Le numérique révolutionne l’électrique

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Du smart grid à l’ampoule électrique en passant par les smart cities, la production et la consommation de l’électricité sont bouleversées par les technologies numériques.

Le grid devient smart

Tous les pays veulent augmenter la part de l’énergie renouvelable dans la production d’électricité, notamment éolienne. Ce n’est pas un problème lorsque l’apport de ces énergies est minimal mais le devient lorsqu’il est significatif. C’est le cas de l’Etat du Colorado où la part de l’éolien a doublé depuis 2009. La difficulté à surmonter est l’intermittence de ce type de production d’électricité en fonction du changement des conditions météorologiques. Générer trop ou trop peu d’électricité peut faire plonger le réseau. Et plus l’apport en éolien est important plus il est nécessaire de les doubler de centrales traditionnelles à charbon ou à gaz capables de prendre le relais en cas de défaillance.

Il y a quelques années, les répartiteurs ne bénéficiaient de prévisions très précises. Les prévisions offraient une marge d’erreur pouvant aller jusqu’à 20%. Les prévisions dont dispose désormais la compagnie Xcel Energy résultent des données collectées depuis chaque turbine. Le centre NCAR publie des prévisions à 7 jours par tranche de 15 minutes. Elles lui permettent de fermer des centrales conventionnelles. Ces prévisions lui permettent de piloter en temps réel la production des fermes d’éoliennes, en particulier en modifiant l’angle des pales.

Grâce à cette prévision beaucoup plus précise, il est ainsi possible de réduire ces réserves nécessaires. Toutes les secondes, chaque turbine enregistre la vitesse du vent et l’électricité produite. Elle envoie ensuite toutes les 5 minutes les données au centre atmosphérique NCAR (National Center for Atmosphère Rsearch) situé à Boulder, à quelque 150 km. Le nouveau logiciel dont disposent les supercalculateurs du centre traite ces données complétées d’information en provenance des satellites et stations météorologiques et des autres fermes d’éoliennes. Le résultat est une capacité à prévoir la force des vents avec une précision jamais atteinte permettant ainsi d’augmenter la part de l’éolien et de diminuer les coûts.

La prochaine étape est la prévision de l’activité solaire pour les centrales à base de cellules phovoltaïques. Aux difficultés techniques s’ajoutent que celle que les particuliers, de plus en plus nombreux, qui participent à la production ne sont pas nécessairement recensés.

La mobilité, composante du Smart grid

La nouvelle solution mobile iOS du National Grid[1] du Royaume-Uni, qui s’intègre au système de gestion d’actifs de l’entreprise, fournit et collecte les détails des ordres de maintenance programmée et impromptue, tout en produisant une feuille de suivi mobile des activités. L’entreprise a défini une liste de plus de 25 applications mobiles du catalogue SAP qu’elle prévoit de développer pour ses collaborateurs.

“Le National Grid a la responsabilité d’assurer la continuité du service de fourniture d’électricité auprès de millions de clients au Royaume-Uni”, explique Tina Sands, responsable des systèmes d’information du National Grid. “Notre précédente solution mobile, qui était critique pour permettre aux ingénieurs de terrain de maintenir nos équipements de distribution du gaz et de l’électricité sans interruption de service, avait été déployée en 2003 et avait besoin d’être remplacée. La nouvelle solution mobile basée sur des logiciels SAP facilite la tâche des ingénieurs de terrain combine des fonctionnalités de cœur de métier avec des capacités avancées, telles que la prise de photographies du lieu d’intervention et l’accès à la demande de l’historique des opérations réalisées sur les équipements. Ce qui améliore considérablement le processus de décision et la rentabilité.”

Les lumières de la ville

L’éclairage parisien s’appuie sur quelque 200 000 points lumineux qui sont gérés par la société Evesa qui gère aussi les feux tricolores des 1700 carrefours de la Capitale. Pour répondre à la complexité de ce marché remporté en 2011, Le groupement Evesa a été créé spécialement par ETDE et Aximum (groupe Bouygues), Vinci Energies et Satelec (Groupe Fayat). Les contraintes imposées par le contrat étaient serrées : à tout moment, le taux de pannes ne doit pas dépasser 1,2 % pour les lumières et 0,3 % pour les feux tricolores. Et les objectifs de la Ville de Paris sont tout aussi ambitieux : réaliser une économie de la facture d’électricité de 30 % d’ici à 2020.

Pour ce contrat, Evesa s’est appuyé sur la technologie de la société Streetlight Vision – qui vient d’être rachetée par la firme américaine Silver Spring Networks – qui a développé une application en mode SaaS qui permet un contrôle et une modulation de l’éclairage en fonction de différents paramètres.  « Nous sommes très attentifs à l’idée de Ville intelligente dont le réseau électrique constitue une des composants, expliquait Jean-Louis Missika, adjoint à la maire de Paris, chargé de l’urbanisme, l’architecture, des projets du Grand Paris, du développement économique et de l’attractivité. Nous avons l’ambition de faire de Paris l’un des smart cities les plus avancées du monde ».

La solution de Streetlight Vision permet de dépasser le seuil minimal de fonctionnement, à savoir allumer et éteindre l’ensemble des lumières pour le faire progressivement en fonction de la luminosité ambiante et de manière individuelle.

Une fois qu’un telle infrastructure est mise en place, il est possible de l’utiliser par ajout de capteurs spécialisés pour d’autres applications (pollution, trafic…).  C’est ce qu’a fait la Ville de Singapour qui a mis en place une infrastructure pour le lancement d’une application avant de l’utiliser pour d’autres. Le coût marginal des applications suivantes est évidemment très faible.

Streetlight Vision propose sa solution en marque blanche aux industriels du luminaire. Ceux qui l’on adoptée ont pu transformer leurs produits en objets connectés capables ainsi de s’intégrer dans un réseau d’éclairage intelligent.

La solution de Streetlight Vision

L’ampoule se numérise

Le numérique s’immisce aussi au niveau de l’ampoule électrique. C’est en 1879 que le chimiste anglais Joseph Swan – en s’appuyant sur les travaux de Thomas Edison – met au point la lampe à incandescence utilisant un filament en tungstène. Et jusqu’à une date récente, on utilisait encore cette technique traditionnelle. Depuis, les LED (Light-Emitting Diodes) ont changé radicalement l’éclairage avec, à la clé, des économies d’énergie importantes. Les LED représentent aujourd’hui 4 % du marché américain mais elles pourraient atteindre 75 % en 2030.

Mais les LED pourraient apporter des changements bien plus profonds vers ce que l’on pourrait appeler l’éclairage en réseau. Les ampoules LED sont en fait composants qui utilisent émettent de la lumière à partir de semiconducteurs incorporés dans des circuits intégrés. Ce qui implique que ces derniers peuvent partager cet espace avec des senseurs, des puces de communication sans fil et un nano-ordinateurs et devenir ainsi des éléments d’un plus ensemble plus large et permettant le développement d’applications nouvelles.

Philips a ouvert aux développeurs le code qui fait fonctionner la famille d’ampoules résidentielles Hue Line. Il est ainsi possible de télécharger des apps sur un Smartphone qui, par exemple, transforme un intérieur en créant une atmosphère de coucher de soleil sur Paris (Goldee) ou de discothèque (Ambify). Avec la numérisation de la gestion de la lumière, il sera possible d’exercer un contrôle complet sur l’éclairage, de le connecter avec d’autres systèmes ou encore de collecter tout type de données.

Une autre application a été mise en œuvre par le cabinet Deloitte dans son siège régional d’Amsterdam grâce à l’installation des ces ampoules d’un nouveau type. Chacune des 6500 ampoules installées dans le bâtiment dispose d’une adresse IP et de 5 capteurs reliés à un câble Ethernet. Ces ampoules utilisent la technologie PoE (Power over Ethernet) qui permet de diffuser à la fois l’électricité et les données. Ce qui permet en particulier de moduler l’éclairage en fonction de la luminosité et de tout éteindre quand personne n’est présent. Les capteurs détectent différents paramètres comme la température, l’humidité, l’émission de CO². Deloitte espère réduire de 70 % la consommation électrique. Le prix des ampoules de la gamme Hue est encore élevé (59$ l’unité) mais devrait baisser rapidement.

Quelques expériences EDF dans le smart grid