Construire des écosystèmes pour encourager la transition énergétique intelligente

La production et la consommation d'énergie connaissent une transformation majeure, portée par les inquiétudes liées au changement climatique et rendue possible par la numérisation. Atteindre les objectifs environnementaux en décarbonant le secteur de l'énergie nécessite une co-innovation mondiale et une infrastructure numérique capable de fournir des informations et un contrôle des données en temps réel. Comment la 5G, l'IoT, le edge computing, la VR / AR, les data lakes et la cybersécurité joueront-ils un rôle essentiel ?

Une énergie abordable est vitale pour alimenter les transports et l'industrie, comme pour fournir chauffage, éclairage, cuisine et divertissement dans nos maisons. Elle sous-tend l'économie mondiale. Toujours largement dérivée des combustibles fossiles, l'énergie représente près des deux tiers du total des gaz à effet de serre produits dans le monde, selon l'Agence internationale de l'énergie. Les réglementations environnementales, l'évolution des attentes des consommateurs et le passage aux véhicules électriques accélèrent le déploiement des technologies des énergies renouvelables. Dans le même temps, de nouveaux modèles économiques font leur apparition, permettant aux consommateurs et aux entreprises de revendre l'énergie provenant de panneaux solaires sur leurs toits ou l'énergie stockée dans leurs véhicules électriques.

Mais comme le souligne le Conseil mondial de l'énergie, le passage à une énergie décarbonée et décentralisée pose certains défis majeurs, notamment la fiabilité du réseau, la résilience et les cybermenaces. Pour rester en phase avec les objectifs du changement climatique, des technologies et des modèles économiques innovants sont essentiels.

«Aucun pays, entreprise, ville ou communauté ne peut réaliser la transition énergétique seul ou en une seule fois. Toutes les technologies et innovations seront nécessaires, reliant les pays et les secteurs et faisant participer de multiples parties prenantes et divers responsables de l'élaboration des politiques », explique le Conseil mondial de l'énergie.

Les réseaux électriques intelligents (smart grid) seront essentiels pour permettre un échange réciproque entre le fournisseur et ses clients et la détection le long des lignes de transmission. Ils intègrent la puissance de traitement informatique, les systèmes d'automatisation, les capteurs, les contrôleurs, les actionneurs et les lacs de données fonctionnant avec le réseau électrique pour répondre numériquement à l'évolution rapide de la demande d'électricité.

Selon François Bélorgey, vice-président du développement de l'innovation au sein de la division Technology and Global Innovation d'Orange :

" la 5G devrait devenir le fondement de la production d'énergie décentralisée et du smart grid, supportant des capteurs IoT en masse pour le monitoring des données en temps réel, un élément essentiel de la transition énergétique."

Traditionnellement, l'électricité est produite dans une centrale électrique (charbon, nucléaire, hydroélectrique, solaire, gaz ou biocarburant) en libérant de la vapeur, qui entraîne une turbine, couplée à un alternateur. L'électricité produite est acheminée sous haute tension dans l'équivalent d'une dorsale de télécommunications et est ensuite distribuée via un réseau capillaire moyenne et basse tension jusqu'au client final, où elle est utilisée instantanément. Un élément crucial est de maintenir la fréquence de bout en bout (50 Hz en Europe, 60 Hz aux États-Unis) malgré les secousses, qui surviennent lorsque l'appareil électronique d'un consommateur est connecté ou déconnecté ou que l'unité de production d'énergie de la société d'énergie est allumée ou éteinte. L'ensemble du système électrique doit équilibrer l'offre et la demande. Tout déséquilibre peut entraîner divers degrés de pannes.

Un réseau électrique intelligent doit pouvoir gérer les pics de demande quotidiens, en particulier le matin et le soir. Cela signifie que l'énergie solaire et éolienne imprévisible doit être stockée dans des systèmes de stockage d'énergie basés sur des batteries, notamment dans les véhicules électriques. À l'avenir, les analystes prévoient que les consommateurs pourront brancher leurs véhicules pour tirer de l'électricité du réseau lorsque la demande est faible et que les approvisionnements sont abondants (potentiellement à moindre coût) et les revendre au réseau aux heures de pointe et lors de l’absence de soleil ou de vent.

François Bélorgey note :

'«un réseau de distribution d'énergie intelligent est géré dans le but de minimiser les pertes de puissance en se basant sur des données en temps réel et des prévisions, y compris des informations recueillies auprès du consommateur final. En réalité, la principale différence entre un réseau électrique traditionnel et un réseau électrique intelligent est que les réseaux intelligents sont équipés d'un système d'information utilisé dynamiquement en temps réel, permis par la 5G, les réseaux de capteurs IoT, l’edge computing, les data lakes, les appareils VR / AR et la sécurité IT-OT. "

Innovation et collaboration : les facteurs-clés de la transition énergétique

En Europe, Orange Business Services accompagne le distributeur d'énergie Enedis dans sa transition vers un réseau de distribution d'électricité plus intelligent. Orange connecte des centaines de milliers d’objets communicants sur le réseau de distribution d’électricité de l’entreprise en France avec 3 000 sites. Cela permettra à Enedis de développer la collecte de données sur les flux d'énergie, la surveillance en temps réel des sous-stations électriques et l'auto-réparation automatisée.

Orange estime que la crise du COVID-19 devrait accélérer la demande d'énergie verte et de véhicules électriques dans le monde. Pendant la crise du COVID-19, les consommateurs sont devenus plus préoccupés par les menaces qui pèsent sur notre monde.

Selon le secrétaire général des Nations Unies (ONU), António Guterres, «nous devons agir de manière décisive pour protéger notre planète à la fois du coronavirus et de la menace existentielle de perturbation climatique. Alors que nous dépensons d'énormes sommes d'argent pour nous remettre du coronavirus, nous devons créer de nouveaux emplois et de nouvelles entreprises grâce à une transition propre et verte. »

L'innovation technologique est également essentielle pour que la transition énergétique puisse suivre la demande, y compris dans les économies émergentes. Les Nations Unies estiment que la population mondiale atteindra 9,7 milliards d'ici 2050, contre 7,7 milliards en 2019.

Technologies habillitantes

Il existe un besoin d'analyse quotidienne des données de charge et d'état pour améliorer la qualité de l'approvisionnement et réduire les coûts de maintenance. Des technologies comme l’Active Network Management (ANM) utilisent des données IoT en temps réel pour équilibrer l'offre et la demande sur le réseau intelligent. La surveillance prédictive et en temps réel des flux d'énergie peut éviter la congestion, réduire les pics de demande et accroître l'intégration de solutions d'énergie renouvelable à grande échelle, et la maintenance prédictive permet d'éviter les pannes.

Simultanément, la 5G sera essentielle pour supporter les applications de réalité augmentée et réalité virtuelle (AR / VR) afin de permettre aux personnels d’interventions d'avoir un accès mains libres aux instructions de maintenance au moment où ils en ont besoin. Cela peut augmenter la productivité tout en augmentant la sécurité des travailleurs dans des environnements à haute tension dangereux.

De l'avis de F. Bélorgey, la 5G sera nécessaire pour prendre en charge les réseaux électrique intelligents, la recharge intelligente (pour les véhicules ainsi que les systèmes de stockage d'énergie industriels à batterie) et les centrales électriques virtuelles.

«La 5G offre une latence de quelques millisecondes afin de réagir en moins de temps qu'une onde de tension, ainsi qu'une très grande fiabilité.»

«Elle peut également garantir la connectivité de plusieurs millions d'appareils de mesure intelligents à partir desquels des données peuvent être collectées, et permet la mesure et la traçabilité des échanges d'énergie entre les prosommateurs (consommateurs qui produisent de l'énergie), notamment à des fins de facturation.»

«Il y a aussi le besoin de la puissance de traitement du edge computing dans les boucles de contrôle / feedback, en particulier dans les cas où une milliseconde est intenable comme les alarmes concernant la sécurité des travailleurs ou la continuité des alimentations.»

La 5G permettra « l'entreprise en temps réel »

Le secteur de l'énergie en est un excellent exemple. Actuellement, le gestionnaire du réseau électrique est responsable du maintien de la fréquence et de l'équilibre du réseau. Il supervise cela de manière centralisée, sur la base de commandes soumises - généralement toutes les demi-heures - aux opérateurs de centrales électriques. Cependant, dans un système ascendant basé sur les énergies renouvelables, il n'y a pas de production centralisée basée sur des centrales électriques et des turbines. Cela signifie que l'inertie du réseau doit être calculée et anticipée, tandis que «l'intelligence» est essentielle pour les systèmes de gestion de la consommation, du stockage et de la production.

"La 5G peut aider à réduire l'intervalle d'équilibrage de fréquence de plusieurs minutes à un dixième de milliseconde de bout en bout (la période de la forme d'onde de tension est, par exemple, de 20 millisecondes pour une fréquence de 50 Hz)", note Bélorgey. " Cela doit également se faire de manière coordonnée car un très grand nombre d'appareils connectés sont impliqués. L'un des principaux défis est d'éviter toute surtension, qui est particulièrement dangereuse pour les appareils électroniques et, en fin de compte, d'éviter toute coupure de courant incontrôlée. "

Le network slicing (découpage du réseau 5G) sera également un élément clé. Par exemple, vous pouvez créer des réseaux 5G isolés sur demande, avec des différences de qualité de service adaptées aux différentes applications du réseau.

Les plates-formes de données ou lacs de données intégrant des données de réseau et d'entreprise permettront aux utilisateurs de collaborer et d'analyser les données collectées à partir du réseau et du smart grid de différentes manières. Cela inclut la possibilité pour les consommateurs de surveiller et de réduire leur propre consommation d'énergie. Il peut également aider les fournisseurs d'énergie à identifier les consommateurs susceptibles d'être les plus réceptifs à l'achat de nouveaux services.

La sécurité IT / OT sera également essentielle. Selon Lorenzo Veronesi, directeur de recherche chez IDC, «la cybersécurité doit être placée au premier plan dans les décisions stratégiques en tant que catalyseur essentiel de la transformation digitale. Non seulement parce que les menaces de cybersécurité peuvent perturber les opérations, mais aussi parce qu'elles peuvent mettre en danger les employés, la société et l'environnement. La connexion sécurisée des données entre les domaines IT et OT est essentielle pour la continuité des informations afin de permettre de nombreux processus métier. »

C'est quelque chose qu'Orange Cyberdefense aborde à travers son portefeuille de sécurité IT / OT, en aidant les clients du secteur de l'énergie à identifier les menaces, à se protéger contre les attaques, à détecter les violations de sécurité qui se sont déjà produites, à répondre aux attaques nouvelles et en cours et à anticiper les nouveaux risques.

Une nouvelle ère d'écosystèmes digitaux

Nous assistons à l'émergence d'un nouveau monde dans lequel les gens ne sont pas seulement connectés à d'autres personnes, mais à des objets, des workflows, des partenaires commerciaux et des infrastructures, tous alimentés par les données. Orange Business Services définit cela comme l'ère de l’ «Internet des entreprises» des écosystèmes d’affaires, qui exige une approche plus intelligente de la gestion des données.

Le temps de la technologie 5G est venu. La fibre n'est généralement pas financièrement viable pour les réseaux électrique intelligents, étant donné le nombre très élevé de connexions qui doivent être établies, souvent avec des objets mobiles, et la latence de la 4G est trop élevée pour répondre à tous ces besoins. Parallèlement, les capacités spécifiques de la 5G permettent la gestion autonome du green grid, son intégration plus efficace dans le réseau général et des garanties pour les exigences de temps réel et de protection des données.

François Bélorgey conclut : «Sans les contributions innovantes de la 5G, il n'y aurait pas de révolution énergétique et la transition serait entravée. Alors que la 4G permet une automatisation intelligente, la 5G permettra aux réseaux électriques locaux d'être autonomes. La 5G devrait bientôt devenir le fondement de la production d'énergie décentralisée, un élément essentiel de la transition énergétique. »

Pour aller plus loin

IDC InfoBrief - The Road to Digital Transformation: Enabling OT-IT Convergence

Lire l'article original en anglais :  Building ecosystems to support smart energy transition

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Jan Howells

Depuis plus de 22 ans, je signe des articles sur les technologies pour des magazines et des sites Web tels que ComputerActive, IQ et Signum. Correspondante de ComputerWorld à Sydney, j’ai également travaillé pour la chaîne de Ziff Davis à New York.