Comment construire un réseau électrique adapté à l'avenir ?

De nombreux réseaux électriques nationaux existants ont été conçus et construits à l'époque du charbon. Cette ère touche à sa fin. Comment opérer la transition vers un réseau électrique adapté à l'avenir ?

Parallèlement au développement de la production d'énergies renouvelables, telles que l'éolien terrestre et marin et le solaire photovoltaïque, chaque pays doit moderniser radicalement son réseau électrique afin de tirer parti de ces nouvelles sources d'énergie pour décarboniser le chauffage, les transports et l'industrie. Le réseau électrique de demain est incroyablement prometteur, car il débloque un système énergétique national dans lequel les fournisseurs et les consommateurs sont des participants actifs dans un écosystème électrique de plus en plus dynamique.

L'équipe énergie d'Arup est à l'avant-garde de cette évolution. L'ampleur de l'entreprise est naturellement considérable. Au cours des six prochaines années seulement, le programme de modernisation du réseau de transmission du Royaume-Uni permettra de construire cinq fois plus d'infrastructures électriques qu'au cours des 30 dernières années. C'est l'occasion non seulement d'adapter l'infrastructure énergétique existante, mais aussi de réimaginer le système électrique dans son ensemble.

À l'échelle mondiale, les compagnies d'électricité devront s'engager dans des modernisations similaires du réseau, c'est pourquoi nous souhaitons partager ce que nous avons appris sur ce processus jusqu'à présent.

1. Les progrès nécessitent un chef d'orchestre et une collaboration approfondie

La nécessité d'un changement accéléré et systémique du système électrique exige un leadership audacieux et soutenu par les pouvoirs publics, ainsi que la transparence parmi un large éventail de parties prenantes et d'utilisateurs du secteur. Cela signifie que les rôles, les responsabilités, les sources d'investissement et les calendriers doivent être clairs. L'engagement en faveur d'une vision ambitieuse est vital pour les entreprises du secteur de l'énergie, car l'extension du réseau et la numérisation promettent d'améliorer la flexibilité du modèle commercial et de réduire les risques liés aux investissements dans les énergies renouvelables.

Compte tenu du niveau de changement systémique requis, l'élaboration d'un plan directeur pour un nouveau réseau électrique nécessite l'implication précoce d'acteurs privés tels que les entreprises énergétiques, les fournisseurs de technologie et les plateformes numériques, ainsi qu'une communication efficace avec le public sur les changements à venir. Pour les gouvernements et leurs autorités chargées de l'énergie, il s'agit d'une évolution qui n'arrive qu'une fois par génération, et il faudra donc un chef d'orchestre efficace au centre, pour coordonner les développements à l'échelle.

Si la coordination est la moitié de l'histoire, la collaboration en est l'autre composante. Traditionnellement, les infrastructures énergétiques sont développées de manière très linéaire et séquentielle. Mais cela prendra trop de temps pour faire face aux échéances existentielles du changement climatique. Notre approche consiste à élaborer des solutions en collaboration, en rassemblant tous les acteurs du secteur pour définir des objectifs communs tout au long de la chaîne d'approvisionnement en matière de conception, de construction et d'exploitation. Le résultat est un déploiement radicalement plus rapide.

En savoir plus sur notre travail : Arup et AECOM forment une coentreprise pour accélérer la modernisation du réseau électrique.

2. Une mise à niveau du réseau renforce la résilience globale de l'énergie

Les réseaux énergétiques d'aujourd'hui sont confrontés à toute une série de risques en matière de résilience : vieillissement des infrastructures, croissance de la demande, intensification des phénomènes météorologiques, cybermenaces, erreurs humaines. Les recherches menées par le CDRI, un organisme industriel, estiment que plus de 100 milliards de dollars d'infrastructures énergétiques sont exposés aux seuls effets du climat. À mesure que l'électrification de la société progresse, la dépendance des personnes à l'égard du réseau électrique pour leur propre résilience individuelle s'accroît également. L'investissement dans un réseau électrique adapté à l'avenir permet de relever ces défis.

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Cadre de résilience énergétique

Un approvisionnement en électricité plus décentralisé peut accroître la résilience du système s'il est suffisamment diversifié en termes de type de production, de géographie et de connectivité sous la forme d'interconnexions. Toutefois, la dépendance à l'égard des sources d'énergie renouvelables entraîne un besoin accru de connaissances pluridisciplinaires dans des domaines tels que le climat, la météorologie et la protection des côtes, depuis le processus de planification jusqu'à l'exploitation quotidienne du réseau.

Au-delà de la robustesse, la mise en place d'un système électrique réfléchi peut renforcer la résilience. La surveillance numérique permet de mieux comprendre l'impact des conditions internes et externes sur le réseau, ce qui facilite la prise de décision et la préparation de la réponse. Bien que les systèmes automatisés puissent réduire les erreurs, le réseau électrique adapté à l'avenir continuera à dépendre fortement de personnes bien formées pour prévenir les perturbations du réseau et y répondre.

3. L'avenir de l'électrification passe par la connexion numérique

La numérisation est essentielle à la structure, à la fonctionnalité et à la gestion efficace d'un réseau électrique adapté à l'avenir. Concevoir et réaliser la transition vers le numérique est une tâche initiale complexe mais vitale.

Depuis 2021, l'Arup soutient le National Electricity System Operator (NESO) de Grande-Bretagne dans le cadre de son programme Virtual Energy System, conçu pour promouvoir l'échange de données, les décisions fondées sur les données, la surveillance de l'ensemble du système et l'optimisation opérationnelle, tout en garantissant l'efficacité et la fiabilité du système énergétique. Dans ce travail, nous avons identifié 14 facteurs socio-techniques clés, concernant les personnes, les processus, les données et la technologie, qui seront cruciaux pour réaliser le système énergétique virtuel de la NESO. Le résultat est une voie pour développer en collaboration la gouvernance, les normes de données, les politiques d'accès, la sécurité, les compétences et le soutien plus large nécessaires pour fournir efficacement la gamme de cas d'utilisation qui composent un système d'énergie virtuelle fonctionnel.

L'introduction d'un véritable partage des données et d'une interopérabilité dans le secteur de l'énergie est susceptible de conduire à toutes sortes d'autres innovations sur le marché de l'énergie au fil du temps - un phénomène que nous avons observé lorsque le secteur bancaire britannique s'est rassemblé pour former l'initiative Open Banking. De nouveaux entrants sur le marché sont apparus du jour au lendemain, offrant de nouveaux produits et services financiers aux consommateurs. L'énergie numérique a le même potentiel.

4. L'amélioration des performances du réseau nécessite une ingénierie de pointe

Bien que les éléments tangibles du réseau électrique - circuits, lignes électriques, sous-stations - aient été conçus et élaborés pour le passé, ils constituent une bonne base pour un avenir de plus en plus électrifié. La mise à niveau du système pour qu'il soit adapté aux besoins nécessite des technologies modernes, un horizon de planification élargi et des investissements anticipés qui nous mèneront jusqu'en 2050 et au-delà.

Dans de nombreux endroits, la distance entre les points de production d'électricité et les centres de demande augmentera - c'est le cas au Royaume-Uni où les ressources éoliennes sont principalement situées dans le nord et les centres de demande dans le sud. Dans ce cas, les lignes de courant continu à haute tension (CCHT) peuvent servir d'autoroutes du transport de l'électricité, limitant les pertes tout en réduisant potentiellement le nombre de circuits nécessaires. Sur l'ensemble du réseau, l'utilisation accrue et sophistiquée de capteurs permet d'améliorer l'utilisation des éléments existants et nouveaux du système afin d'être aussi efficace que possible. Lorsque les températures climatiques fluctuent, la tarification dynamique des lignes prend en compte les températures en temps réel (et prévues) afin de maximiser la capacité des lignes de transmission. La demande des sous-stations peut être suivie en continu et les pics de demande contrôlés grâce à une réponse des consommateurs basée sur le marché. Un réseau numérique s'appuiera sur ce niveau de surveillance intelligente, continue et prédictive.

La construction d'un réseau électrique adapté à l'avenir nécessitera l'installation d'une nouvelle infrastructure de réseau électrique ainsi que la mise hors service d'une partie de l'infrastructure existante. Cela signifie qu'il faudra creuser, construire, éliminer, recycler et utiliser des matériaux à forte intensité d'émissions tels que l'acier, le cuivre et le ciment. En gardant à l'esprit l'objectif global "net zéro", il est impératif d'appliquer des pratiques durables et basées sur la nature à tous les aspects de la construction afin de limiter l'impact négatif de l'ingénierie du futur réseau.

En savoir plus sur notre travail de développement d'une infrastructure de partage de données sur les systèmes énergétiques pour le Royaume-Uni

5. La flexibilité et l'innovation vont remodeler le marché de l'énergie

Une fois opérationnel, le réseau électrique du futur servira d'écosystème pour débloquer l'innovation et les "marchés de la flexibilité". Dans cette nouvelle situation, un plus grand nombre d'acteurs seront incités à fournir des services essentiels au réseau, tels que le stockage, la réponse à la fréquence ou la réduction de la demande, en bénéficiant des forces du marché pour optimiser l'équilibrage et le fonctionnement efficace du système électrique.

Les marchés de flexibilité offrent également aux gestionnaires de réseau une série d'outils pour gérer la demande, avec une tarification dynamique et des incitations en temps réel pour façonner l'utilisation de l'électricité par les consommateurs. C'est là qu'un réseau électrique numérisé de bout en bout a le plus d'impact, en donnant vie aux coûts des choix pour tous les consommateurs du système. Atteindre le zéro net ne consiste pas simplement à éliminer les combustibles fossiles de la production d'énergie, il s'agit également de réduire ou d'assurer la transparence du système afin de modifier les incitations à la consommation.

Pour en savoir plus sur les travaux de l'Arup concernant l'élaboration de marchés futurs et flexibles pour l'énergie au Royaume-Uni.

Que faire maintenant ?

Le réseau électrique de chaque pays se trouve à un stade de développement particulier, avec une combinaison différente de technologies et d'infrastructures anciennes sur lesquelles il faut s'appuyer, et des niveaux variables de demande future à satisfaire. Comme nous l'avons vu, la transition est un défi complexe qui englobe la planification, la technologie, la collaboration opérationnelle, la gouvernance et l'innovation technique. Notre équipe chargée de l'énergie aide les pays, les opérateurs de réseaux et les entreprises énergétiques à identifier les premières mesures les plus importantes et les plus tangibles à prendre, et à déterminer où innover et investir pour atteindre l'objectif ultime, à savoir un réseau électrique adapté à l'avenir.