l'a étudié le projet de recherche Redispatch 3.0, soutenu par le ministère fédéral de l'Économie et de la Protection du climat. Selon l'Agence fédérale des réseaux, les centrales de secours, c'est-à-dire les centrales à gaz et à charbon, tiennent actuellement environ 3 500 MW à disposition sur le réseau pour les cas d'urgence.

Si les prosommateurs décident de mettre leur électricité à disposition du réseau de temps en temps, lorsqu'elle n'est pas consommée, ou de faire fonctionner davantage les appareils pendant les heures creuses, ils reçoivent de l'argent pour cette flexibilité. En outre, les exploitants d'installations solaires ont la possibilité de fournir leur électricité au réseau, le plus souvent par le biais de la rétribution de l'injection par la loi sur les énergies renouvelables, et de recevoir en contrepartie un montant fixe par kWh. Cette aide publique est versée par l'exploitant du réseau.

Quel est le rôle des smart meters dans un smart grid ?

La condition préalable au fonctionnement d'un smart grid sont les smart meters. Ce sont des compteurs d'électricité intelligents. Ces systèmes de mesure intelligents enregistrent bien plus que la simple consommation d'électricité : les pannes de tension, les données de consommation et les informations permettant aux exploitants de réseau de coordonner la production, la charge du réseau et la consommation en temps réel et de manière largement automatisée.

D'ici 2032, le législateur prescrit l'installation des compteurs électriques modernes. Selon l'Agence fédérale des réseaux, environ 272.024 systèmes de mesure intelligents ont été installés en 2022. Ce nombre a plus que doublé en l'espace d'un an. Malgré cela, l'Allemagne reste très en retard par rapport aux autres pays européens. En 2021, environ 160.000 systèmes de mesure intelligents étaient installés sur un total de plus de 50 millions de points de mesure en Allemagne.

Pourquoi le développement des smart grids n'avance-t-il pas en Allemagne ?

Pour qu'un smart grid fonctionne en Allemagne, il faut, selon Strüker, une meilleure conception, plus intelligente, du marché de l'électricité. "Nous ne pouvons tout simplement pas nous permettre économiquement de ne pas intégrer toutes ces flexibilités dans le marché", explique Strüker.

Les gestionnaires de réseau pourraient utiliser le marché en l'intégrant lors de fluctuations à court terme, lorsque les consommateurs sont prêts, contre rémunération, à réduire temporairement leur consommation ou à injecter de l'énergie.

Le scientifique déplore en outre que les procédures d'enregistrement manuelles actuelles pour les installations décentralisées provoquent un embouteillage d'inscriptions. Ce processus devrait être numérisé au plus vite - et ce, afin que les installations puissent changer rapidement de rôle sur le marché entre les services.

Pour une communication sûre des données des réseaux intelligents, un enregistrement numérique et automatisé de bout en bout est nécessaire, si possible aussi pour les voitures électriques. Cela est particulièrement vrai pour un nombre croissant d'appareils connectés au réseau, comme par exemple une pompe à chaleur intelligente.

Qu'est-ce qu'une "pompe à chaleur smart grid" ?

Une "pompe à chaleur smart grid" interagit avec un réseau électrique intelligent. Son fonctionnement peut ainsi être contrôlé avec précision et est plus efficace. Les réservoirs tampons permettent de les désactiver en cas de pénurie sur le réseau électrique et de les activer également en cas d'excédent, sans que la production de chaleur ne s'arrête.

Outre les systèmes de mesure intelligents, les capacités de stockage sont une autre condition préalable au smart grid, permettant d'absorber et de fournir de l'électricité en fonction de la disponibilité et des besoins. Ainsi, les batteries de certains véhicules électriques adaptés à la charge bidirectionnelle ou les accumulateurs domestiques peuvent être utilisés comme batteries stationnaires. La charge bidirectionnelle signifie que l'électricité circule dans deux directions : du réseau vers un dispositif de stockage, puis de nouveau vers le réseau.

Qu'est-ce qu'un "système solaire smart grid" ?

Les systèmes solaires smart grid sont des installations photovoltaïques (PV) intelligentes qui peuvent être directement combinées à une pompe à chaleur smart grid. Dès qu'il y a suffisamment d'électricité solaire, la fonction smart grid de l'installation PV peut demander à la pompe à chaleur de puiser son électricité dans l'installation plutôt que dans le réseau électrique.

Quels sont les inconvénients du smart grid ?

Outre les coûts incalculables, les critiques soulèvent également des inquiétudes en matière de protection des données. Les défenseurs des consommateurs et de la protection des données, en particulier, soulignent que les compteurs intelligents peuvent échanger en permanence des données entre le point de mesure chez le consommateur et le fournisseur d'électricité ainsi que, le cas échéant, d'autres organismes impliqués.

Holger Schneidewindt, avocat et chargé de mission pour le droit de l'énergie auprès de la centrale des consommateurs de Rhénanie-du-Nord-Westphalie, affirme que les consommateurs deviennent ainsi des "clients transparents". "Les données de consommation d'électricité, mais aussi les données de consommation d'eau, les données de consommation de chaleur ou encore les données de la maison intelligente passent par ces systèmes de mesure intelligents, qui sont bien sûr des données personnelles et très précieuses pour divers acteurs de ce monde", explique Schneidewindt.

Afin d'empêcher l'utilisation abusive des données et les éventuels piratages, Schneidewindt appelle surtout les fabricants, les fournisseurs d'énergie et les exploitants de points de mesure à mettre en œuvre les directives du législateur et de l'Agence fédérale des réseaux.

"Le fait qu'il y ait maintenant des millions de ces compteurs intelligents high-tech en Allemagne est bien sûr une nouvelle source de danger. En tant qu'interface technique, ces points de mesure individuels doivent également être pris en charge", explique le responsable énergie de la centrale des consommateurs de Rhénanie-du-Nord-Westphalie.

Néanmoins, Strüker estime que le transfert de données est indispensable : "Nous devons échanger des données pour maintenir notre système en état de marche et le faire fonctionner efficacement". Mais le scientifique fait également référence à la nécessité de la souveraineté des données. Les consommateurs doivent avoir la possibilité de contrôler eux-mêmes la diffusion de leurs données personnelles.

"Nous disposons aujourd'hui des outils et des possibilités permettant d'établir la souveraineté des données", souligne Strüker. C'est important pour que l'on sache qui dispose des données.

Outre le vol de données personnelles sensibles, le piratage informatique sur l'infrastructure critique est également critiqué dans la perspective du réseau intelligent. Pour une plus grande résilience des réseaux électriques intelligents, le scientifique estime qu'il est indispensable d'enregistrer les installations et de vérifier leur identité.

L'augmentation des sources d'énergie décentralisées modifie fondamentalement la fiabilité et la confiance du réseau électrique. Plus les installations déclarent de consommations et de productions d'électricité, plus il est nécessaire de les identifier et de les enregistrer pour éviter les abus et les attaques. Les moyens techniques permettant de vérifier les identités numériques existent déjà.

Source : Handelsblatt, le 23 avril 2024.