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Contribution du CEA en matière de réseaux énergetiques

11 Jan. 21

Par Patrice Tochon, Responsable du Programme Efficacité Energétique et Réseaux d’Energie

Pour limiter le réchauffement climatique, il faut décarboner rapidement notre économie, donc nos sources d’énergie, c’est-à-dire apprendre à nous passer des ressources fossiles (pétrole, gaz et charbon). Fort de ce constat, l’État a demandé au CEA d’inscrire ses travaux de recherche pour une vision « intégrée » d’un système énergétique neutre en carbone, à l’horizon 2050. L’idée de base de cette vision complexe est que chaque composant du système énergétique a un impact sur les autres et doit fonctionner avec eux : batteries des véhicules électriques, panneaux solaires, réacteurs nucléaires, électrolyseurs, réseaux de chauffage urbain… Le CEA s’investit depuis de nombreuses années sur toutes ces technologies ; mais les développe non pas isolément mais dans une approche intégrée. D’autant que cette articulation de ressources doit s’inscrire dans une perspective de production d’électricité à la fois massive et intermittente, centrale et locale, et avec un réseau qui deviendra bidirectionnel puisque le consommateur pourra aussi être producteur.

S’agissant des réseaux énergétiques, le CEA a décliné sa stratégie autour des cinq piliers majeurs de la transition énergétique et numérique :

  1. Le développement et l’intégration des énergies renouvelables. La Programmation Pluriannuelle de l’Energie (PPE), adoptée par décret du 21 avril 2020, prévoit de doubler les capacités de production d’électricité d’origine renouvelable à horizon 2028 dans une trajectoire de neutralité carbone à horizon 2050. Cette production, intermittente et distribuée par nature, devra être absorbée par les réseaux de façon sûre et pérenne. Ces nouvelles installations, de taille plus réduite et disséminées sur le territoire, pourront permettre par foisonnement de lisser la production. Dans ce cadre, le CEA s’intéresse sur son site de l’INES en particulier aux développement de solutions de production d’énergie solaire, PV ou thermique. Il développe également des solutions d’architectures électriques innovantes et des outils de pilotage.
  2. Le développement de la mobilité électrique, de la recharge intelligente et du bâtiment comme nœud énergétique. La PPE fixe un objectif de plus 5 millions de véhicules électriques ou hybrides rechargeables à horizon 2028 et prévoit 500 000 points de recharge publics à cette même échéance. Le plan de relance automobile présenté le 26 mai 2020 par le Président de la République confirme cette ambition. Le rôle des Smart Grids est donc de facto renforcé, avec la nécessité de prévoir les conditions techniques du développement de la mobilité électrique à grande échelle en France. Dans ce cadre, le CEA développe des convertisseurs d’énergie, bidirectionnels, permettant d’assurer les fonctions de Véhicule to Grid (V2G) et Building to Grid (B2G) et le pilotage des recharges pour synchroniser production renouvelable et consommation.
  3. Les usages partagés de l’énergie destinés à développer la flexibilité du système et réduire les coûts des ménages et des entreprises à terme : autoconsommation, stockage, pilotage d’appareils en aval du compteur (IOT) et développement des services apportés par le compteur communicant. Cet axe met en avant le nouveau consom’acteur, qui veut réduire sa facture énergétique et contribuer au pilotage de sa propre consommation, voire de son autoproduction. Pour que le consommateur devienne acteur, il faut d’une part lui donner un niveau d’information suffisant sur les capacités de production et de distribution à un instant donné (ce qui sous-entend une instrumentation importante, des capteurs pertinents, la remontée, l’agrégation et l’exploitation des données en temps réels pour fournir des éléments d’appréciation compréhensibles et lisibles par tous) ; d’autre part mettre en place les mesures économiques incitatives ou les nouveaux usages qui rendront cela efficace (c’est-à-dire qui permettront à une fraction suffisante de consommateurs de répondre à l’incitation pour conserver la bonne stabilité des réseaux et la bonne distribution d’énergie). Les flux de données devront par ailleurs être gérés avec les niveaux de sécurité requises, avec les autorisations des consommateurs et fournisseurs d’énergie, et dans la conformité des réglementations sur la protection des données personnelles (RGPD). Les activités du CEA portent d’une part sur l’accompagnement à ce changement, et d’autre part sur le développement de capteurs distribués et d’outils de gestion de données avancés permettant de le matérialiser. Il s’appuiera enfin sur une approche technico-économique pour mieux appréhender les usages et le volet social/sociétal associé ; et sur les activités cyber-sécurité pour la sécurisation des données.
  4. Une amélioration de l’efficacité énergétique. La PPE prévoit une réduction de la consommation finale d’énergie de -16,5% à horizon 2028 par rapport à 2012 et le développement de capacité d’effacement électrique de 6,5 GW.
    • Pour l’industrie, l’enjeu est double : d’une part faire de l’efficacité énergétique un levier de compétitivité et de performance environnementale au service des industriels français, en la faisant pénétrer au cœur des procédés (intensification via les certificats d’économie d’énergie CEE) ; d’autre part permettre aux industries de créer des synergies entre elles (éco parc) et avec leur territoire grâce à des échanges (chaleur fatale, froid, déchets) entre sites qui soient profitables à tous via les réseaux (notamment de chaleur et de froid). En particulier, le CEA développe des technologies thermiques et thermodynamiques permettant de valoriser les énergies fatales (échangeurs de chaleur, machines de conversion thermodynamiques, stockage thermique notamment).
    • Pour les bâtiments, il s’agira d’accélérer les rénovations énergétiques via des contrats de performance énergétique (CPE), en mettant en place des offres couplées entre les systèmes de pilotage et la fourniture d’énergie et en favorisant les systèmes de ventilation efficients pour améliorer l’efficacité énergétique globale du logement. Le CEA s’intéresse à des solutions de connections de bâtiments aux réseaux de chaleur et favorise le déploiement des solutions de récupération de chaleur (notamment sur l’eau chaude sanitaire) et de froid sur différents vecteurs.
    • Pour le Green IT, le CEA conduit des études d’amélioration des consommations énergétiques des systèmes d’information et de valorisation de l’énergie dissipée chaque fois que possible, dont les Datacenter.
  5. Une convergence multi-énergies, tirant profit des synergies entre l’électricité, la chaleur, le froid, le gaz naturel et l’hydrogène. Cela passera par le développement de technologies passerelles entre les vecteurs (power-to-heat, power-to-gas, etc). Le CEA développe des technologies thermodynamiques passerelles entre les vecteurs (pompes à chaleur, machines de froid, systèmes de conversion de chaleur en électricité) et la mise en situation entre elles ; ainsi que des solutions de flexibilités basées sur les batteries électrochimiques et les composants mettant en œuvre l’hydrogène. Ces technologies seront présentées dans un prochain article de la newsletter de Pôlénergie en février 2021.
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