Qu’est-ce qu’un microgrid ?
Le microgrid, qui signifie micro-réseau, est un réseau électrique de petite taille, autosuffisant localement, permettant à la fois de produire, de stocker et de consommer de l’énergie. C’est donc un réseau électrique local capable de fonctionner de manière autonome. Il est aussi généralement connecté au réseau principal.
Les microgrids fonctionnent à l’échelle d’un îlot et peuvent alimenter une seule habitation comme un quartier entier, un site industriel, une zone d’activité, un campus ou encore un secteur isolé (île, zone rurale ou montagneuse, etc.). Les microgrids permettent une autoconsommation collective.
Ce sont des systèmes intelligents dans la mesure où ils sont équipés de logiciels pointus de gestion et d’optimisation de l’énergie. On peut alors parler de smart microgrids pour micro-réseaux intelligents, à l’instar des smart grids.
Les enjeux des microgrids sont multiples : contribuer à l’autonomie énergétique localement, réduire la dépendance aux réseaux centralisés, favoriser les énergies renouvelables, mieux résister aux pannes de réseaux ou encore offrir un service de l’énergie plus stable aux usagers. C’est donc une solution innovante qui offre un élément de réponse aux problématiques énergétiques actuelles.
Comment fonctionne un micro-réseau ?
Un microgrid est constitué de plusieurs éléments interconnectés :
- Des sources d’électricité renouvelable décentralisées, comme des panneaux photovoltaïques, des éoliennes, des systèmes micro-hydrauliques ou encore des systèmes de cogénération utilisant de la biomasse, installées à l’échelle locale ;
- Une infrastructure de distribution de l’énergie produite jusqu’aux usagers, comprenant des câblages locaux, des convertisseurs jusqu’aux compteurs communicants ;
- Des systèmes de stockage de l’énergie, le cas échéant, comme des batteries, des volants d’inertie, aussi appelés flywheels, qui stockent l’énergie sous forme d'énergie cinétique de rotation, ou encore des supercondensateurs ;
- Des systèmes de gestion centralisée et de contrôle de l’énergie, afin d’équilibrer en temps réel la production et la demande énergétique.
Ainsi, le microgrid permet, pour le secteur pour lequel il a été implanté et dimensionné :
- La production d’énergie renouvelable ;
- L’approvisionnement des bâtiments connectés au micro-réseau en électricité renouvelable ;
- Dans le cas d’installation de systèmes de stockage de l’énergie, le stockage de la surproduction et la gestion de ce stock ;
- La transmission,l’analyse et la gestion de données sur la consommation, la production et, le cas échéant, le stockage.
L’innovation,la recherche et les avancées technologiques dans les domaines de l’intelligence artificielle et des algorithmes de gestion de la data, des onduleurs bidirectionnels ou encore des systèmes de stockage de l’énergie, se poursuivent et jouent un rôle majeur dans le développement des micro-réseaux.
Quels sont les bénéfices environnementaux et économiques des microgrids
Les avantages des microgrids sont nombreux et répondent à des préoccupations très actuelles d’indépendance énergétique, de fiabilité de l’approvisionnement en énergie et de réduction de l’exposition aux risques d’augmentation des prix de l’énergie.
Les microgrids constituent par ailleurs un outil intéressant dans la transition écologique des quartiers, parcs d’activités ou campus, en leur permettant de consommer une énergie plus propre et verte, moins émettrice de gaz à effet de serre, tout en réduisant leurs factures énergétiques, notamment par un pilotage fin des consommations énergétiques des bâtiments et infrastructures concernés.
Les bénéfices des microgrids sont spécifiques et multiples :
Résilience et continuité de service
En cas de coupure d’énergie, que ce soit du fait de travaux sur le réseau général par exemple ou d’un évènement externe imprévu (intempéries, incendies, cyberattaque…), le microgrid, s’il a été conçu pour pouvoir être déconnecté, pourra basculer en mode îlot pour garantir son autonomie énergétique et maintenir l’alimentation du secteur concerné ou, a minima, de ses équipements prioritaires.
Réduction des dépenses énergétiques
Dans le cas d’un micro-réseau, la production et la consommation de l’énergie sont géographiquement proches, ce qui minimise les pertes en ligne liées au transport de l’énergie. La réduction de la dépendance au réseau général d’électricité génère par ailleurs des économies sur les coûts d’infrastructure et de transmission et permet d’optimiser la facture énergétique des bénéficiaires.
Optimisation de la gestion de l’énergie
Les microgrids permettent une gestion autonome et intelligente de l’énergie produite localement grâce aux équipements de gestion et d’optimisation énergétique mis en œuvre. Les logiciels utilisés et l’intelligence artificielle dont ils bénéficient permettent d’analyser les pics de production ou de consommation, les capacités de production et les besoins de consommations des équipements, et d’ajuster ainsi la production et les approvisionnements au plus près des besoins réels.
Réduction des émissions de gaz à effet de serre
A l’échelle d’un quartier, il est possible de multiplier les petites productions d’énergie renouvelable, selon les opportunités et spécificités locales. Des panneaux solaires, en toitures notamment, des petites éoliennes, l’utilisation de la biomasse ou même la production d’hydroélectricité pourront être envisagés ou combinés, selon les contextes, et gérés intelligemment grâce aux systèmes de monitoring et de gestion centralisée prévus dans le cadre du microgrid.
Optimisation du maillage énergétique
Dans les zones isolées, l’installation de microgrids indépendants, non raccordés au réseau principal, constitue une solution alternative à l’extension du réseau électrique et contribue donc à l’amélioration de la couverture énergétique d’un territoire isolé.
Quels sont les limites des microgrids et les défis à surmonter ?
Les microgrids, comme toute technologie émergeante, ne sont pas sans défauts. Il reste à ce jour des défis à surmonter pour en faire une solution généralisable et durable de production d’énergie à l’échelle d’un îlot et au-delà.
D’abord, les investissements initiaux pour la mise en oeuvre de micro-réseaux restent élevés et constituent un frein à leur essor. Des modèles innovants de montages financiers, comme les partenariats public-privé, ainsi que des subventions ciblées peuvent constituer des aides pour lever cet obstacle.
Ensuite, la mise en oeuvre d’un microgrid présente une complexité technique importante et nécessite des expertises pointues. De nombreux métiers et compétences sont indispensables pour garantir la conception, l’interopérabilité, la maintenance, la stabilité, la qualité de tension ou encore la cybersécurité des micro-réseaux. La formation continue permet aux professionnels de se mettre à niveau pour répondre aux nouveaux besoins en matière de production, stockage, optimisation ou distribution d’énergie renouvelable en boucle locale.
Les technologies nécessaires à la mise en oeuvre de microgrids ne cessent d’évoluer pour améliorer le stockage de l’énergie et mieux répondre ainsi à l’intermittence de certaines sources d’énergie renouvelable telles le solaire, optimiser les capacités de production ou encore améliorer la stabilité de ces réseaux. La cybersécurité est également un enjeu majeur des microgrids, ceux-ci étant hautement numérisés et connectés.