Comment piloter dynamiquement les consommations en fonction du prix SPOT ?

Le besoin de décarbonation passe par une électrification massive des usages : production de matières, de biens, production de chaud, de froid, mobilité … Cette électrification va engendrer une tension sur le réseau électrique français entre l’offre et la demande.

Le premier levier pour résoudre cette tension consiste à augmenter la production d’électricité, mais pour différente raisons, la production nucléaire n’est pas extensible à l’infini. L’apport complémentaire croissant de la part de production via les énergies renouvelables ne résout que partiellement le problème car elle est fluctuante en fonction des saisons et des périodes de la journée. En effet, si la production électrique via l’hydraulique et l’éolien est en moyenne relativement stable sur une journée, la production électrique via le solaire est réalisée entre 08h et 18h.

Source : Baromètre des flexibilités de consommation d’électricité 16 octobre 2024 par Think Smartgrids

On peut en partie compenser cette variabilité des ENR par du stockage d’énergie mais c’est couteux, long et complexe à mettre en place.

Par conséquent, il faut jouer sur un autre levier qui est une gestion flexible du réseau par de la modulation de la consommation au travers de périodes d’effacement et de décalage des consommations sur les périodes de production électrique par le solaire.

Pour chaque heure, le prix « SPOT » de l’électricité se forme à la rencontre entre la courbe de consommation résiduelle (la demande) et le coût du moyen de production nécessaire le plus cher (l’offre). On constate que sur la période de production solaire la plus forte le prix de l’énergie est au plus bas entre autres parce que le coût de production ENR est plus faible que la production non ENR.

En moyenne sur l’année, l’écart de prix entre les périodes 18h/20h et 10h/18h était de 14% en 2019 et de 34% en 2023 ; en 2030, cet écart devrait se renforcer encore. Pour profiter de cet avantage financier à venir, il faudra pouvoir soit stocker l’énergie, soit décaler les consommations sur les périodes où les prix sont bas.

Source : Baromètre des flexibilités de consommation d’électricité 16 octobre 2024 par Think Smartgrids

Il est possible de modéliser sous forme d’une formule mathématique la relation entre la consommation d’un équipement et les paramètres influents : vous disposez alors de la Situation Energétique de Référence (SER). (notre solution IngSoft InterWatt permet de calculer automatiquement la SER et de disposer de la formule de modélisation)

Imaginons une zone de stockage réfrigérée : la consommation électrique du système de production de froid est dépendante à la fois de la température extérieure (conditions météo) et de la quantité de matière entrante (matière « chaude » à refroidir et à maintenir en température).

Donc, si vous disposez de :

• La SER pour la production de froid de la zone de stockage, basée sur la température extérieure et la quantité matière entrante,
• Et d’un prévisionnel à J+1 de la quantité de matière entrante et de la température extérieure,

Vous pouvez déterminer le besoin de réfrigération et par conséquent la prévision de consommation à J+1 pour maintenir la température de la zone dans les limites de qualité requises.

Par ailleurs, les fournisseurs et agrégateurs d’énergies (opérateurs d’effacement en relation avec ENEDIS) fournissent des prévisions du prix de l’énergie à minima à J+1. Si on superpose ce prévisionnel de prix avec celui de la consommation, on sait donc déterminer le coût prévisionnel de production de froid.

Idéalement, il faut consommer de l’énergie quand le prix SPOT est bas, ce qui revient à décaler les consommations, évidemment dans la limite de ce qui est techniquement faisable. Ce principe appliqué à notre exemple consiste donc à refroidir un peu plus lorsque le prix SPOT est bas et à réduire, voire d’arrêter, la production de froid quand le prix SPOT est haut en jouant sur l‘inertie thermique pour compenser le différentiel.

Cela implique de modéliser le comportement thermique de la zone en fonction de la température extérieure et de la puissance de froid fournie, pour pouvoir déterminer le prévisionnel de production de froid à J+1. Ces principes d’anticipation de production de froid sont déjà mis en œuvre dans certaines installations de froid mais pas nécessairement avec la prise en compte dynamique des prix SPOT.

Tout d’abord, un logiciel de management des énergies comme InterWatt intègre des fonctions d’analyse et de suivi qui permettent de comprendre les profils de consommation par usage et ainsi de de déterminer les potentiels de décalage voire d’effacement des consommations, et aussi d’établir les formules de calcul des Situations Energétiques de Référence (SER) nécessaires aux calculs de prévision des consommations en fonction des prévisions météo et des planifications de production.

Ensuite, une supervision GTC (Gestion Technique Centralisée) sur base PcVue pilote les équipements en temps réel mais est aussi capable de collecter les prévisions de prix SPOT (en se connectant aux plateformes des fournisseurs et des agrégateurs), ainsi que les prévisions des facteurs influents : données météo (connexion aux portails cloud) et de production (connexion à un ERP par exemple). La GTC agrège alors l’ensemble des données afin de calculer la consommation prévisionnelle grâce aux formules de modélisation des consommations et d’inertie, et pilote le fonctionnement des équipements pour décaler leur consommation. La GTC permet ainsi d’aligner le fonctionnement des installations avec les prévisions calculées et les prix SPOT.

Le logiciel de GTC doit donc :

• Disposer classiquement de capacités de pilotage des équipements mais aussi d’échanges de données avec des systèmes digitaux variés via de multiples technologies : ModBus TCP/IP, BACnet, OCPP, OPC UA, MQTT… ;
• Gérer des séquences de traitements intégrant des fonctions de calculs prévisionnels via des formules mathématiques/statistiques complexes, permettant de générer un prévisionnel de pilotage ;
• Intégrer des fonctions de gestion de pilotage horaire pour traiter le prévisionnel de pilotage des installations ;
• Embarquer des mécanismes de cybersécurité robustes permettant de garantir l’intégrité des systèmes tout en assurant les interconnexions avec des systèmes d’informations externalisés comme des portails de services pour des prévisions de prix SPOT, des prévisions de température, des plannings de production, …et être conforme à la norme IEC62443 qui assure le respect d’exigences techniques pour la fabricants de solutions (ARC Informatique obtient la certification IEC 62443-4-1)

• IngSoft InterWatt vous assiste dans vos analyses énergétiques pour définir les décalages possibles et modéliser vos consommations.
• PcVue est un SCADA intelligent qui gère le pilotage des consommations en fonction des données temps réel, des prévisions de production et des prévisions de prix SPOT.