1.Introduction

Le besoin de solutions énergétiques durables se fait de plus en plus pressant. Les préoccupations croissantes concernent non seulement le changement climatique, mais aussi la sécurité énergétique et la demande croissante d'électricité de la part d'une population mondiale toujours plus nombreuse. Si nous voulons limiter notre impact sur l'environnement, nous devons respecter nos engagements en matière d'émissions nettes zéro en optimisant la production et la consommation d'énergie, notamment en limitant l'utilisation des combustibles fossiles. Cela va de pair avec la sécurité énergétique : alors qu'il était autrefois facile de compter sur des importations d'énergie bon marché en provenance de l'extérieur, les tensions géopolitiques actuelles ont assombri les relations internationales, remettant en question les accords conclus précédemment. Et comme la population mondiale continue de croître - on estime qu'elle atteindra environ 10 milliards de personnes d'ici 20501 - la demande d'électricité augmentera avec elle, une tendance qui ne fera que s'exacerber à mesure que les populations s'urbaniseront. Dans ce contexte, les réseaux intelligents apparaissent comme des éléments essentiels de notre futur cadre énergétique. Ces réseaux avancés intègrent de manière transparente la technologie numérique et les sources d'énergie renouvelables, révolutionnant ainsi la production, la distribution et la consommation d'électricité. Cet article plonge dans le monde des réseaux intelligents, en explorant leurs capacités, le paysage des investissements, les avantages qu'ils offrent et les obstacles qui doivent être surmontés pour évoluer vers un avenir énergétique résilient et durable. "Les réseaux électriques sont la clé de voûte de systèmes électriques sûrs et fiables. Au cours de la prochaine décennie, les réseaux de transport et de distribution devraient bénéficier d'une part croissante des investissements totaux dans le secteur de l'électricité dans le scénario [Net Zero]." Agence internationale de l'énergie

2. Les réseaux intelligents expliqués

L'infrastructure traditionnelle des réseaux électriques comprend deux éléments principaux : les réseaux de transmission et de distribution. Les réseaux de transport sont responsables de l'acheminement à haute tension de l'électricité depuis les installations de production jusqu'aux sous-stations sur de longues distances, en minimisant efficacement les pertes d'énergie pendant le transit. Lorsque l'électricité atteint une sous-station, sa tension est réduite par des transformateurs abaisseurs afin de garantir une distribution sûre aux utilisateurs finaux. Ensuite, le réseau de distribution facilite l'acheminement de l'électricité à basse tension vers les consommateurs, en maintenant un flux essentiellement unidirectionnel d'énergie et d'informations des générateurs vers les consommateurs. Ce modèle conventionnel a servi de colonne vertébrale à l'approvisionnement en électricité pendant des décennies, mais il manque intrinsèquement de capacité d'interaction en temps réel et d'adaptabilité aux fluctuations de la demande.  La transformation des réseaux électriques conventionnels en réseaux intelligents s'appuie sur l'intégration de composants technologiques avancés et sur la numérisation. Au cœur de cette évolution se trouve le déploiement de capteurs sur l'ensemble du réseau, qui jouent un rôle essentiel dans la surveillance des flux électriques en temps réel. Ces capteurs permettent de mesurer avec précision l'offre et la demande d'électricité, ce qui facilite l'optimisation de la production d'énergie pour qu'elle corresponde au mieux aux habitudes de consommation. La mise en œuvre de systèmes de surveillance avancés est au cœur de l'architecture des réseaux intelligents. Ces systèmes regroupent les données collectées par les capteurs et fournissent une vue d'ensemble en temps réel des performances du réseau. Ces capacités de surveillance centralisée permettent aux opérateurs de services publics de prendre des décisions en connaissance de cause, de garantir une distribution efficace de l'électricité et d'identifier et de résoudre rapidement toute anomalie ou défaillance du réseau. Le projet Danube InGrid est un bon exemple de l'utilisation de cette technologie. Lancé en 2020, il vise à intégrer les marchés de l'électricité de la Slovaquie et de la Hongrie, en améliorant la coopération au niveau de la transmission et de la distribution. Dans le cadre de la modernisation du réseau, des éléments intelligents sont ajoutés et interconnectés avec un réseau de communication amélioré afin d'obtenir une gestion et un contrôle du réseau plus efficaces. La mise en œuvre de nouvelles solutions informatiques permettra également de traiter des volumes de données plus importants et d'optimiser le fonctionnement du réseau. Un autre avantage des réseaux intelligents est leur capacité à intégrer les ressources énergétiques distribuées, telles que l'énergie éolienne et solaire, directement dans le mix énergétique du réseau. Cette intégration est possible grâce à des plateformes logicielles sophistiquées qui gèrent la production variable de ces sources renouvelables. En s'adaptant aux fluctuations de la production d'énergie éolienne et solaire, les réseaux intelligents peuvent maintenir un approvisionnement régulier en électricité, même lorsque la production d'énergie renouvelable est irrégulière. En outre, des solutions de stockage local peuvent être intégrées au réseau intelligent pour capturer l'énergie excédentaire pendant les périodes de forte production mais de faible demande. Cette énergie stockée peut ensuite être redistribuée pendant les périodes de forte demande, améliorant ainsi la capacité du réseau à équilibrer dynamiquement l'offre et la demande. L'initiative Energypolis en Suisse est une démonstration concrète de l'intégration des ressources énergétiques distribuées et du stockage dans les réseaux intelligents. Le campus s'enorgueillit d'un éventail de technologies comprenant des panneaux solaires, des batteries de stockage, des systèmes de recharge électrique flexibles, des pompes à chaleur, des piles à combustible, des systèmes de surveillance et de contrôle avancés, ainsi que des installations de conversion de l'électricité solaire en hydrogène et en méthane. Cela prouve que l'application de la technologie des réseaux intelligents à une communauté est non seulement possible, mais aussi de plus en plus économiquement viable. En outre, l'automatisation joue un rôle essentiel dans le fonctionnement des réseaux intelligents, en rationalisant le processus d'ajustement des flux et de gestion des ressources énergétiques distribuées. Grâce à l'automatisation, des actions telles que le réacheminement de l'électricité pour éviter les circuits surchargés ou l'intégration des sources d'énergie renouvelables dans le réseau peuvent être exécutées avec une intervention humaine minimale. Cela permet non seulement d'améliorer l'efficacité et la fiabilité du réseau, mais aussi de réduire considérablement le risque d'erreur humaine.

3. Avantages des réseaux intelligents

Les réseaux intelligents révolutionnent le secteur de l'énergie, dépassant les capacités des réseaux conventionnels et offrant toute une série d'avantages :

• Efficacité et fiabilité : Les réseaux intelligents minimisent les pertes d'énergie et optimisent le fonctionnement des réseaux en améliorant considérablement l'efficacité de la distribution d'électricité. Les systèmes de surveillance avancés jouent un rôle essentiel dans l'amélioration de la fiabilité, en identifiant et en corrigeant rapidement les défauts afin d'accélérer le rétablissement du service après les pannes.
• Intégration et gestion des énergies renouvelables : Les réseaux intelligents facilitent l'intégration transparente des énergies renouvelables, telles que l'énergie solaire et éolienne, en gérant leur nature intermittente. Cela contribue à un mix énergétique plus durable, réduisant ainsi les émissions de gaz à effet de serre. Les outils améliorés de gestion des réseaux offrent aux services publics une meilleure visibilité de leurs réseaux, ce qui permet d'équilibrer la charge et de contrôler la tension de manière plus efficace. Ils ouvrent également la voie à une plus grande utilisation des véhicules électriques et hybrides en rationalisant leur intégration et leur chargement dans l'infrastructure du réseau.
• Réduction des coûts et résilience : En optimisant l'exploitation des réseaux et en permettant des programmes de réponse à la demande, les réseaux intelligents peuvent entraîner des économies de coûts pour les services publics et les consommateurs. En outre, le rôle déterminant des réseaux intelligents dans la croissance des micro-réseaux renforce la résilience des réseaux énergétiques locaux, en leur permettant de fonctionner de manière autonome et en les protégeant contre les perturbations plus importantes du réseau.

Grâce à ces avancées, les réseaux intelligents apparaissent comme un élément clé de la transition vers un système électrique plus efficace, plus durable et plus résistant pour les générations futures.

4. Principaux défis

Toutefois, leur mise en œuvre à l'échelle mondiale se heurte à des difficultés que l'on peut classer en trois grandes catégories :

• Technologie : Les réseaux intelligents, en tant qu'infrastructures numériques, sont vulnérables aux menaces de cybersécurité. La mise en conformité avec les normes et les réglementations en matière d'atténuation des risques nécessite des solutions techniques globales. Les défis s'étendent également à l'intégration des micro-réseaux, nécessitant des algorithmes avancés pour l'automatisation du réseau et la mise en place d'une gestion efficace des données afin d'exploiter pleinement les données générées.
• Règlement :Les organismes de régulation jouent un rôle crucial dans la modernisation du réseau. Par exemple, ils obligent les entreprises de services publics à présenter leurs plans stratégiques pour parvenir à l'efficacité, à la fiabilité et à la durabilité. Les organismes de régulation doivent veiller à l'alignement des avancées technologiques sur les normes existantes, notamment en matière de confidentialité des données et de cybersécurité. L'établissement de normes d'interconnexion est également essentiel pour l'intégration transparente de diverses technologies, comme le démontre l'alliance E4S, un partenariat de 21 entreprises de services publics qui collaborent pour développer une architecture de réseau intelligent ouverte et interopérable. Les entités gouvernementales peuvent faciliter ce processus en déterminant et en appliquant ces normes.
• Économie/coûts : La transition vers des systèmes de réseaux intelligents implique un investissement substantiel dans la modernisation des infrastructures existantes et l'adoption de nouvelles technologies. La rentabilité à long terme de ces investissements, associée à d'éventuels ralentissements économiques et à des restrictions budgétaires, pose d'importants défis financiers. La formation de partenariats stratégiques, tels que la Global Smart Energy Federation (GSEF), qui promeut la collaboration entre les secteurs public et privé, offre une voie pour surmonter ces obstacles

5. Comprendre les tendances en matière d'investissement

Examinons de plus près les tendances en matière d'investissement dans les réseaux électriques. Nous pouvons les classer en trois thèmes principaux : (i) les différences régionales, (ii) l'importance croissante du numérique et (iii) l'augmentation de la capacité. Investissements dans les réseaux électriques  Il existe une disparité régionale notable dans les dépenses. Selon l'AIE, les économies avancées, y compris la Chine, représentent 80% des dépenses totales. Au cours des prochaines années, l'Union européenne devrait investir 584 milliards d'euros, suivie du Japon, de la Chine et de l'Inde, pour un total de 593 milliards d'euros. Les États-Unis et le Canada devraient dépenser 10 milliards d'euros. L'investissement dans l'infrastructure numérique pour les réseaux intelligents a fait un bond, marquant une croissance de 8% par rapport à l'année précédente et soulignant le besoin urgent de moderniser les systèmes de distribution qui sont à la traîne en termes de numérisation. Alors que les réseaux de transport ont atteint un haut degré de maturité numérique, l'accent est désormais mis sur l'amélioration des réseaux de distribution, qui concentrent 75% des projets d'infrastructure à venir. L'augmentation de la capacité des réseaux est impérative, compte tenu de la demande croissante d'électricité, qui devrait représenter 50% du bouquet énergétique mondial d'ici à 2050 (contre 20% en 2023). Pour répondre à cette demande, la capacité du réseau électrique mondial devrait doubler par rapport aux niveaux actuels. L'expansion prévue, qui atteindra 205 millions de kilomètres de circuit d'ici à 2050, souligne le rôle crucial des investissements dans les réseaux intelligents pour façonner un avenir énergétique résilient et durable. Selon l'Agence internationale de l'énergie, les investissements dans les technologies de réseaux intelligents devraient augmenter de manière significative. Cette croissance est motivée par la nécessité de disposer de systèmes électriques plus sûrs et plus résistants, associée à la transition mondiale vers les sources d'énergie renouvelables.

6. Exigences du scénario "zéro net

En effet, pour atteindre les objectifs du scénario "Net Zero" tels qu'ils ont été définis par l'Agence internationale de l'énergie, il est essentiel d'augmenter considérablement les investissements dans le réseau mondial. Investissements nécessaires pour atteindre le niveau zéro  Les chiffres actuels indiquent que pour maintenir le cap, les investissements doivent s'élever en moyenne à 560 milliards d'euros par an jusqu'en 2030, ce qui représente une augmentation substantielle par rapport aux 280 milliards d'euros actuels. La majeure partie de cet engagement financier est attendue des économies avancées et de la Chine, qui devrait contribuer à hauteur d'environ 430 milliards d'euros par an. Cependant, le paysage de l'investissement est volatile. Les investissements dans le réseau électrique des économies avancées ont diminué d'un tiers au cours de la période 2019-2022 en raison des impacts économiques de la pandémie de COVID-19. Bien qu'un rebond ait été prévu après 2022, un déficit annuel de 100 milliards d'euros persiste, ce qui représente un défi important pour maintenir l'élan vers la réalisation d'émissions nettes nulles. De même, la Chine est confrontée à un déficit d'investissement annuel de 115 milliards d'euros par rapport aux dépenses requises dans le cadre du scénario "zéro net" de l'AIE, et les marchés émergents accusent un déficit de 31 milliards d'euros.

7. Conclusion

À mesure que nous avançons dans la complexité de la transition énergétique, l'importance des réseaux intelligents devient de plus en plus évidente. En facilitant l'intégration des énergies renouvelables, en améliorant l'efficacité et en renforçant la résilience des réseaux, les réseaux intelligents jouent un rôle crucial pour nous guider vers un avenir durable et neutre en carbone. Malgré les difficultés, les investissements stratégiques dans les technologies de réseaux intelligents et leur déploiement sont des étapes essentielles pour concrétiser la vision des villes intelligentes et d'un système énergétique mondial durable. À ce titre, les efforts collectifs des décideurs politiques, des acteurs du secteur et des communautés sont essentiels pour exploiter tout le potentiel des réseaux intelligents afin de répondre à nos besoins énergétiques tout en atténuant les incidences sur l'environnement.

Bianca Van Zijderveld - Gestionnaire principal - Précision

Sven Van Wijk - Associé - Accuracy