Introduction : Qu'est-ce qu'un Smart Grid ?
Un smart grid (réseau intelligent) est un réseau électrique qui utilise les technologies numériques pour optimiser la production, la distribution et la consommation d'électricité en temps réel.
// Évolution du réseau
Réseau traditionnel : Production → Transport → Consommation (unidirectionnel)
Smart grid : Production ↔ Transport ↔ Consommation (bidirectionnel)
// Flux d'information ajoutés
Capteurs + Compteurs + Communication = Pilotage intelligent
Les smart grids permettent d'intégrer les énergies renouvelables intermittentes, le stockage décentralisé et les véhicules électriques.
1. Compteurs Intelligents
Les compteurs communicants (Linky en France) sont la brique de base des smart grids. Ils permettent une mesure fine et une communication bidirectionnelle.
1.1 Fonctionnalités du compteur Linky
Mesure
- Index toutes les 30 min (courbe de charge)
- Puissance souscrite modulable
- Injection (autoconsommation)
- Tensions, courants, cos(φ)
Communication
- CPL G3 (courant porteur en ligne)
- Concentrateur → Réseau GPRS/4G
- TIC (sortie client) pour domotique
- Télérelève quotidienne
1.2 Architecture de communication
┌──────────────┐ CPL G3 ┌──────────────┐ GPRS/4G ┌──────────────┐
│ LINKY │ ──────────────→ │CONCENTRATEUR │ ────────────→ │ ENEDIS │
│ (client) │ Réseau BT │ (transfo) │ │ (SI CGI) │
└──────────────┘ └──────────────┘ └──────────────┘
│ │
│ TIC (Télé-Information Client) │
↓ ↓
┌──────────────┐ ┌──────────────┐
│ BOX EMS │ ←───────────── Données consommation ─────── │ FOURNISSEUR │
│ (domotique) │ via API Enedis │ (espace web) │
└──────────────┘ └──────────────┘1.3 Sortie TIC (Télé-Information Client)
// Format TIC standard
Protocole série : 9600 bauds, 7 bits, parité paire
// Trames principales
ADCO : Adresse du compteur (12 chiffres)
OPTARIF : Option tarifaire (BASE, HC, EJP, TEMPO)
ISOUSC : Intensité souscrite (A)
IINST : Intensité instantanée (A)
PAPP : Puissance apparente (VA)
HCHC/HCHP : Index heures creuses/pleines (Wh)
→ Permet à un système domotique de piloter les usages
2. Effacement et Pilotage de la Demande
L'effacement consiste à réduire temporairement la consommation électrique lors des pics de demande. C'est une alternative à la construction de nouvelles centrales de pointe.
2.1 Types d'effacement
| Type | Durée | Préavis | Application |
|---|---|---|---|
| Effacement industriel | 1-4 h | 30 min - 2 h | Arrêt process flexibles (froid, ciment) |
| Effacement diffus | 15-30 min | Instantané | Ballons ECS, chauffage (via contacteur) |
| EJP / Tempo | Journée | Veille 20h | 22 jours rouges / an (tarif ×3) |
| Demand Response | Variable | Signal prix | Flexibilité marché (smart home) |
2.2 Calcul de la capacité d'effacement
// Exemple : parc de ballons ECS
Nombre de ballons : 1 000 000 (parc résidentiel)
Puissance unitaire : 2 kW
Puissance effaçable : 1 000 000 × 2 = 2 GW
// Énergie reportée (pas perdue !)
Si effacement 2h : E = 2 GW × 2 h = 4 GWh
→ Report sur heures creuses (moins cher, moins carboné)
Capacité effacement France : ~3 GW résidentiel, ~2 GW industriel
Valorisation : L'effacement est rémunéré sur le marché de capacité (~20-40 €/kW/an) et peut générer des revenus pour les agrégateurs (Voltalis, Energy Pool).
3. Autoconsommation
L'autoconsommation consiste à consommer directement l'électricité produite localement (solaire PV). Le surplus peut être stocké ou injecté sur le réseau.
3.1 Taux d'autoconsommation et d'autoproduction
// Taux d'autoconsommation
τ_AC = E_autoconsommée / E_produite
Part de la production consommée sur place
// Taux d'autoproduction
τ_AP = E_autoconsommée / E_consommée
Part de la consommation couverte par la production
// Exemple sans stockage
Production PV : 5000 kWh/an
Consommation : 8000 kWh/an
Autoconsommée : 2000 kWh/an
τ_AC = 2000/5000 = 40%
τ_AP = 2000/8000 = 25%
3.2 Impact du stockage batterie
| Configuration | τ_AC | τ_AP | Injection |
|---|---|---|---|
| Sans stockage | 30-40% | 20-30% | 60-70% |
| Batterie 5 kWh | 60-70% | 40-50% | 30-40% |
| Batterie 10 kWh | 75-85% | 50-60% | 15-25% |
| + Pilotage charges | 85-95% | 60-70% | 5-15% |
3.3 Schéma d'une installation autoconsommation
┌─────────────┐
Soleil ──────│ PANNEAUX │
│ PV 6 kWc │
└──────┬──────┘
│ DC
┌──────┴──────┐
│ ONDULEUR │
│ hybride │
└──────┬──────┘
┌──────────────┼──────────────┐
│ │ │
┌──────┴──────┐ ┌─────┴─────┐ ┌──────┴──────┐
│ BATTERIE │ │ TABLEAU │ │ RÉSEAU │
│ 10 kWh │ │ ÉLECTRIQUE│ │ (Linky) │
└─────────────┘ └─────┬─────┘ └─────────────┘
│
┌────────────┼────────────┐
│ │ │
Chauffage Électroménager VE (V2H)4. V2G et Mobilité Électrique
Le V2G (Vehicle-to-Grid) permet aux véhicules électriques de restituer de l'énergie au réseau. La batterie du VE devient un moyen de stockage distribué.
4.1 Modes de recharge et décharge
V1G (Smart Charging)
Pilotage de la recharge
selon signal prix/CO₂
Unidirectionnel
V2H (Vehicle-to-Home)
Alimentation secours
du domicile
Bidirectionnel isolé
V2G (Vehicle-to-Grid)
Injection réseau
services système
Bidirectionnel réseau
4.2 Potentiel de stockage V2G
// Parc VE France 2030 (objectif)
Nombre de VE : 15 millions
Capacité moyenne : 60 kWh
Capacité totale : 15M × 60 = 900 GWh
// Si 20% disponible pour V2G
Stockage disponible : 180 GWh
Puissance (à 7 kW/VE) : 15M × 7 × 0.2 = 21 GW
→ Plus que toutes les STEP françaises (5 GW) !
Protocole ISO 15118 : Standard de communication VE ↔ borne qui permet le Plug&Charge (identification automatique) et le V2G. Indispensable pour déployer les services smart grid avec les véhicules électriques.
Résumé
- 1Smart grid : Réseau bidirectionnel avec communication temps réel.
- 2Linky : Compteur communicant CPL, mesure 30 min, sortie TIC pour domotique.
- 3Effacement : Réduction temporaire de la consommation aux heures de pointe.
- 4Autoconsommation : τ_AC = E_auto/E_produite. Batterie : +30-40% d'autoconso.
Mini-Quiz
1. Une installation PV produit 4000 kWh/an. 1500 kWh sont autoconsommés. Quel est le taux d'autoconsommation ?
→ τ_AC = 1500/4000 = 37.5%
2. 500 000 ballons ECS de 2 kW sont effacés pendant 1h. Quelle énergie est reportée ?
→ E = 500000 × 2 × 1 = 1 GWh
3. Un ménage consomme 6000 kWh/an et autoproduit 2400 kWh. Quel est son taux d'autoproduction ?
→ τ_AP = 2400/6000 = 40%
