Comment ajuster la production d’énergie de votre installation selon les périodes de forte ou faible demande ?

Pour optimiser sa production électrique, il faut d’abord pouvoir la surveiller et l’analyser.

Le comptage électrique est une méthode de mesure de la consommation d’énergie électrique. Les compteurs déterminent et stockent des données sur la quantité d’électricité utilisée par le site à un moment donné. On peut automatiser ce suivi en reliant le compter à une centrale de mesure.

Les principaux postes de consommation électriques dans l’industrie sont le chauffage et l’éclairage (entre 15 et 45 % de la consommation totale selon Fuji Electric). Pour réduire la consommation, les industries mettent en place des stratégies d’optimisation et de récupération de l’énergie.

Le comptage électrique permet de récupérer différentes données :

• l’historique de la consommation par période ;
• les consommations par équipement ;
• les tendances saisonnières.

Grâce à un logiciel spécifique, les experts exploitent ces données pour créer des modèles de consommation et des tendances saisonnières.

L’analyse des consommations est la première étape d’une démarche d’optimisation énergétique. Cette mission peut être confiée à un « energy manager ». Son rôle est d’identifier les pistes d’économies d’énergie possibles et de proposer des ajustements, par exemple en préconisant de mieux dimensionner les installations ou simplement en revoyant les consignes de chauffage ou de stockage en chambre froide.

La flexibilité électrique est un levier qui consiste à décaler le fonctionnement d’un ou plusieurs équipements en fonction de la charge du système d’énergie. En échange d’une rétribution financière, les industriels réduisent ainsi leur consommation d’énergie en période de pointe. Le gouvernement parle aussi d’effacement de consommation.

Certaines énergies renouvelables comme le solaire ou l’éolien ont la particularité d’être produites de façon intermittente. Or, la part de plus en plus importante de ces sources d’énergie demande à ce que les solutions de stockage de l’électricité soient développées et optimisées.

On dénombre actuellement trois grandes solutions de stockage d’énergie :

• le stockage mécanique comme les barrages hydro-électriques, les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP) ou les CAES (compressed air energy storage) ;
• le stockage électrochimique dans des piles, batteries ou condensateurs, ainsi que l’hydrogène ;
• le stockage thermique comme dans des ballons d’eau chaude.

Les moyens de stockage rendent des services différents, entre production d’électricité, transport, distribution ou consommation. Actuellement, les moyens de stockage les plus importants en France sont les STEP (4,3 gigawatt) et les barrages hydro-électriques (13 gigawatt). Ce sont aussi les plus compétitifs économiquement parlant. Les solutions de stockage comme l’hydrogène, l’air comprimé ou le stockage thermique se développent énormément.

Souvent abrégées en EnR, les énergies renouvelables sont constituées de sources qui « se renouvellent naturellement assez rapidement pour être considérées comme inépuisables à l’échelle du temps humain » (source Wikipédia). Les EnR sont classées en 5 grandes familles : l’éolien, le solaire, la biomasse (bois, déchets…), l’hydraulique et la géothermie.

La part des énergies renouvelables est de plus en plus importante dans la consommation finale mondiale, mais elle reste tout de même faible. En 2018, elle était de près de 18 %. La France s’est fixée comme objectif d’atteindre une part de 40 % à l’horizon 2030.

L’enjeu majeur pour les énergies renouvelables dites intermittentes (vent, soleil) réside dans le stockage à grande échelle de l’énergie produite, pour compenser une production qui ne peut être modulée en fonction de la demande.

Pour aller vers plus d’efficacité énergétique, l’automatisation joue un rôle important, car elle offre des solutions intelligentes pour de nombreux usages. D’abord, elle permet d’optimiser les processus de production en ajustant en temps réel la production en fonction de la demande : ainsi, l’industriel évite les phénomènes de surproduction ou de sous-production et le gaspillage d’énergie associé.

Il est aussi possible de gérer intelligemment le chauffage et l’éclairage, qui sont les postes les plus énergivores. L’automate déclenche l’allumage et l’extinction en fonction de paramètres prédéfinis : la présence des employés, des horaires précis ou les conditions météorologiques.

L’automatisation et l’utilisation de capteurs intelligents sont aussi très intéressantes en matière de maintenance. La surveillance en temps réel permet de détecter immédiatement les fuites, les défaillances ou les pannes : les interventions sont plus rapides et les pertes moins coûteuses.

Enfin, la gestion des ressources énergétiques est facilitée par l’automatisation. Grâce à des algorithmes et des modèles de consommation, le logiciel peut prédire la demande en énergie et adapter la production en fonction. Il peut aussi commander le stockage de l’énergie produite de manière excédentaire pour une utilisation ultérieure.

Le réseau électrique intelligent ou Smart Grid se développe de plus en plus grâce à l’IoT (Internet of Things, c’est-à-dire les objets connectés). L’objectif d’un Smart Grid est de fluidifier les interactions entre les bâtiments et les réseaux d’énergie afin d’optimiser la fourniture d’énergie selon les périodes de consommation ou de gérer l’intermittence des énergies renouvelables.

Le fonctionnement d’un réseau électrique intelligent repose sur un composant particulier : la carte SIM M2M (ou multiopérateurs). Elle permet de surveiller et piloter à distance des équipements comme les lignes électriques ou les transormateurs.

Les capteurs de réseaux intelligents répondent à la fois à des enjeux économiques et environnementaux, en contrôlant (et donc en réduisant) la consommation énergétique des industriels.

Selon la Comission de régulation de l’énergie, l’IoT permet surtout d’adapter et synchroniser la production à la consommation d’énergie, en rendant visibles l’utilisation et le coût de l’énergie en temps réel.

Les industriels développent de nombreuses innovations pour optimiser la production d’énergie, afin de réduire son impact économique comme environnemental. L’IoT et l’intelligence artificielle vont d’abord améliorer le contrôle et la surveillance des équipements de production d’énergie. Mieux détectées, les pannes sont mieux réparées et évitent d’importants gaspillages.

De nombreuses innovations sont aussi en train de voir le jour, notamment dans le secteur de l’énergie renouvelable :

• des panneaux solaires fabriqués à base de déchets alimentaires ;
• des éoliennes sans pales, qui fonctionne avec l’oscillation et les vibrations ;
• des batteries verre lithium dont la capacité augmente avec l’âge et avec une densité d’énergie deux fois plus importante qu’une batterie lithium-ion ;
• des avions à énergie résiduelle, propulsés par des combustibles issus des déchets ou du bois ;
• les nanotubes de carbone permettant de générer un courant électrique en réagissant avec leur environnement
• des diodes bioluminescentes pour l’éclairage public…

D’autres technologies novatrices se développent, comme le thorium comme une alternative verte à l’uranium pour l’électricité nucléaire. L’hydrogène bas carbone alimentant les piles à combustible est l’une des pistes les plus sérieuses pour la mobilité propre, mais il reste à mettre au point sa production massive à partir d’énergies renouvelables.

L’ajustement de la production d’énergie selon les périodes est une des manières d’économiser et de réduire la consommation électrique, mais ce n’est pas la seule. Quelles que soient les stratégies adoptées, la Smart Energy (ou énergie intelligente) est aujourd’hui en plein essor et utilise des technologies avancées pour produire, stocker et distribuer l’énergie de manière propre, efficace et économique.