La Californie est engagée dans la lutte contre le changement climatique, et cela passe par la modernisation de son infrastructure électrique. L’intégration de sources d’énergies renouvelables et le déploiement de véhicules électriques vont amener leur lot de perturbations sur un réseau vieillissant et en mauvais état. Mais c’est aussi pour cet état qui reste un champion de l’efficacité énergétique une formidable opportunité de remettre les compteurs à zéro en installant une infrastructure capable de flexibilité dans la gestion de toutes ces ressources variables. Pour beaucoup d’entreprises et de startups c’est aussi une occasion unique de se positionner sur un marché gigantesque. On s’est donc dans ce rapport attaché à comprendre les particularismes régionaux du déploiement du réseau dit intelligent mais que tout le monde désigne ici par « Smart Grid ». Rapport de l\'Ambassade de France à Washington, Consulat de San Francisco. Novembre 2011. Arnaud SOUILLE.    

1. Ambassade de France à Washington
Mission pour la Science et la Technologie
4101 Reservoir Road, NW - Washington, DC 20007
Tél. : +1 202 944 6249
Fax : +1 202 944 6219
Mail : publications.mst@ambafrance-us.org
URL : http://www.ambafrance-us.org
Domaine
Réseau
de
distribution
d’électricité
intelligent
Document
Rapport
d’Ambassade
/
Consulat
Général
de
France
à
San
Francisco,
California
Titre
La
Smart
Grid
en
Californie
:
acteurs
et
enjeux
Auteur(s)
Arnaud
SOUILLE
Date
Novembre
2010
ContactSST
science@consulfrance-­‐sanfrancisco.org
Numéro
Mots-­‐clefs
Energie.
Energie
renouvelable.
Réseau.
Réseau
intelligent.
Smart
grid.
Véhicule
électrique.
Électricité.
Consommation.
Transmission.
Distribution.
Communication.
Infrastructure.
Stockage
énergétique.
Régulation.
Batterie.
Effacement
énergétique.
Microgrid.
Cyber
sécurité.
Résumé
La
Californie
est
engagée
dans
la
lutte
contre
le
changement
climatique,
et
cela
passe
par
la
modernisation
de
son
infrastructure
électrique.
L’intégration
de
sources
d’énergies
renouvelables
et
le
déploiement
de
véhicules
électriques
vont
amener
leur
lot
de
perturbations
sur
un
réseau
vieillissant
et
en
mauvais
état.
Mais
c’est
aussi
pour
cet
état
qui
reste
un
champion
de
l’efficacité
énergétique
une
formidable
opportunité
de
remettre
les
compteurs
à
zéro
en
installant
une
infrastructure
capable
de
flexibilité
dans
la
gestion
de
toutes
ces
ressources
variables.
Pour
beaucoup
d’entreprises
et
de
startups
c’est
aussi
une
occasion
unique
de
se
positionner
sur
un
marché
gigantesque.
On
s’est
donc
dans
ce
rapport
attaché
à
comprendre
les
particularismes
régionaux
du
déploiement
du
réseau
dit
intelligent
mais
que
tout
le
monde
désigne
ici
par
«
Smart
Grid
».
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et
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2.
La
Smart
Grid
en
Californie
Acteurs
et
Enjeux
Arnaud
Souillé
ABSTRACT
La
Californie
est
engagée
dans
la
lutte
contre
le
changement
climatique,
et
cela
passe
par
la
modernisation
de
son
infrastructure
électrique.
L’intégration
de
sources
d’énergies
renouvelables
et
le
déploiement
de
véhicules
électriques
vont
amener
leur
lot
de
perturbations
sur
un
réseau
vieillissant
et
en
mauvais
état.
Mais
c’est
aussi
pour
cet
état
qui
reste
un
champion
de
l’efficacité
énergétique
une
formidable
opportunité
de
remettre
les
compteurs
à
zéro
en
installant
une
infrastructure
capable
de
flexibilité
dans
la
gestion
de
toutes
ces
ressources
variables.
Pour
beaucoup
d’entreprises
et
de
startups
c’est
aussi
une
occasion
unique
de
se
positionner
sur
un
marché
gigantesque.
On
s’est
donc
dans
ce
rapport
attaché
à
comprendre
les
particularismes
régionaux
du
déploiement
du
réseau
dit
intelligent
mais
que
tout
le
monde
désigne
ici
par
«
Smart
Grid
».
2
LA
SMART
GRID
EN
CALIFORNIE

3.
Table
des
Matières
LE
PAYSAGE
ELECTRIQUE
CALIFORNIEN.
8
ETAT
ACTUEL
DU
RESEAU
8
UN
RESEAU
VIEILLISSANT
8
UNE
CONSOMMATION
D’ELECTRICITE
EN
AUGMENTATION
8
UNE
PRODUCTION
ET
UNE
DISTRIBUTION
MULTIPLE
8
REPARTITION
DE
LA
CONSOMMATION
10
LES
ORGANISMES
DE
REGULATION
10
LA
CALIFORNIA
ENERGY
COMMISSION
(CEC)
11
LA
CALIFORNIAN
PUBLIC
UTILITY
COMMISSION
(CPUC)
11
LE
CALIFORNIA
INDEPENDANT
SECURITY
OPERATOR
(CISO).
11
LA
REGULATION
ET
LA
TARIFICATION
EN
PLACE
11
LE
DECOUPLING
11
UNE
TARIFICATION
REPARTIE
EN
TRANCHES
DE
CONSOMMATION
12
AMBITIONS
POLITIQUES
ET
CHALLENGES
A
VENIR
EN
CALIFORNIE.
13
UNE
POLITIQUE
AGRESSIVE
EN
MATIERE
D’ENVIRONNEMENT.
13
LE
NET-­‐ENERGY
METERING
(NEM)
COMME
INCITATION
SUPPLEMENTAIRE
14
INTEGRATION
DES
ENERGIES
RENOUVELABLES
15
D’UNE
PRODUCTION
CENTRALISEE
VERS
UNE
PRODUCTION
REPARTIE
SUR
L’ENSEMBLE
DU
TERRITOIRE.
15
LES
ENERGIES
RENOUVELABLES
:
UNE
SOURCE
ENERGETIQUE
INSTABLE.
15
INTEGRER
LES
VEHICULES
ELECTRIQUES.
16
REDUIRE
OU
MAINTENIR
LA
CONSOMMATION
ELECTRIQUE
16
GERER
LES
PICS
DE
CONSOMMATION
17
UN
PIC
DE
CONSOMMATION
ENTRE
14H
ET
18H
17
UN
PIC
DE
CONSOMMATION
QUI
COUTE
CHER
18
LA
SMART
GRID,
UNE
REPONSE
TECHNOLOGIQUE
A
CES
DEFIS.
19
AMELIORER
ET
OPTIMISER
LE
RESEAU
ELECTRIQUE
19
STRUCTURE
DU
RESEAU
ELECTRIQUE
19
AMELIORER
LE
RESEAU
DE
TRANSMISSION.
20
AMELIORER
LE
RESEAU
DE
DISTRIBUTION
23
UN
RESEAU
DE
COMMUNICATION
APPOSE
AU
RESEAU
ENERGETIQUE
25
UNE
SEGMENTATION
DU
RESEAU
DE
COMMUNICATION
CALQUE
SUR
L’INFRASTRUCTURE
ELECTRIQUE.
25
L’INFRASTRUCTURE
AMI
/FAN
27
LE
WAN
34
LE
HAN
36
AJOUTER
UNE
INFRASTRUCTURE
DE
STOCKAGE.
41
DES
SOLUTIONS
TECHNOLOGIQUES
ENCORE
A
L’ETAT
DE
RECHERCHE.
41
LES
BENEFICES
DU
STOCKAGE
POUR
LES
RESEAUX
INTELLIGENTS.
44
LES
INSTANCES
DE
REGULATION
EN
FAVEUR
DU
STOCKAGE
ENERGETIQUE
EN
CALIFORNIE
45
LA
SMART
GRID
EN
CALIFORNIE
3

4. DEVELOPPER
LES
INFRASTRUCTURES
VE
46
UNE
MISE
A
JOUR
DU
RESEAU
NECESSAIRE
POUR
SUPPORTER
UNE
SURCONSOMMATION.
46
DEUX
MODELES
EN
COMPETITION
POUR
LA
RECHARGE
DES
BATTERIES
47
VERS
DE
NOUVEAUX
MODELES
ECONOMIQUES
49
UNE
TARIFICATION
EN
TEMPS
REEL
OU
DU
MOINS
VARIABLE
EN
FONCTION
DU
TEMPS.
49
EFFACEMENT
ENERGETIQUE
(D.R)
51
LE
MODELE
51
LES
AGREGATEURS
DOMINANT
LE
MARCHE
EN
CALIFORNIE
53
FEED
IN
TARIFF
53
MICROGRID
54
VEHICLE
TO
GRID
57
REGULATIONS
ET
STANDARDS
58
IMPORTANCE
DE
LA
REGULATION
ET
INCIDENCE
SUR
LE
MARCHE.
58
RESEAUX
OUVERT
OU
FERME
?
59
UN
ARBITRAGE,
AU
NIVEAU
FEDERAL.
60
VERS
UNE
INTEROPERABILITE
ET
UNE
MISE
EN
PLACE
DE
STANDARDS
61
UNE
CYBER-­‐SECURITE
POUR
LE
RESEAU
ELECTRIQUE.
62
UN
MARCHE
POTENTIEL
ENORME
POUR
LA
CALIFORNIE
A
SAISIR.
64
UN
INVESTISSEMENT
MASSIF
DES
OPERATEURS
ELECTRIQUES.
64
UN
NOUVEAU
MARCHE
POUR
L'INDUSTRIE
INFORMATIQUE.
64
EDUQUER
LE
CONSOMMATEUR
67
SMART
GRID,
UN
CONCEPT
INCONNU
DU
GRAND
PUBLIC
67
LE
DEPLOIEMENT
DU
RESEAU
VERSUS
LE
COMPORTEMENT
DES
CONSOMMATEURS.
67
DE
NOMBREUX
PROGRAMMES
DE
RECHERCHE
SUR
LE
SUJET.
69
LE
RESEAU
INTELLIGENT,
ATTRACTIF
POUR
LES
INVESTISSEMENTS
AUX
ETATS-­‐UNIS.
70
LA
SILICON
VALLEY
:
UN
ECOSYSTEME
FAVORABLE
POUR
INVESTIR
DANS
LA
SMART
GRID
72
CONCLUSION
74
4
LA
SMART
GRID
EN
CALIFORNIE

5. Liste
de
Figures
Figure
1:
Evolution
de
la
consommation
d'électricité
en
Californie
(Source
:
California
Energy
Commission
-­‐
2007) ............................................................................................................................... 8
Figure
2
:
Provenance
de
l'énergie
consommée
en
Californie
(source
:
California
Energy
Commission)
............................................................................................................................................................... 9
Figure
3
:
Production
des
énergies
renouvelables
en
Californie
(source
:
California
Energy
Commission) .......................................................................................................................................... 9
Figure
4
:
Répartition
de
la
consommation
électrique
par
secteur
(source
:CEC)............................... 10
Figure
5:
Modèle
de
tarification
en
tranche
utilisé
en
Californie
(Source
:
Southern
California
Edison)
............................................................................................................................................................. 12
Figure
6:
Production
du
solaire
versus
le
pic
de
consommation
(source
:
Green
Manufacturer-­‐
) ..... 15
Figure
7
:
Stabilisation
de
la
consommation
électrique
par
tête
en
Californie
(source
CEC) .............. 16
Figure
8:
Répartition
de
la
consommation
électrique
au
cours
de
la
journée
par
secteur
économique
(source
:
LBNL)..................................................................................................................................... 17
Figure
9:
Mix
énergétique
quotidien ................................................................................................... 18
Figure
10
Schéma
du
réseau
électrique
(Source
:
J.
J
Messerly,
from
Wikipedia
-­‐
Electrical
Grid) ..... 19
Figure
11:
Carte
des
lignes
de
transmission
existantes
en
Californie
(Source
CEC) ............................ 20
Figure
12
Schéma
d'un
SCADA
(Source
Wikipedia
:
SCADA) ............................................................... 24
Figure
13:
Exemple
de
réseau
de
communication
entre
les
sous
stations
(Source
:
Cisco) ................ 25
Figure
14:
les
réseaux
de
communication
et
leurs
applications
(GTM
Research) ............................... 26
Figure
15:
Architecture
du
réseau
de
communication
apposé
sur
le
réseau
électrique
(GTM
Research) ............................................................................................................................................. 27
Figure
16
:
Compteurs
intelligents
utilisés
par
PG&E
(PG&E).............................................................. 29
Figure
17:
Technologies
de
communication
disponibles
pour
le
WAN/FAN
(GTM
Research) ............ 30
Figure
18:
comparaison
entre
le
BPL
et
le
4G/WiMAX
(Source
:
Spectrum
IEEE)................................ 36
Figure
19
:
HAN
composé
de
la
technologie
Zigbee
et
CPL
(Source
:
Renesas) ................................... 38
Figure
20
:
Liste
des
projets
de
stockage
électrique
en
Californie ...................................................... 43
Figure
21:
Domaines
potentiel
définis
par
le
NIST,
pour
la
création
de
standards(Source
:
NIST)...... 61
Figure
22:
La
consommation
énergétique
par
appareil
dans
une
maison
(Source
:
kilowatt-­‐
house.com) .......................................................................................................................................... 66
Figure
23:
Comparaison
des
transactions
liées
au
secteur
Smart
Grid
entre
Q1
et
Q2
2010
(Source
Mercom
Capital
Group) ....................................................................................................................... 70
Figure
24:
Détail
du
capital
risque
au
second
trimestre
2010
pour
le
secteur
Smart
Grid
(Source
Mercom
Capital
Group) ....................................................................................................................... 72
Figure
25:
les
principaux
acteurs
du
secteur
Smart
Grid
par
segment
de
marché
(Source
GTM
Research) ............................................................................................................................................. 73
LA
SMART
GRID
EN
CALIFORNIE
5

6. Remerciements
Pour
commencer
ce
rapport,
je
souhaiterais
remercier
tout
particulièrement
Thomas
Deschamps,
attaché
scientifique
au
consulat
de
San
Francisco.
Son
aide
précieuse
pour
la
prise
de
contacts,
la
recherche
d’information
et
le
travail
complémentaire
effectué
sur
ce
document
ont
rendu
possible
l’écriture
de
ce
rapport.
Je
tiens
également
à
lui
témoigner
toute
ma
reconnaissance
pour
l’expérience
enrichissante
qu’il
m'a
permis
de
vivre
depuis
son
arrivée
dans
l'équipe
et
pour
mon
initiation
aux
problématiques
actuelles
du
réseau
intelligent.
Je
souhaiterais
également
remercier
l’ensemble
du
personnel
du
consulat
pour
leur
générosité
et
leur
gentillesse,
et
plus
particulièrement
mes
collègues
de
la
mission
scientifique:
Raegen
Salais,
Véronique
Mini,
Myriam
Laïc
et
Marion
Franc,
pour
leur
soutien
quotidien
durant
ma
mission.
Un
grand
merci
enfin
a
Yvan
Castilloux,
Antoines
Aslanides,
Christian
Keller
et
Grégory
Vincent,
pour
leur
aide
et
leurs
conseils
durant
nos
différentes
entrevues.
6
LA
SMART
GRID
EN
CALIFORNIE

7. Introduction
Smart
Grid
est
un
terme
peu
connu
du
grand
public.
Selon
une
étude
réalisée
par
Harris
Interactive1,
68%
de
la
population
américaine
n’en
a
jamais
entendu
parler
et
63%
ne
saurait
décrire
un
compteur
intelligent.
Littéralement
Smart
Grid
signifie
réseau
intelligent,
c’est
à
dire
un
réseau
capable
de
communiquer,
d’observer
et
de
prendre
des
décisions
en
conséquence.
La
réalité
est
que
le
terme
Smart
Grid
a
dépassé
l’aspect
technologique
pour
devenir
un
concept
à
part
entière
incluant,
en
plus
de
la
composante
technologique,
une
composante
économique
et
sociale.
L’an
dernier,
le
président
Américain
avait
annoncé
un
financement
de
$3.4
milliards
dédié
au
réseau
intelligent.
Il
avait
alors
comparé
cette
initiative
aux
grands
travaux
lancés
par
Eisenhower
pour
construire
des
autoroutes
entre
les
états
:
de
même
qu’Eisenhower
avait
voulu
moderniser
le
transport
routier
pour
relancer
l’économie
et
l’emploi,
Obama
veut
aujourd’hui
moderniser
le
transport
de
l’énergie
avec
pour
ambition
de
porter
les
Etats-­‐Unis
au
rang
de
leader
mondial
de
cette
industrie
et
relancer
ainsi
une
partie
de
l’économie.
Et
la
Californie
dans
tout
cela?
La
Californie
reconnue
à
elle
seule
comme
la
8ème
puissance
mondiale,
terre
d’innovations,
ayant
connu
tour
à
tour
plusieurs
révolutions
industrielles
(or,
argent,
pétrole,
internet),
est
aujourd’hui
fragilisée.
Surendettée,
elle
fait
face
actuellement
à
un
taux
de
chômage
de
12.4%
un
des
plus
élevés
de
son
histoire2.
Elle
a
connu
ces
dernières
années
de
nombreux
problèmes
énergétiques
:
En
2001,
une
énorme
coupure
de
courant
avait
paralysé
pendant
plusieurs
jours
l’économie
provoquant
dans
le
même
temps
la
faillite
de
son
plus
grand
opérateur
électrique,
PG&E.
Plus
qu’une
remise
à
jour
de
son
réseau,
la
Californie
voit
dans
le
réseau
intelligent
une
opportunité
pour
entrer
dans
une
nouvelle
révolution
industrielle.
«
Go
Green
for
Green
»tel
pourrait
être
son
leitmotiv
à
l’heure
actuelle.
1
Engaging
your
Consumers
for
Smart
Grid
Success
-­‐
Electric
Energy
Online
Magazine,
September
2010
2
Evolution
du
taux
de
chômage
Californien
sur
Google
Public
data
explorer
http://bit.ly/aOQ1Vg
LA
SMART
GRID
EN
CALIFORNIE
7

8. Le
paysage
électrique
californien.
Etat
actuel
du
réseau
Un
réseau
vieillissant
A
l’image
du
réseau
électrique
américain,
le
réseau
californien
est
vieillissant,
intégrant
des
technologies
et
des
appareils
âgés,
parfois
de
plus
de
50
ans.
Les
disfonctionnements
ont
coûté
et
coûtent
encore
énormément
d’argent(entre
$11
milliards
et
18
milliards3)
à
un
état
qui
est
aujourd’hui
surendetté4.
En
2001
la
crise
énergétique,
surnommée
également
la
Western
U.S
Energy
crisis,
représenta
une
perte
de
plus
de
40
milliards
de
dollars
pour
la
Californie.
Une
consommation
d’électricité
en
augmentation
Alors
que
la
population
augmente
en
Californie
la
consommation
en
électricité
suit
cette
tendance
(Figure
1).
Et
selon
la
California
Energy
Commission
(CEC),
ce
phénomène
ne
devrait
pas
s’estomper
dans
les
prochaines
années.
La
Californie
doit
donc
construire
chaque
année
de
nouvelles
centrales
pour
assurer
la
production
d’électricité
ou
importer
plus
d’énergie.
Figure
1:
Evolution
de
la
consommation
d'électricité
en
Californie
(Source
:
California
Energy
Commission
-­‐
2007)
Une
production
et
une
distribution
multiple
En
2008,
la
Californie
produisait
73,2%
de
son
électricité
alors
qu’elle
en
importait
27,8%
(Figure
2).
La
Californie
est
donc
dépendante
de
ses
voisins
pour
assurer
son
ravitaillement
énergétique.
Parmi
les
sources
utilisées
pour
produire
l’électricité
en
2008,
le
gaz
naturel
était
le
plus
utilisé
et
représentait
à
lui
seul
46.5%.
Venaient
ensuite
le
charbon
(15.5%)
et
le
nucléaire
(14.9%).
Les
3
The
cost
of
power
disturbances
to
industrial
and
digital
economy
companies
–
EPRI
http://bit.ly/crz8G7
4
Has
the
golden
state
gone
bust
?
San
Francisco
Gate,
February
22
2010
8
LA
SMART
GRID
EN
CALIFORNIE

9. énergies
renouvelables
représentaient
13.5%
et
se
positionnaient
juste
devant
l’hydraulique
avec
9.6%.
Figure
2
:
Provenance
de
l'énergie
consommée
en
Californie
(source
:
California
Energy
Commission)
Parmi
les
énergies
renouvelables,
l’éolien
et
la
géothermie
sont
les
deux
sources
les
plus
utilisées.
A
elles
deux
elles
représentent
plus
de
la
moitié
de
la
production
des
renouvelables.
Alors
que
l’hydraulique,
la
biomasse,
les
biogaz
et
la
géothermie
assurent
une
production
stable
au
cours
de
la
journée,
le
solaire
et
l’éolien
sont
plus
efficaces
respectivement
en
milieu
de
journée
ou
pendant
la
nuit.
La
production
totale
devient
donc
dépendante
de
l’heure
de
la
journée
(Figure
3).
Figure
3
:
Production
des
énergies
renouvelables
en
Californie
(source
:
California
Energy
Commission)
Une
vingtaine
d’opérateurs
électriques
coexistent
sur
le
territoire.
Certains
comme
Sacramento
Municipal
Utility
District
(SMUD)
sont
publics,
les
autres
dont
les
3
plus
grands
Pacific
Gas
&
Electric
(PG&E),
San
Diego
Gas
&
Electric
(SD&E)
et
Southern
California
Edison
(SCE)
sont
privés.
Cependant
LA
SMART
GRID
EN
CALIFORNIE
9

10. ces
derniers
sont
responsables
de
plus
des
¾de
la
distribution.
Le
nombre
d’opérateurs
n’est
pas
fixe,
et
s’ils
se
partagent
géographiquement
le
territoire,
il
peut
arriver
qu’un
comté
ou
une
municipalité
décide
de
prendre
son
indépendance
et
de
créer
son
propre
service
d’électricité.
Ce
fut
le
cas
en
début
d’année
lorsque
le
comté
de
Marin
créa
le
Marin
Energy
Authority5,
prenant
alors
son
indépendance
vis-­‐à-­‐vis
de
PG&E,
le
plus
grand
opérateur
de
Californie.
Parmi
les
autres
opérateurs
il
est
bon
de
citer
:
Alameda
Municipal
Power,
Azusa
Light
&
Water,
City
of
Palo
Alto
Utilities,
Glendale
Public
Service
Department,
Gridley
Municipal
Utilities,
Healdsburg
Municipal
Electric
Department,
Los
Angeles
Department
of
Water
and
Power,
Pacific
Power,
Riverside
Public
Utilities
,
Santa
Clara
Electric
Department
(a.k.a.
Silicon
Valley
Energy),
Sierra-­‐Pacific
Power,
Southern
California
Public
Power
Authority,
Pasadena
Water
&
Power,
Burbank
Water
&
Power,
Anaheim
Public
utilities.6
Répartition
de
la
consommation
L’électricité
en
Californie
est
consommée
pour
la
plus
grande
partie
par
les
habitations
et
les
bâtiments
commerciaux.
Comme
on
peut
le
voir
sur
la
courbe
ci-­‐dessous
(Figure
4)
l’agriculture
et
l’industrie
ne
représentent
qu’un
faible
pourcentage
de
l’énergie
utilisée
et
ont
peu
d’impact
sur
la
hausse
de
consommation
observée
depuis
plusieurs
décennies.
Figure
4
:
Répartition
de
la
consommation
électrique
par
secteur
(source
:CEC)
Les
organismes
de
régulation
Pour
réguler
le
marché
de
l’électricité
et
assurer
une
bonne
entente
entre
les
opérateurs,
les
consommateurs
et
les
tiers
acteurs
des
organismes
de
régulation
ont
été
mis
en
place
au
niveau
5
Marin
County
Goes
Renewable
By
Establishing
Its
Own
Energy
Authority,
Planet
Green
Blog
6
La
liste
complète
sur
Wikipedia
:
http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_United_States_electric_companies
10
LA
SMART
GRID
EN
CALIFORNIE

11. californien.
A
noter
également
l’existence
de
la
Federal
Energy
Regulation
Commission
(FERC)
qui
dicte
la
politique
et
la
régulation
énergétique
à
l’échelle
fédérale.
La
California
Energy
Commission
(CEC)
La
CEC
a
pour
responsabilité
de
prévoir
les
besoins
futurs
en
énergie,
de
promouvoir
l’efficacité
énergétique
à
travers
la
mise
en
place
de
standards
pour
les
appareils
électriques
ainsi
que
pour
le
bâtiment,
et
de
supporter
les
technologies
impliquées
dans
les
énergies
renouvelables.
Sa
mission
se
traduit
notamment
par
l’entretien
de
l’historique
des
données
énergétiques,
le
financement
de
projets
de
recherche
et
la
certification
des
sources
d’énergies
dites
renouvelables.
La
Californian
Public
Utility
Commission
(CPUC)
Le
CPUC
joue
le
rôle
d’arbitre
entre
les
opérateurs
privés
et
les
consommateurs
(les
opérateurs
publics
dépendent
des
municipalités).
Le
CPUC
s’assure
auprès
des
consommateurs
que
le
degré
de
service
offert
par
les
opérateurs
satisfait
suffisamment
les
requis
imposés
par
la
régulation
de
l’état.
Il
est,
entre
autres,
responsable
de
fixer
en
accord
avec
les
opérateurs
et
les
consommateurs
le
prix
de
l’électricité
en
fonction
des
zones
géographiques
et
économiques.
Il
est
également
responsable
de
la
mise
en
application
du
modèle
de
«
decoupling»
utilisé
en
Californie.
Du
point
de
vue
des
opérateurs,
le
CPUC
veille
au
bon
accomplissement
des
objectifs
imposés
par
le
gouvernement
comme
par
exemple
l’obligation
de
produire
20%
de
son
électricité
en
provenance
des
énergies
renouvelables.
Le
California
Independant
Security
Operator
(CISO).
Le
California
ISO
est
l’organisme
en
charge
d’assurer
la
fiabilité
et
l’efficacité
du
réseau.
Il
régule
l’accès
au
réseau
de
transmission
et
promeut
le
développement
de
l’infrastructure
de
transmission.
Par
ailleurs
il
fournit
régulièrement
de
l’information
sur
l’état
du
réseau,
sur
la
consommation
et
la
production
d’électricité.
La
régulation
et
la
tarification
en
place
Le
decoupling
Suite
à
la
crise
énergétique
de
2001,
le
gouvernement
en
place
a
opté
pour
une
régulation
renforcée
de
la
filiale
énergétique.
Le
modèle
alors
choisi
par
l’état
Californien
a
été
le
«
decoupling
»,
encore
aujourd’hui
en
place.
Ce
terme
désigne
le
modèle
selon
lequel
les
profits
réalisés
par
les
opérateurs
sont
dissociés
de
leur
vente
de
l’électricité.
En
conséquence
une
plus
grande
quantité
d’électricité
vendue
ne
rapporte
pas
plus
d’argent.
Le
but
est
d’inciter
les
opérateurs
à
réaliser
une
meilleure
efficacité
énergétique
étant
donné
qu’une
baisse
de
la
quantité
d’électricité
vendue
n’implique
aucune
réduction
des
bénéfices.
Il
permet
également
de
limiter
les
spéculations,
en
partie
responsables
de
la
crise
de
2001.
Ce
schéma
s’oppose
à
celui
choisi
par
le
Texas
qui
a
opté
pour
une
plus
grande
dérégulation
du
marché
énergétique.
En
cas
de
réussite
des
objectifs
imposés
par
le
CPUC
en
termes
de
sauvegarde
d’énergie,
les
opérateurs
reçoivent
des
récompenses
sous
forme
de
nouveaux
fonds.
Cependant,
en
cas
de
non
respect
des
objectifs
et
de
résultats
très
éloignés
des
LA
SMART
GRID
EN
CALIFORNIE
11

12. attentes,
les
opérateurs
peuvent
recevoir
des
pénalités
jusqu’à
un
montant
de
$25
millions.
Dans
les
faits
ceci
ne
s’est
jamais
produit.
Une
tarification
répartie
en
tranches
de
consommation
Du
point
de
vue
du
consommateur,
la
tarification
appliquée
dépend
de
sa
consommation
totale.
En
effet,
de
façon
à
pénaliser
les
gros
consommateurs,
un
système
de
tranches
de
tarif
a
été
mis
en
place7.
Comme
le
montre
le
schéma
ci-­‐dessous
(Figure
5),
la
première
tranche
(Tier)
est
censée
représenter
la
consommation
basique
comme
l’éclairage,
le
chauffage,
et
les
usages
quotidiens
(réfrigérateurs,
cuisine,
…).
Lorsque
la
consommation
dépasse
celle
attribuée
à
la
première
tranche,
la
quantité
supplémentaire
sera
facturée
au
taux
donné
par
la
seconde,
et
ainsi
de
suite
pour
les
tranches
restantes.
Ce
modèle
incite
lui
aussi
à
une
meilleure
efficacité
énergétique
et
à
une
réduction
de
la
consommation8.
Figure
5:
Modèle
de
tarification
en
tranche
utilisé
en
Californie
(Source
:
Southern
California
Edison)
7
Tranches
de
prix
pour
PG&E,
SCE
et
SDG&E
en
juillet
2010
:
http://bit.ly/bO5unV
8
Getting
consumers
to
rethink
cost
of
solar:
it’s
the
electricity,
The
Solar
Home
&
Business
Journal,
November
9
2010
12
LA
SMART
GRID
EN
CALIFORNIE

13. Ambitions
politiques
et
challenges
à
venir
en
Californie.
Une
politique
agressive
en
matière
d’environnement.
L’Etat
de
Californie
mène
une
politique
agressive
en
matière
d’environnement
en
comparaison
de
la
majorité
des
autres
états
américains
et
est
devenu,
de
fait,
l’un
des
meneurs
dans
ce
domaine
aux
USA.
En
2006
le
gouvernement
californien
a
voté
l’
Assembly
Bill
329
(AB32),
ordonnant
la
mise
en
place
d’un
programme
de
plusieurs
années
pour
réduire
les
émissions
de
gaz
à
effets
de
serre.
L’objectif
fixé
est
le
retour
du
niveau
des
émissions
en
2020
à
celui
de
1990.
Comme
pour
prouver
son
ambition,
le
gouvernement
californien
accéléra
en
2006
la
mise
en
place
de
la
Senate
Bill
1078,
établie
en
2002
et
donnant
naissance
au
Renewables
Portfolio
Standard
(RPS).
Le
RPS
est
l’un
des
plus
ambitieux
standards
du
pays
et
prévoit
qu’une
part
de
20%
de
son
électricité
soit
produite
à
partir
d’énergie
renouvelable
en
2010.
Ce
taux
devrait
passer
à
33%
en
2020,
bien
que
cette
initiative
soit
confrontée
à
une
forte
opposition10,11.
Dans
les
énergies
renouvelables,
il
faut
entendre
ici
le
solaire,
l’éolien,
la
géothermie,
la
biomasse
et
les
barrages
hydrauliques
de
petite
taille
principalement.
Le
nucléaire
et
les
barrages
hydrauliques
de
grande
capacité
ne
sont
pas
comptabilisés
comme
sources
d’ENR
en
raison
de
leur
impact
sur
l’environnement.
En
2009,
les
3
plus
gros
opérateurs
californiens
ont
affiché
un
taux
moyen
de
15%
de
leur
mix
énergétique
en
provenance
d’ENR.
Le
détail
pour
chacun
d’entre
eux
est
donné
ci-­‐dessous
:
• Pacific
Gas
and
Electric
(PG&E)
-­‐
14.4%
• Southern
California
Edison
(SCE)
-­‐
17.4%
• San
Diego
Gas
&
Electric
(SDG&E)
-­‐
10.5%
Une
liste
des
projets
en
Californie
programmés
par
les
opérateurs
privés
pour
parvenir
au
33%
RPS
est
également
disponible
sur
le
site
du
CPUC12.
La
California
Solar
Initiative
(CSI)
Bien
que
bénéficiant
d'une
dizaine
d'années
d'aides
gouvernementales
en
matière
de
solaire,
la
Californie
a
connu
une
accélération
du
développement
de
son
parc
grâce
au
démarrage
en
2004
du
projet
"Million
Solar
Roof",
visant
à
installer
des
panneaux
solaires
sur
un
million
de
toits
californiens,
et
posant
ainsi
les
fondations
de
la
California
Solar
Initiative13.
Disposant
d'un
budget
de
$3,3
Milliards
sur
dix
ans
(de
2006
à
2016),
ce
projet
modifie
radicalement
le
système
d'incitations
et
d'aides
de
l'état.
Comportant
plusieurs
volets,
notamment
un
programme
d'aide
à
l'accès
au
solaire
pour
les
foyers
les
9
Assembly
Bill
32
website
10
Meg
Whitman,
Prop
23,
and
AB
32,
Legal
Planet
Blog,
September
24
2010
11
Meg
Whitman
Tries
to
Have
it
Both
Ways
With
California
Climate
Change
Law,
Green
Tech
Media,
Sept
23
2010
12
Liste
au
format
Excel
des
projets
du
CPUC
http://bit.ly/akwCAt
13
The
California
Solar
Initiative
Website
LA
SMART
GRID
EN
CALIFORNIE
13

14. plus
modestes,
la
CSI
a
permis
la
mise
en
place
d'une
réelle
politique
incitative
adaptée
en
fonction
de
la
consommation
de
l'utilisateur.
La
première
mesure
:
Expected
Performance-­‐Based
Buy-­‐Down
(EPBB),
concerne
les
installations
générant
moins
de
30
kW
avec
la
possibilité
de
toucher
directement
en
une
fois
une
aide
calculée
à
partir
des
performances
estimées
du
système
et
indexée
sur
une
grille
tarifaire
particulière
en
fonction
de
la
catégorie
de
l'utilisateur.
La
deuxième
mesure
:
Performance
Based
Incentive
(PBI),
s'applique
aux
installations
de
plus
de
50
kW.
Une
aide
mensuelle
étalée
sur
une
durée
de
cinq
ans
est
versée
en
fonction
des
capacités
de
production
de
l'installation.
Ces
deux
aides
qui
constituent
à
elles
seules
une
réelle
avancée
sont
en
plus
complétées
par
un
allègement
fiscal
de
30%
du
coût
total
de
l'installation
réservé
aux
particuliers
et
entreprises
de
négoce
(offert
par
le
gouvernement
fédéral)14.
Le
Net-­‐Energy
Metering15
(NEM)
comme
incitation
supplémentaire
Jusqu'en
octobre
dernier,
le
système
en
place
ne
permettait
pas
aux
utilisateurs
de
systèmes
photovoltaïques
de
capacité
inférieure
à
1
MW
d'être
rémunérés
pour
leur
surproduction
redistribuée
au
réseau.
Depuis
la
directive
AB920
approuvée
par
le
Gouverneur
Schwarzenegger,
il
existe
désormais
une
option
avantageuse
pour
ces
"clients-­‐producteurs",
à
la
condition
d'installer
un
compteur
intelligent
permettant
d'accéder
à
l'électricité
consommée
tout
autant
que
celle
produite.
Les
utilisateurs
qui
produisent
plus
qu'ils
ne
consomment
ont
la
possibilité
de
se
voir
racheter
leur
production
excédentaire
au
tarif
de
leur
catégorie.
Cette
initiative
permet
donc
aux
usagers
d'être
véritablement
acteurs
de
leur
consommation
puisqu'ils
ont
la
possibilité
d'adapter
leur
utilisation
d'électricité
en
fonction
de
l'heure
de
la
journée
et
de
la
période
de
l'année
afin
d'engranger
des
bénéfices.
En
effet,
un
consommateur
qui
bénéficie
du
NEM
peut
produire
de
l'électricité
pendant
les
heures
"de
pointe",
électricité
qui
lui
sera
rachetée
plus
cher
que
le
prix
qu'il
paie
en
consommant
en
dehors
de
ces
périodes
(Figure
6).
Le
procédé
permet
conjointement
de
diminuer
la
demande
énergétique
à
ces
moments
de
la
journée
et
donc
de
faire
réaliser
des
économies
aux
opérateurs
énergétiques.
14
Quelle
politique
incitative
pour
le
solaire
en
Californie
?,
Bulletin
Electronique,
June
7
2010
15
California
incentives/policies,
Database
of
State
Incentives
for
Renewables
and
Efficiency
website
14
LA
SMART
GRID
EN
CALIFORNIE

15.
Figure
6:
Production
du
solaire
versus
le
pic
de
consommation
(source
:
Green
Manufacturer-­‐
)
Intégration
des
énergies
renouvelables
D’une
production
centralisée
vers
une
production
répartie
sur
l’ensemble
du
territoire.
En
2006,
Arnold
Schwarzenegger
avait
lancé
l’initiative
«Million
Solar
Roof
Plan16”
qui
consiste
à
atteindre
un
niveau
d’un
million
de
toits
solaires
d’ici
2018
en
Californie.
Si
les
objectifs
sont
atteints,
les
opérateurs
électriques
verront
apparaître
sur
leur
réseau
une
multitude
de
sources
d’énergies
potentiellement
connectables.
Ces
derniers
ont
également
lancé
de
nombreux
projets
de
fermes
solaires,
éoliennes
ou
géothermiques,
multipliant
les
sources
d’énergie
propre
afin
de
satisfaire
les
objectifs
du
RPS.
On
assiste
donc
aujourd’hui
à
une
décentralisation
des
moyens
de
production
qu’il
devient
de
plus
en
plus
difficile
à
gérer
sur
le
réseau.
En
effet,
connaître
la
quantité
en
temps
réel
d’électricité
disponible
sur
le
réseau
devient
complexe
et
pose
des
problèmes
pour
l’ajustement
des
moyens
de
production
pour
suivre
la
demande.
Les
énergies
renouvelables
:
une
source
énergétique
instable.
Les
énergies
renouvelables,
comme
le
solaire
ou
l’éolien,
posent
par
ailleurs
des
problèmes
d’intermittence
et
de
disponibilité
des
ressources.
Le
solaire
photovoltaïque
sans
stockage
ne
fournit
pas
d’électricité
la
nuit.
De
même,
un
nuage
affectera
directement
la
production
solaire.
Le
vent
varie
en
fonction
des
jours,
de
l’exposition,
et
n’est
pas
de
force
constante.
Intégrer
et
relier
les
énergies
renouvelables
au
réseau
demande
donc
des
moyens
techniques
supplémentaires
comme
les
onduleurs.
Les
courants
sur
le
réseau
sont
contrôlés
étroitement
et
leurs
caractéristiques
comme
la
phase,
la
tension
et
le
courant,
doivent
être
parfaitement
maîtrisées.
Il
devient
donc
nécessaire
d’ajouter
une
interface
entre
l’électricité
produite
et
l’électricité
envoyée
sur
le
réseau.
Par
ailleurs,
pour
compenser
les
surproductions
ou
les
sous
productions
une
infrastructure
de
stockage
devient
un
outil
indispensable.
Le
Texas
par
exemple
est
victime
de
surproduction
en
temps
de
grands
vents
avec
pour
résultat
un
surcroît
de
stress
sur
le
réseau
et
une
perte
énergétique
importante17.
16
Million
Solar
Roofs
website
17
Strong
growth
but
are
rocky
times
coming
for
wind
?,
Green
Tech
Media,
August
10
2010
LA
SMART
GRID
EN
CALIFORNIE
15

16. Intégrer
les
véhicules
électriques.
Du
véhicule
électrique
(VE)
ou
de
l'infrastructure,
lequel
devrait
être
construit
et
déployé
en
premier
?
Cette
question
revient
fréquemment
lors
des
discussions
sur
la
pénétration
du
VE.
Cependant
la
fin
du
débat
pourrait
être
proche
:
L'arrivée
des
V.E
est
programmée
sur
le
marché
d'ici
la
fin
2010
avec
notamment
la
Nissan
Leaf
et
la
Chevrolet
Volt18.
Les
infrastructures
devront
donc
être
prêtes
pour
accompagner
l'arrivée
de
ces
premiers
VE.
Les
véhicules
électriques
ont
reçu
de
nombreuses
aides
l'an
dernier
aux
Etats-­‐Unis,
avec
notamment
un
investissement
fédéral
de
$2.4
milliards19.
Cependant
un
déploiement
des
véhicules
électriques
à
grande
échelle
nécessite
la
mise
en
place
d'une
infrastructure,
en
particulier
pour
recharger
les
batteries.
Plusieurs
questions
viennent
alors
à
l'esprit
:
quelle
est
la
taille
optimale
de
l'infrastructure
?
On
peut
imaginer
que
les
particuliers
auront
une
station
de
recharge
dans
leur
garage,
mais
ils
auront
aussi
besoin
d'une
station
sur
le
lieu
de
travail.
Qui
devra
payer
pour
l'installation?
Les
entreprises
seront-­‐
elles
prêtes
à
financer
de
tels
systèmes?
La
distance
moyenne
parcourue
par
jour
aux
Etats-­‐Unis
est
d'environ
65
kilomètres
(40
miles)
par
conducteur.
Comment
recharger
sa
voiture
lorsqu'on
part
en
vacances?
Des
stations
de
recharge
seront
nécessaires
sur
la
route
mais
il
reste
à
connaître
le
nombre
à
installer,
leur
propriétaire,
le
modèle
économique
et
financier
à
appliquer,
notamment
pour
payer
l'électricité.
Réduire
ou
maintenir
la
consommation
électrique
La
consommation
d’électricité
par
habitant
en
Californie
est
restée
stable
depuis
la
moitié
des
années
70
alors
que
la
moyenne
nationale
a
augmenté
d’environ
50%
(voir
Figure
7).
Figure
7
:
Stabilisation
de
la
consommation
électrique
par
tête
en
Californie
(source
CEC)
18
L.A.
gets
wired
with
new
electric-­‐car
charging
stations,
LA
Times,
June
29
2010
19
President
Obama
Announces
$2.4
Billion
in
Grants
to
Accelerate
the
Manufacturing
and
Deployment
of
the
Next
Generation
of
U.S.
Batteries
and
Electric
Vehicles,
White
House
statements
&
releases,
August
5
2010
16
LA
SMART
GRID
EN
CALIFORNIE

17. En
1976,
faisant
suite
à
l’impossibilité
de
construire
de
nouvelles
centrales
nucléaires,
le
gouvernement
tenta
de
réduire
la
consommation.
Les
dirigeants
se
sont
rendus
compte
que
la
consommation
des
réfrigérateurs
à
elle
seule
représentait
la
construction
de
5
centrales.
Améliorer
l’efficacité
des
réfrigérateurs
a
permis
de
répondre
aux
besoins
de
nouvelles
constructions
de
centrales.
Depuis
la
Californie
n’a
cessé
d’adopter
de
nouvelles
mesures
pour
améliorer
l’efficacité
des
appareils
électriques
et
tenter
de
freiner
l’augmentation
de
la
consommation.
Gérer
les
pics
de
consommation
Un
pic
de
consommation
entre
14h
et
18h
Comme
présentée
sous
la
courbe
ci-­‐dessous
(Figure
8),
la
consommation
électrique
n’est
pas
uniforme
au
cours
de
la
journée.
La
nuit,
la
consommation
électrique
est
très
basse,
alors
qu’elle
progresse
rapidement
au
cours
de
la
journée
formant
un
pic
généralement
entre
14h
et
18h.
L’intensité
du
pic
dépend
généralement
des
conditions
climatiques
et
de
facteurs
extérieurs
mais
en
Californie
les
plus
hauts
niveaux
atteints
se
situent
pendant
l’été,
lors
des
journées
très
chaudes
et
lorsque
les
appareils
de
climatisation
fonctionnent
à
plein
régime.
De
nombreuses
études
ont
été
réalisées
pour
comprendre
ce
comportement
de
consommation
et
il
est
intéressant
de
remarquer
sur
la
courbe
suivante
que
le
pic
de
consommation
a
lieu
en
fin
de
journée
lorsque
la
consommation
sur
le
lieu
de
travail
est
haute
et
la
consommation
à
la
maison
augmente.
Le
pic
est
donc
lié
à
la
fois
à
la
consommation
résidentielle
mais
également
à
celle
des
bâtiments
commerciaux.
Figure
8:
Répartition
de
la
consommation
électrique
au
cours
de
la
journée
par
secteur
économique
(source
:
LBNL)
LA
SMART
GRID
EN
CALIFORNIE
17

18. Un
pic
de
consommation
qui
coûte
cher
Parce
qu’il
faut
construire
des
centrales
d’appoint
onéreuses
pour
compenser
la
surconsommation,
les
pics
électriques
coûtent
très
chers
aux
opérateurs
électriques
qui
répercutent
le
prix
sur
les
utilisateurs.
Ceci
est
accentué
par
l’augmentation
de
l’intensité
des
pics
dans
le
secteur
résidentiel
comme
dans
le
secteur
commercial.
Par
ailleurs,
comme
il
est
présenté
sur
la
Figure
9,
le
gaz
naturel
-­‐
énergie
non
renouvelable
-­‐
est
utilisé
pour
l’ajustement.
En
effet
les
centrales
au
gaz
naturel
ont
l’avantage
de
pouvoir
varier
leur
production
avec
un
temps
de
latence
réduit
permettant
une
meilleure
flexibilité.
Les
barrages
hydrauliques
de
grande
taille,
grâce
à
leur
grande
capacité
de
stockage,
sont
également
utilisés
en
grande
quantité
pour
combler
le
déficit
de
production.
Cependant
ces
barrages
ne
sont
pas
considérés
en
Californie
comme
une
énergie
propre,
en
raison
des
problèmes
environnementaux
causés,
comme
la
destruction
de
la
faune
et
de
la
flore
et
la
dégradation
des
paysages.
Figure
9:
Mix
énergétique
quotidien
18
LA
SMART
GRID
EN
CALIFORNIE

19. La
Smart
Grid,
une
réponse
technologique
à
ces
défis.
Améliorer
et
optimiser
le
réseau
électrique
Structure
du
réseau
électrique
Le
réseau
électrique
peut
être
décomposé
en
2parties,
montrées
sur
le
schéma
ci-­‐dessous
(Figure
10).
Chacune
de
ces
parties
correspond
à
une
gamme
de
voltage
différente
et
induit
en
conséquence
des
infrastructures,
des
fonctions
et
des
technologies
différentes.
La
première
partie
inclut
les
tensions
élevées
voire
très
élevées,
qui
sont
typiquement
supérieures
à
110
kV.
Elle
inclut
la
production
dans
le
cas
des
grandes
centrales
et
moyennes
centrales,
et
la
transmission.
La
seconde
partie
comprend
les
tensions
inférieures
à
110kV,
qui
correspondent
à
la
distribution
et
aux
petites
centrales
de
production.
Figure
10
Schéma
du
réseau
électrique
(Source
:
J.
J
Messerly,
from
Wikipedia
-­‐
Electrical
Grid)
LA
SMART
GRID
EN
CALIFORNIE
19

20. Améliorer
le
réseau
de
transmission.
Situation
actuelle
Lors
du
Berkeley
Energy
Symposium
en
mars
dernier,
Philip
Moeller,
un
des
cinq
représentants
à
la
tête
de
la
Federal
Regulatory
Energy
Commission
(FERC),
avait
rappelé
le
besoin
pour
les
USA
de
mettre
à
jour
le
réseau
des
lignes
de
transmission
:
"Il
est
de
notoriété
publique
que
nous
avons
besoin
de
plus
de
lignes
transmissions...
Il
n'y
a
aucun
moyen
de
capter
plus
d'énergie
renouvelable
sans
transmission
».
Figure
11:
Carte
des
lignes
de
transmission
existantes
en
Californie
(Source
CEC)
20
LA
SMART
GRID
EN
CALIFORNIE

21. Un
rapport
publié
en
août
de
l’année
dernière,
écrit
par
les
régulateurs
californiens
et
les
opérateurs
électriques,
prévoit
un
coût
de
$15.7
milliards
dans
le
déploiement
de
lignes
de
transmission
pour
parvenir
aux
objectifs
ambitieux
de
la
Californie.
Ceci
prend
notamment
en
compte
le
transport,
jusqu'aux
grands
centres
de
populations,
de
grandes
quantités
d'énergie
provenant
de
lieux
de
production
éloignés
comme
des
éoliennes
dans
le
Midwest
ou
des
centrales
géothermiques
dans
le
Southwest.
Une
carte
proposant
de
nouvelles
infrastructures
de
transmissions20
ainsi
qu'une
carte
recensant
la
situation
actuelle
(Figure
11)
sont
disponibles.
"Dans
le
futur
nous
pourrions
voir
le
développement
de
larges
centrales
comme
des
fermes
d'éoliennes
capables
de
produire
5
à
10
GW,
mais
situées
loin
des
centres
urbains.
Il
deviendra
alors
nécessaire
de
transporter
de
larges
quantités
d'énergie
sur
des
longues
distances"
affirmait
Arshad
Mansoor,
vice
président
du
Power
Delivery
and
Utilization
de
l'Electricity
Power
Research
Institute
(EPRI).
Comment
y
parvenir
Pour
faire
face
aux
problèmes
relatifs
à
la
transmission,
la
Renewable
Energy
Transmission
Initiative
(RETI)21
a
été
créée.
C'est
une
initiative
californienne
mise
en
place
pour
aider
l'identification
des
projets
de
transmissions
nécessaires
pour
atteindre
les
objectifs
dictés
par
la
politique
énergétique
de
la
Californie.
La
mission
du
RETI
est
de
définir
toutes
les
zones
favorables
aux
énergies
renouvelables,
dites
"competitive
renewable
energy
zones
(CREZ)",
en
Californie
et
dans
les
états
voisins
qui
pourraient
fournir
des
quantités
significatives
d'énergie
à
la
population
d'ici
2020.
Une
fois
cette
étape
validée,
il
s'agit
ensuite
d'identifier
quelles
sont
les
zones
avec
le
meilleur
potentiel
de
développement,
à
savoir
le
meilleur
rapport
qualité/prix,
tout
en
prenant
aussi
en
compte
les
critères
écologiques.
L'étude
se
termine
par
des
plans
détaillés
des
transmissions
nécessaires
pour
le
développement.
Pour
pouvoir
initier
et
planifier
le
déploiement
du
réseau
de
transmission,
les
dirigeants
auront
besoin
de
se
fier
à
des
simulations
aussi
détaillées
que
possible.
Afin
de
fournir
les
meilleures
prévisions
possibles,
le
Renewable
and
Appropriate
Energy
Laboratory
(RAEL)22,
affilié
à
l'Université
de
Berkeley,
a
développé
son
propre
logiciel
de
simulations.
Solar,
Hydro
and
Conventional
generators
and
Transmission
(Switch)23
peut
explorer
différents
scénarios
pour
le
futur
réseau
électrique
des
Etats-­‐
Unis.
Le
modèle
suggère
les
décisions
d'investissement
à
prendre
en
fonction
du
coût,
pour
répondre
à
la
future
demande
en
électricité,
tout
en
tenant
compte
du
réseau
actuel
mais
aussi
des
projections
quant
au
prix
des
carburants,
des
développements
technologiques,
des
potentiels
d'énergie
renouvelable
et
des
politiques
proposées.
Promotion
de
nouvelles
lignes
grâce
à
des
technologies
plus
efficaces
comme
les
supraconducteurs
Transporter
de
grandes
quantités
d'énergie
sur
de
longues
distances
pourrait
être
plus
aisé
dans
les
prochaines
années
si
les
producteurs
d'électricité
adoptaient
un
nouveau
système
de
transmission
utilisant
du
courant
continu
(DC)
plutôt
qu'alternatif
(AC)
et
des
câbles
supraconducteurs
selon
l'EPRI.
20
Carte
des
lignes
de
transmissions
potentielles
:
http://bit.ly/d4wnTP
21
Présentation
de
l'initiative
RETI
:
http://www.energy.ca.gov/reti/index.html
22
Présentation
du
laboratoire
RAEL:
http://rael.berkeley.edu/
23
Présentation
du
projet
Switch
:
http://rael.berkeley.edu/switch
LA
SMART
GRID
EN
CALIFORNIE
21

22. Ce
dernier
décrit
dans
un
récent
rapport
un
système
à
base
de
tels
câbles
permettant
de
transporter
plusieurs
gigawatts
d'électricité.
Deux
autres
rapports
associés
au
premier
expliquent
les
problèmes
principaux
pour
l'intégration
sur
de
longues
distances,
la
connexion
des
câbles
supraconducteurs
de
type
DC
avec
le
réseau
existant,
les
transmissions
de
type
AC
à
de
plus
faibles
tensions
et
les
systèmes
de
distribution.
Comme
défini
dans
le
rapport
principal,
le
nouveau
système
pourrait
fournir
une
capacité
de
10
GW
avec
un
courant
et
une
tension
nominale
de
100
kiloampères
et
de
100
kilovolts.
Le
rapport
met
également
en
avant
le
potentiel
d'amélioration
de
la
sécurité,
la
fiabilité
et
l'efficacité
sur
le
réseau
AC
existant.
De
plus,
il
indique
que
les
constructeurs
de
telles
transmissions
pourraient
se
reposer
sur
des
technologies
déjà
disponibles
sur
le
marché
et
des
méthodes
de
construction
similaires
à
celles
utilisées
dans
la
construction
des
pipelines
de
gaz
naturel.
En
se
fondant
sur
les
tendances
notamment
dans
le
domaine
des
améliorations
dans
le
secteur
des
câbles
supraconducteurs,
l'EPRI
a
affirmé
que
les
transmissions
de
type
DC
pourraient
être
à
l'avenir
plus
efficaces
que
des
lignes
haute
tension
de
type
AC
pour
le
transport
de
grandes
quantités
d'énergie
sur
de
longues
distances.
Synchrophaseurs
Une
des
solutions
pour
rendre
le
réseau
plus
fiable
est
l'ajout
de
synchrophaseurs
appelés
également
Phase
Measurement
Units
(PMU)24.
Placés
à
l'intersection
des
lignes
de
transmissions
et
sur
une
partie
du
réseau
de
distribution,
les
PMU
permettent
de
mesurer
la
phase
du
courant
30
fois
par
seconde,
soit
une
fréquence
120
fois
supérieure
aux
systèmes
actuels.
A
l'aide
d'un
système
GPS,
les
informations
récoltées
sont
alors
comparées
entre
elles,
permettant
de
tracer
une
carte
en
temps
réel
des
phases
du
réseau
électrique.
Grâce
à
ces
données,
il
est
possible
d'estimer
le
stress
sur
le
réseau
et
de
synchroniser
les
lignes
de
transmissions
entre
elles.
Ce
système
devrait
également
permettre
d'estimer
les
risques
de
panne
et
d'éviter
les
coupures
de
courant
à
grande
échelle,
de
parvenir
à
une
meilleure
optimisation
des
lignes
de
transmission,
de
faciliter
l'intégration
des
sources
d'énergie
intermittentes
et
enfin,
d'améliorer
la
sécurité
sur
le
réseau.
Afin
d'accélérer
et
de
cadrer
le
déploiement
des
synchrophaseurs,
la
North
American
Synchrophasor
Initiative
(NASPI)25
a
été
mise
en
place.
La
NASPI
est
une
collaboration
entre
l’U.S
Department
of
Energy
(DoE),
la
North
American
Electric
Reliability
Corporation
(NERC)
ainsi
que
plusieurs
distributeurs,
centres
de
recherche
et
industriels.
Grâce
à
la
NASPI
plusieurs
projets
ont
pu
voir
le
jour.
Le
DoE
a
ainsi
attribué
une
bourse
de
$53.9
millions
pour
lancer
le
Western
Interconnection
Synchrophasor
Program.
Neuf
autres
partenaires
ont
également
investi
dans
le
projet,
rassemblant
un
total
de
$107,8
millions.
Le
programme,
mené
par
le
Western
Electricity
Coordinating
Council
(WECC)
qui
gère
la
sécurité
et
la
robustesse
du
réseau
électrique
pour
11
états
de
l'Ouest,
devrait
permettre
d'économiser
près
de
$2
24
Phasor
Measurement
Unit
Wikipedia
25
Site
officiel
de
la
NASPI
:
http://www.naspi.org/
22
LA
SMART
GRID
EN
CALIFORNIE

23. milliards
dans
les
40
prochaines
années,
selon
les
prévisions.
Depuis
son
lancement
137
PMU
ont
été
installés26.
A
l'heure
actuelle,
grâce
aux
PMU
installés,
les
distributeurs
sont
parvenus
à
améliorer
la
compréhension
et
le
contrôle
en
temps
réel
de
l'état
du
réseau.
Cependant,
seul
le
distributeur
Southern
California
Edison
a
mis
en
place
un
véritable
système
opératoire
automatisé.
Les
projets
de
construction
de
ligne
de
transmission
en
Californie.
27
Plusieurs
projets
ont
déjà
démarré.
La
liste
ci-­‐dessous,
fournie
par
la
Californian
Energy
Commission
(CEC) ,
fait
état
des
projets
en
cours
:
-­‐ SB
1059
State
Corridor
Planning
-­‐ Imperial
Valley
Study
Group
(terminé)
-­‐ Renewable
Energy
Transmission
Initiative
(RETI)
-­‐ Solar
Programmatic
Environmental
Impact
Statement
(PEIS)
-­‐ West-­‐Wide
Federal
Energy
Corridor
Programmatic
Environmental
Impact
Statement
(PEIS)
-­‐ California
ISO
Regional
Transmission
Planning
-­‐ California
Public
Utilities
Commission
-­‐
Transmission
Information
and
Projects
-­‐ U.S.
Department
of
Energy
National
Interest
Electric
Transmission
Corridors
(NIETC)
-­‐ U.S.
Department
of
Energy
Wind
Energy
Development
Programmatic
Environmental
Impact
Statement
Information
Center
Améliorer
le
réseau
de
distribution
La
règle
des
«
trois
neufs».
Selon
la
Galvin
Electricity
Initiative,
le
système
actuel
est
construit
sur
une
norme
de
fiabilité
des
“trois
neufs”,
ce
qui
signifie
que
dans
99.9%
des
cas,
le
réseau
fonctionne
normalement.
Ce
qui
veut
aussi
dire
que
0.1
%
du
temps
le
réseau
n’est
plus
fiable,
entraînant
des
risques
d’accidents,
une
perte
de
productivité,
un
effet
négatif
pour
le
commerce
et
une
entrave
à
la
sécurité
du
pays.
En
particulier
dans
les
sous
stations
ou
la
quantité
d’énergie
est
énorme,
la
sécurité
est
un
facteur
prioritaire.
Qui
plus
est
certains
appareils
nécessitent
plus
d’un
an
de
construction
et
représentent
un
coût
significatif
pour
un
opérateur.
Pour
protéger
le
réseau
et
améliorer
sa
sécurité,
les
opérateurs
électriques
l’ont
équipé
de
composants
électroniques
intelligents,
nommés
en
anglais
Intelligent
Electronics
Devices
(IEDs).
Ces
appareils
servent
de
protections
posées
sur
les
relais,
de
régulateurs
de
tension,
et
d'enregistreurs
de
perturbations.
Ils
peuvent
intervenir
de
façon
automatisée
sur
le
réseau
dans
le
cas
d’anomalies
de
tension,
de
courant
ou
de
fréquence.
26
Carte
des
PMU
installés
dans
la
Western
Interconnection
:
http://redirectix.bulletins-­‐electroniques.com/XCmxH
27
Les
différents
projets
de
lignes
de
transmission
:
http://www.energy.ca.gov/transmission/index.html
LA
SMART
GRID
EN
CALIFORNIE
23

24. Surveiller
et
contrôler
le
réseau
:
Supervisory
Control
And
Data
Acquisition
(SCADA)
Le
terme
SCADA
réfère
habituellement
à
un
système
centralisé
capable
de
surveiller
et
de
contrôler
un
ensemble
de
systèmes
complexes
étendus
sur
une
large
zone.
La
grande
majorité
des
actions
est
réalisée
automatiquement
par
des
terminaux
de
contrôle
à
distance
(RTU)
ou
par
des
contrôleurs
logiques
programmables
(PLC).
Dans
le
cas
du
réseau
électrique
le
système
sera
capable
de
mesurer
les
caractéristiques
du
réseau
comme
la
tension,
la
fréquence
ou
encore
le
courant,
et
d’agir
automatiquement
en
cas
de
faille
sur
le
réseau
(voir
Figure
12).
Figure
12
Schéma
d'un
SCADA
(Source
Wikipedia
:
SCADA)
Automatiser
le
réseau
de
distribution
Afin
d’augmenter
l’efficacité
sur
le
réseau
de
distribution
et
de
minimiser
les
pertes,
les
opérateurs
électriques
se
tournent
vers
une
plus
grande
automatisation
du
réseau.
Ceci
inclut
par
exemple
des
composants
intelligents
permettant
une
augmentation
de
la
fiabilité
du
réseau
et
l’amélioration
des
capacités
de
restauration
du
réseau
en
cas
de
panne.
Ceci
comprend
également
des
logiciels
capables
d’automatiser
les
facteurs
de
correction
d’énergie
et
la
réduction
de
la
conservation
de
tension.
Pour
parvenir
à
une
optimisation
maximale,
les
composants
sont
connectés
entre
eux
(Figure
13),
les
opérateurs
ayant
alors
une
vue
d’ensemble
instantanée
du
réseau.
24
LA
SMART
GRID
EN
CALIFORNIE

25. Le
sujet
n’est
pas
nouveau,
l’EPRI
travaille
déjà
depuis
quelques
années
sur
le
projet
Intelligrid28.
Mais
ce
n’est
que
depuis
peu
que
de
nombreux
opérateurs
se
sont
lancés
dans
de
tels
programmes.
On
peut
citer
le
cas
du
SMUD29,
de
PG&E30
ou
encore
de
SCE31
Figure
13:
Exemple
de
réseau
de
communication
entre
les
sous
stations
(Source
:
Cisco)
Un
réseau
de
communication
apposé
au
réseau
énergétique
Une
segmentation
du
réseau
de
communication
calqué
sur
l’infrastructure
électrique.
Les
fondations
des
réseaux
intelligents
reposent
sur
l’apposition
d’une
infrastructure
de
communication
sur
l’ensemble
du
réseau
énergétique.
Le
format
du
réseau
de
communication
est
encore
à
définir,
et
de
nombreuses
solutions
technologiques
parfois
divergentes
sont
présentées.
Cependant
une
architecture
générale
semble
se
dessiner.
Cette
architecture
reprend
les
fonctionnalités
principales
du
réseau
que
sont
la
production,
la
transmission,
la
distribution
et
la
consommation.
Comme
présenté
sur
les
schémas
ci-­‐dessous,
le
réseau
peut
être
divisé
en
4
sous-­‐réseaux
(Figure
14),
correspondant
chacun
à
une
infrastructure
du
réseau
électrique
(Figure
15)
:
28
Architecture
for
the
Intelligent
Electricity,
Energy
and
Utility
Services
Grid
of
the
Future,
EPRI
29
Distribution
Automation
and
Efficiency
Document,
Sacramento
Municipal
Utility
District
30
PG&E
Smart
Meter
Program,
PG&E
Website
31
Lower
Costs
and
Customer
Focus
Regenerates
Distribution
Automation,
Electric
Light
&
Power
LA
SMART
GRID
EN
CALIFORNIE
25

26. 1. Local
Area
Nework
(LAN)
:
Restreint
à
des
zones
confinées,
le
LAN
est
utilisé
typiquement
pour
transmettre
des
données
aux
points
sensibles
du
réseau
comme
le
cœur
des
opérateurs
électriques
ou
des
centrales.
2. Wide
Area
Network
(WAN):
De
par
sa
grande
couverture,
le
WAN
est
utilisé
pour
transférer
les
données
du
réseau
électrique
sur
de
longues
distances
pour
être
ensuite
stockées
sur
des
serveurs
centraux
(cloud
computing)
ou
encore
pour
communiquer
le
long
des
lignes
de
transmission
3. Field
Area
Network
(FAN/AMI)
:
Disposant
d’une
portée
généralement
plus
faible
que
le
WAN
est
utilisé
en
majorité
pour
les
communications
sur
le
réseau
de
distribution.
C’est
pourquoi
il
est
souvent
assimilé
au
réseau
AMI.
4. Home
Area
Network
(HAN)
:
Il
supporte
les
communications
au
niveau
des
bâtiments
commerciaux
et
des
lieux
de
résidence.
Figure
14:
les
réseaux
de
communication
et
leurs
applications
(GTM
Research)
26
LA
SMART
GRID
EN
CALIFORNIE