Concepts de Smart Grid, Smart Meetering, Smart Cities et autres SMART's !

Jean-Daniel Napar- Président du Syndicat ACR

Le but de cette chronique Xpair est à la fois didactique et elle montre que les concepts de Smart Grid, Smart Meetering, Smart Cities et autres SMART's ont besoin de Smart Buildings et Smart Homes, c'est-à-dire en premier lieu de bâtiments intelligents et de maisons intelligentes

Cette chronique est donc axée sur ces sujets :

1. Pourquoi cette vision et ces concepts des « SMARTS » sont-ils apparus ?
2. Essayer de donner quelques explications des « SMARTS » (il n’y a pas de définitions arrêtées à ce jour car ces sujets sont rapidement évolutifs).
3. Que faut-il faire du côté des bâtiments (Résidentiel « Smart Home » et Tertiaire « Smart Building » ?
4. Quelques réalités techniques et économiques à prendre en compte.
5. En guise de conclusion.

La dérégulation progressive des marchés de l'électricité et du gaz dans le monde, ainsi que l’interconnexion croissante des réseaux, ont incité des agences et organismes gouvernementaux de réglementation ou de régulation à rechercher des moyens de mieux connaître, prévoir et maîtriser la consommation d’électricité, de gaz et d’eau des habitants, d’un quartier, d’une région ou d’un pays.

Ceci dans le cadre de la ville intelligente et des réseaux intelligents, mais aussi pour aider les citoyens et autres usagers de l'électricité à mieux auto-contrôler ou mieux réguler dans le temps leur consommation (aspect énergétique de la consommation).

Les ressources de matières premières que nous utilisons depuis un siècle pour bâtir notre système de vie, ne sont pas infinies – aspect énergétique de mode de fourniture d’énergie (les énergies renouvelables vont devenir indispensables).

En même temps, les émissions de gaz à effet de serre touchent notre environnement et vont affecter notre santé ainsi que le climat (aspect environnemental durable et changement climatique dus à notre activité). Le premier consommateur d’énergie primaire (et par la même occasion le premier émetteur de gaz à effet de serre pour la transformation de cette énergie primaire) est le Bâtiment (de tout type).

Nos actions doivent se concentrer en priorité sur ce domaine. Le développement technologique (surtout informatique, automatisation et communication) a fait un pas de géant dans une période très courte (aspect cybernétique du développement). La pression médiatique des sujets ci-dessus a imposé les concepts marketing et de communication (remplacement du terme intelligent par SMART !)

Il n’y a pas de définitions qui se sont imposées à ce jour pour des sujets aussi rapidement évolutifs

Smart Meetering
Cette notion concerne plus souvent le compteur électrique, mais s’étend aux domaines du gaz naturel et de l’eau. Éventuellement « bidirectionnels », ils sont aussi développés dans la perspective de la Smart City (ou ville du futur).

Dans cette perspective, sont attendus des instruments (capteurs intelligents et communicants) et des réseaux capables de traiter, stocker, filtrer, sécuriser, renvoyer ou partager des données. Ceci dans le but de suivre en temps réel les réseaux, équilibrer l’offre et la demande, maîtriser ou lisser les consommations, produire des factures, repérer et réparer les pannes ou défauts, piloter la gestion de crise, affiner les modèles de prévision, etc.

Smart Meetering : exemple en France avec LINKY - (Source EDF)

Smart Grid
Les réseaux électriques intelligents, ou Smart grids, sont communicants car ils intègrent des fonctionnalités issues des technologies de l’information et de la communication. Cette communication entre les différents points des réseaux permet de prendre en compte les actions des différents acteurs du système électrique et notamment des consommateurs. L’objectif est d’assurer l’équilibre entre l’offre et la demande à tout instant avec une réactivité et une fiabilité accrues et ainsi d’optimiser le fonctionnement des réseaux. Le système électrique passe d’une chaîne qui fonctionne de façon linéaire et synchronisée vers un système où l’ensemble des acteurs est en interaction et asynchrone pour la production.

Le stockage d’énergie électrique reste un challenge. Rendre les réseaux électriques intelligents consiste donc en grande partie à les instrumenter pour les rendre communicants. Actuellement, le réseau de transport est déjà instrumenté notamment pour des raisons de sécurité d’approvisionnement. En revanche, les réseaux de distribution sont faiblement pourvus de technologies de communication, en raison du nombre très important d’ouvrages (postes, lignes, etc, ...) et de consommateurs raccordés à ces réseaux. L’enjeu des Smart Grids se situe donc principalement au niveau des réseaux de distribution et des « producteurs d’électricité locaux ».

Smart Grid : exemple de mise en œuvre - (Source EDF)

• Faire évoluer l’approche bâtiment d’un simple consommateur d’énergie vers un acteur « énergétiquement actif » qui reçoit et fournit de l’énergie
• Offrir un cadre de vie (confort de tout type : température, CO2, acoustique, humidité …) et informer l’occupant en utilisant le minimum d’énergie possible (optimisation par la demande et non par la fourniture)
• Participer dans son voisinage avec d’autres types de bâtiments pour des écosystèmes que nous pouvons appeler quartiers/villes Intelligentes : Smart Cities
• Tirer le maximum d’avantages des technologies SMART : Smart Control, Smart Management (Régulation et GTB) pour échanger avec son voisinage

Il faut donc définir des modèles et méthodes d’échanges d’informations génériques et les standardiser.

C’est le travail en cours des experts en réseau (mondial) qui vont développer dans le bâtiment ces modèles. Aux vues de l’impact sur le nombre important d’acteurs économiques, l’un des choix est de passer par le consensus obtenu par les organismes de standardisation. C’est le cas du premier document disponible, en cours d’approbation par les procédures de standardisation (ISO TC205/WG3 – Building Automation and Control), qui est enregistrée ISO 17800 et nommé « Facility Smart Grid Information Modèle » (FSGIM) ou modèle d’informations dans les bâtiments pour échanger avec les Smart Grids.

Ce document est complété par deux autres :

• USER GUIDE FSGIM (GUIDE DE MISE EN ŒUVRE)
• BACnet Web Services

FSGIM est le premier document d’une série qui va suivre. Un modèle d’information est une abstraction, non une mise en œuvre. Cette représentation abstraite est une façon de représenter la réalité que la technologie de la Régulation et GTB a l’habitude de gérer dans les installations des bâtiments. Cette technologie peut être tout à fait différente selon le type du bâtiment. Ce premier document - FSGIM - sera utilisé pour développer ou améliorer d’autres normes (standards) qui définissent la technologie et le protocole de communication à mettre en œuvre suivant les spécificités du modèle pour des marchés particuliers. Utilisant le même modèle d’information FSGIM, un niveau d’interopérabilité est assuré puisque la signification sémantique des informations est normalisée (standardisée). Un traducteur de protocole peut toujours être utilisé pour traduire les syntaxes de messages différents et la signalisation, mais le contenu de l’information est compris. De cette façon, le FSGIM fournira la base pour des extensions interopérables à l’avenir. La figure qui suit illustre les types d’informations normalisées (standardisées) dans le FSGIM et comment ces éléments vont être utilisés par les protocoles pour la mise en œuvre.

La méthode de modélisation choisie est de définir 4 éléments majeurs de base :

• Generator Component = élément générateur d’énergie
• Meter Component = élément qui mesure l’énergie
• Load Component = élément qui consomme l’énergie
• Energy Manager Component = élément gestionnaire d’énergie

Ces éléments de base (building blocks) peuvent être arrangés et combinés selon les besoins pour représenter des équipements physiques, systèmes ou fonctions. La structure sémantique utilisée pour définir le modèle FSGIM a été faite en utilisant le langage UML = Unified Modeling Language.

Exemple d’architecture pour la compréhension avec les codes de couleurs :

• EMS = Energy Manager
• Smart Appliance = Energy Manager + Load
• Battery = Generator + Load
• Premise sub-meter = Meter

Il est évident que derrière la modélisation et les descriptions présentes dans le FSGIM, les cas d’utilisation (use cases) et les applications pertinentes sont aussi décrites, à savoir :

• Gestion de génération in situ : On-site generation management
• Demande/Réponse : Demand response
• Gestion de stockage d’Électricité : Electrical storage management
• Gestion de la demande maximale : Peak demand management
• Prédiction du besoin d’énergie : Forward power usage estimation
• Délestage : Load shedding capability estimation
• Mesure de la charge : End load monitoring (sub-metering)
• Qualité du service de management d’énergie : Power quality of service monitoring
• Utilisation de données de consommations d’énergie historiques : Use of historical energy consumption data
• Contrôle de charge : Direct load control

Le BUT de cette norme (standard) est de définir un modèle abstrait, orienté objet de l’information. Il permet à des appareils et des systèmes de commandes (Régulation et GTB) dans des maisons, des constructions (bâtiments) et des installations industrielles, de gérer des charges électriques et des sources de génération en réponse à la communication avec une grille (un réseau) électrique « intelligente » = « Smart Grid ». Ceci dans le but de communiquer des informations avec les fournisseurs d’énergies, permettant ainsi aux bâtiments de coopérer et faire partie des applications futures, en dehors du périmètre du bâtiment.

La transition nécessaire vers le Smart Grid sera longue. Il est impossible (et imprudent) de préconiser à tout équipement et système existant d’être remplacé immédiatement pour être « compatible Smart Grid ».

Le Smart Grid soutient la transition graduelle et la longue coexistence de technologies diverses en vue de les faire évoluer pas à pas. Il va falloir progressivement mettre à jour et faire la transition des systèmes existants de Régulation et GTB pour arriver au Smart Building et Smart Home.

Si les Smart Grid, Smart Meetering, Smart Cities et autres SMART's doivent voir le jour, ils devront avoir des Smart Buildings (immeubles intelligents) et Smart Homes (maisons intelligentes) de tout type pour interagir avec eux.

L’avenir appartiendra au monde SMART qui sera là pour nous servir et pour notre santé (dans les maisons ou appartements où nous vivons) ou pour notre productivité (dans les bâtiments où nous travaillons).

L’individu et son bien-être étant au centre des préoccupations, et non son pouvoir de « consommation » !

Par Jean-Daniel Napar, Président du Syndicat ACR

SOURCE ET LIEN

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