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Les Smart Grids en Allemagne:retours sur le programme E-Energy

Maxime Cassat, EDF R&D/EIFER [email protected]

Paul Haering, EDF R&D/EIFER [email protected]

EUROPÄISCHES INSTITUT FÜR ENERGIEFORSCHUNGINSTITUT EUROPEEN DE RECHERCHE SUR L’ENERGIEEUROPEAN INSTITUTE FOR ENERGY RESEARCH

Séminaire « démonstrateurs à l’international »

3 avril 2013

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

Sommaire

Le contexte allemand

Présentation du programme E-EnergyeTelligence, RegModHarz, eDeMa , Smart Watts, MoMa, MeRegio

Résultats du programmeSmart Consumer

Smart Market

Optimisation locale

Smart Meter

Résumé

Roadmaps des académiques et industriels

Combien cela pourrait coûter/rapporter ?

2Séminaire "démonstrateurs à l'international": REX E-Energy Allemagne

Sommaire




Smart Market

Optimisation locale

Smart Meter

Résumé




Le contexte allemand en quelques chiffres

Situation électrique :

1er consommateur élec en UE

1er émetteur de CO2 en UE

2ème prix les plus élevés en UE

Objectifs:

Sortie accélérée du nucléaire d’ici 2022

Part EnR dans fourniture élec:20% en 2011

35% en 2020 80% en 2050

Charbon et gaz en transition

Dévpt accéléré du réseau


• 4 producteurs principaux (EON, RWE, EnBW, Vattenfall)• 4 GRT indépendants• 800 GRD (principalement des régies municipales « Stadtwerke »)• 1058 fournisseurs (mais reste oligopolistique)

Sommaire




Smart Market

Optimisation locale

Smart Meter

Résumé




Le programme E-Energy

Lancé en 2007 par deux ministères: économie (BMWi) et environnement (BMU)

Budget total: 140 M€ dont 60 M€ de l’Etat

6 projets (choisis parmi 20 candidatures) répartis sur différentes régions

Objectif principal: « démontrer dans des régions pilotes le potentiel d’optimisation permis par l’intégration de ICT afin d’améliorer l’efficacité, la compatibilité environnementale et la sécurité de fourniture d’électricité »

taskforce transverses:Architecture systèmes

Interopérabilité

Cadres légaux et régulation

Analyse marché

Transparence & automatisation + Places de marché & nouveaux services= Smart Energy « made in Germany »


Cuxhaven (arrondissement)

- Dévpt massif de l'éolien on &

offshore

- Entrepôts frigo de l'industrie de la

pêche

EWE AG

BTC AG (filiale TelCom de EWE),

energy & meteo systems GmbH,

Fraunhofer-Allianz Energie

20 M€

- Mise en place d'un marché auquel

sont couplées une centrale virtuelle

(1,2 MW : entrepôts frigo + PV +

éolien) et des unités de cogénération

(0,5 MWel: piscine)

- Tarifs variables: 650 logements

équipés d’afficheurs de suivi conso et

incitation tarifaire

eTelligence

Implantation

Contexte

Coordinateur

Partenaires

principaux

Budget

Descriptif


Harz (arrondissement)

La seule région rurale parmi les 6

projets. Forte pénétration ENR:

biomasse et de l'hydro = 28 % du mix

(2008)

RegenerativKraftwerk Harz GmbH &

Co KG

50 Hertz Transmission GmbH, envia

Verteilnetz GmbH , E.ON Avacon AG,

Siemens AG, in.power GmbH

16 M€

- Centrale virtuelle regroupant 25

unités de production (PV, éolien,

cogé) et accent sur la prévision de

prod ENR

- Instrumentation réseau distrib

-Tarifs variables: 46 logements pilotés

RegModHarz

Implantation

Contexte

Coordinateur

Partenaires

principaux

Budget

Descriptif


Rhein-Ruhr (région-métropole)

Plus grande aire urbaine allemande

(>11 Mhab.)

RWE AG

Siemens AG, Prosyst Software

GmbH, Miele & Cie. KG

20 M€

- Mise en place d’un marché virtuel et

dévpt de produits et services pour les

acteurs du marché

- Instrumentation réseau distrib

- Pilotage de la prod. (14 microcogé)

- Tarifs variables: 660 logements (80

% portail conso, 20% pilotage de

charge)

eDeMa

Implantation

Contexte

Coordinateur

Partenaires

principaux

Budget

Descriptif


Aix-la-Chapelle (ville)

Regroupement de partenaires autour

de la standardisation

utilicount GmbH & Co. KG

Stadtwerke Aachen AG, PSI Energy

Markets GmbH, Soptim AG,

Kellendonk Elektronik GmbH,

20 M€

- Dévpmt d'un standard de

communication des équipements

électroménagers: EE-Bus

- Tarifs variables: 250 participants

pilotés depuis décembre 2012

Smart Watts

Implantation

Contexte

Coordinateur

Partenaires

principaux

Budget

Descriptif


Mannheim (ville) et Dresde (ville)

Forte densité urbaine, 500

producteurs locaux d'ENR dans l'aire

urbaine de Mannheim (PV &

cogénération) qui comptent pour 14%

dans le mix électrique (2008)

MVV Energie AG

IBM Deutschland GmbH, Power

PLUS Communications AG,

Papendorf Software Engineering

GmbH

20 M€

- Réseau découpé en microgrids: opti

locale de l’équilibre O/D.

-Tarifs variables: 200 logements par

affichage puis 700 par pilotage

MoMa

Implantation

Contexte

Coordinateur

Partenaires

principaux

Budget

Descriptif


Göppingen (ville) et Freiamt (village)

Le Baden-Württemberg est la région

la plus ensoleillée d'Allemagne: forte

pénétration PV. Le projet intègre le

« Bioenergiedorf » de Freiamt qui

couvre ses besoins chaleur/élec par

ENR

EnBW AG

ABB AG, IBM Deutschland GmbH,

SAP AG

20 M€

Optimisation de flexibilités aval pour

1000 logements (PV, micro cogé, VE,

électroménager, stockage élec, PAC)

à l'aide d'une place de marché

MeRegio

Implantation

Contexte

Coordinateur

Partenaires

principaux

Budget

Descriptif


Sommaire




Smart Market

Optimisation locale

Smart Meter

Résumé




Dans l’ensemble, 4 types de tarifications testées: variable statique, variable dynamique, bonus/malus ENR, niveau de consommation

Retours projets:MoMa: 200 clients résidentiels incités à déplacer leur charge par une offre HP/HC statique sur plusieurs périodes d’une heure chaque jour: 2/3 des clients indiquent avoir modifié leur comportement. Les mesures montrent ↘ 2% de conso et déplacement 6-8% de la charge (produits blancs) vers HC. Jusqu’à 8€/mois économisés pour certains clients. Néanmoins, seul 1/3 seraient prêts à souscrire à une offre de 5€/mois pour ce service.

MeRegio: 100 clients incités par des basculements entre 3 tarifs: de 3% à 35% de réduction de la charge selon le delta tarif chute de la réduction après 3 mois d’expérimentation

Smart Consumer: tarification variable et pilotage


eTelligence: 660 clients résidentiels incités par 4 types de tarifs. - Tarif plus élevé au-delà de 80% du niveau de consommation mensuelle moyenne↘ 11% de la consommation observée par rapport à l’année précédente- HC entre 08:00 et 20:00 ↘ 12% de la consommation observée - Bonus/Malus lors de forte injection ENR↘ 20 % lors des périodes de malus et ↗ 30% lors des périodes de bonus. Bilan énergie négatif!

Smart Consumer: tarification variable et pilotage


eTelligence:

Place de marché eTelligence composée de:- 1 Centrale Virtuelle (2 entrepôts frigo, 2 centrales PV et éolienne) et de 2 centrales cogé (0,5 Mwel pour chaleur piscine) - un teneur de marché (intermédiaire fluidifiant) - le marché EEX-Spot (↗ liquidité sur le marché).

La plateforme de marché est le lieu de transactions (prix et durée) de puissance active pour des durées allant d’un quart d’heure à plusieurs heures.

Le pilotage par la centrale virtuelle a permis d’augmenter les revenus par rapport à une cogé uniquement pilotée par les besoins en chaleur

Flexibilité limitée en hiver car car besoins frigos plus faibles.

Valorisation supplémentaire possible des centrales cogé par des services systèmes (réserve de capacité, puissance réactive pour tenue en tension)

La centrale de cogénération, du fait d’un facteur de charge élevé, la part de marché la plus importante (70,7%)

Smart Market: place d’échange locale


Optimisation locale: centrale virtuelle B2BPlan de consommation de l’entrepôt en fonction de (prév. prod/conso & prix day-ahead)

Production éolienne

Prix marché eTelligence Spot

Consommation entrepôt frigo


Smart Meter: connecteur au Smart Market

Le Smart Meter n’est qu’un appareil de comptage permet l’accès au Smart Market et n’est pas géré par le GRD (responsable de la connexion)


Les enseignements du programme E-Energy

Chaque projet/région a ses spécificités pas de «Smart Grid allemand»

Smart Home: Les systèmes domotiques pour la maison ont tendance à se développer et à prendre une part de marché de plus en plus importante

Il y a pour l’instant trop de protocoles qui existent pour le smart home: le protocole EEBUS développé dans Smart Watts pourrait devenir un standard.

Smart Meter: La majorité de la population allemande ne sait pas ce qu’ils sont et leur fonction.

Ils sont le point de connexion avec le Smart Market, lui-même inexistant pour l’heure.



Smart Consumer:les clients résidentiels ont différentes aspirations: économies d’énergie, gains financier, produire soi-même de l’énergie, pouvoir changer son fournisseur d’électricité de façon simple sur internet, etc.)

L’incitation tarifaire permet de déplacer au maximum 10% de la charge

Les modèles de tarification variable doivent rester simples: « ce que je ne comprends pas, je n’en ai pas besoin »

Le pilotage tarifaire (automatisation des appareils) permet déplacer au maximum 20% de la charge, et apparaît plus durable que l’incitation tarifaire.

Smart Market: Les marchés de l’énergie testés dans le cadre du projet (simulation et test réel) se sont montrés efficaces en permettant la transaction de produits au niveau local et régional

Les mécanismes de marché mis en place ont permis l’activation de flexibilité. Dans le futur, on peut s’attendre à la mise en place d’un « merit order » entre l’ensemble des flexibilités (centrale de production, stockage, transport & DR)



Besoin de définir les périmètres Marché / GRD en prise directe:


Pilotage équipement

Gestion d’objets (Box, GTB)

Gestion des flexibilités (agrégateur, etc.)

MarchéCommerce Réseau

Commutation directeSignal prix

Source: Vier Jahre gemeinsam unterwegs: Ein Überblick über die Erkenntnisse des E-Energy-Programms, Ludwig Karg, B.A.U.M.

Consult GmbH München/Berlin

Ex: délestage d’urgence

Sommaire




Smart Market

Optimisation locale

Smart Meter

Résumé




Roadmap des académiques (Acatech)

Plan en 3 phases: Conception (2012 – 2015)

Intégration (2015- 2020): focus « systèmes fermés » (ex: WAMS)

Fusion (>2020): focus « systèmes en réseaux » (ex: prév., pilotage, agrég., AMI, DataAnaly., Business, etc.)

TIC en colonne vertébrale

DémonstrateursAugmenter leur nombre sur les axes identifiés dans E-Energy

Marchés à l’export:Espagne et Japon marchés potentiels

Acceptabilité:MDE plutôt qu’autoroutes de l’énergie


Roadmap de l’industrie (BDEW)

Définition périmètres du marché et du réseau

Cadres régulatoire et juridique

R&D, projets démonstrateurs et pilotes

Standards, normes, sécurité et protection des données

Déploiement smart meter et instrumentation réseau

Pilotage automatisé des réseaux

Optimisation locale et globale du système éner.

Stockage et électromobilité, réseaux hybrides

Gestion de l’offre variable

Gestion de la demande variable

Phase Pionnière

Phase Préparation et Développement

Phase Déploiement et Commercialisation


Sommaire




Smart Market

Optimisation locale

Smart Meter

Résumé




Combien la transition énergétique pourrait coûter ?


« Les coûts de notre réforme de l'énergie et de la restructuration de l'approvisionnement énergétique pourraient s'élever à environ 1000 milliards d'euros d'ici la fin des années 2030 »P. Altmaier, Ministre de l’Environnement

« Même dans le pire des cas nous prévoyons des surcoûts au maximum de 600 à 700 Milliards d‘euros d‘ici à 2050»S. Kohler, Président de l’agence allemande de l’énergie (DENA)

Quels bénéfices des réseaux intelligents ?Une étude du Fraunhofer ISI envisage des bénéfices apportés par la mise en place de réseaux intelligents dans plusieurs secteurs:- 55,7 Md€/an - 336 Md€ en cumulé d’ici 2022

A condition de:- disposer d’un réseau internet très haut-débit fiable- poser le cadre pour des coopérations inter-secteurs- poser le cadre de protection des données

Pour plus d’informations

En allemand:Résumé résultats E-Energy: http://www.e-energy.de/documents/EEK13_130117_Karg_final_ohne_Kommentare.pdf

Portail d’informations Smart Grid Allemagne: http://www.smart-grid-21.de

Etude bénéfice des réseaux intelligents: http://www.muenchner-kreis.de/pdfs/BMWi_IT_Gipfel_Intelligente_Netze.pdf

En anglais:Site E-Energy: http://www.e-energy.de/en/

Site du Fraunhofer Institute: http://www.fraunhofer.de/en/research-topics/energy-living/energy-distribution.html

En français:Site Smart Grid de la CRE: http://www.smartgrids-cre.fr/index.php?p=allemagne


http://www.e-energy.de/documents/EEK13_130117_Karg_final_ohne_Kommentare.pdf



http://www.smart-grid-21.de/





http://www.muenchner-kreis.de/pdfs/BMWi_IT_Gipfel_Intelligente_Netze.pdf



http://www.e-energy.de/en/



http://www.fraunhofer.de/en/research-topics/energy-living/energy-distribution.html







http://www.smartgrids-cre.fr/index.php?p=allemagne



MERCI POUR VOTRE ATTENTION

Séminaire "démonstrateurs à l'international": REX E-Energy Allemagne 28

ANNEXES


SG Architecture Model de MoMa


Réseaux hybrides intelligents


Analyses Coût/Bénéfice du déploiement Smart Meter


Source: JRC inventory of Smart Grid projects 2012 update / Smart Gris summit, Berlin 29th January 2013

Documents

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