Brevet FR2876475A1 — publié le 20060414

La présente invention est relative: b À un système d'acquisition et d'information en temps réel des consommations d'énergies et puissances d'un site ou de plusieurs sites distincts et distants, À un système d'analyse et d'information du détail du comportement énergétique (état en temps réel, consommations) des équipements significatifs ou représentatifs d'un site, de l'ensemble du site ou de plusieurs sites distincts et distants, b À un système d'optimisation multitâches et multisites des puissances électriques, dites intégrées ou non. b À un système de profilage et de modélisation du comportement énergétique des équipements gérés d'un ou plusieurs sites et de la totalité d'un ou plusieurs sites, b À un système de contrôle des consommations d'énergie et de respect des volumes d'achats contractuels d'un ou plusieurs sites en temps réel. La notion de site se définit comme un établissement de quelque nature, taille, localisation que ce soit et se composant de bâtiments, surfaces, matériels et équipements quelconques ayant en commun une même énergie livrée en un point unique. CONTEXTE La libéralisation et l'ouverture des marchés de l'énergie électrique en Europe permettent aux différents consommateurs de choisir leur fournisseur d'énergie électrique. Ce libre choix porte à la fois sur la qualité du fournisseur et sur la possibilité de négocier et souscrire un contrat unique de fourniture pour un seul ou plusieurs points de livraison distants (plusieurs sites) mais encore de pouvoir négocier et souscrire des contrats avec plusieurs fournisseurs différents pour un seul ou plusieurs sites agrégés. De telles possibilités permettent au négociateur averti de mieux acheter son énergie. Cependant elles impliquent au préalable la connaissance temporelle vraie des besoins, afin de déterminer les volumes horaires, journaliers, mensuels qui satisferont l'activité. Acheter les justes quantités et au meilleur prix impliquent le contrôle et l'information en temps réel de la fourniture effectuée ainsi que la possibilité de réaction sur la consommation pour éviter des dérapages tout en pérennisant l'exploitation, la production et le confort. Le marché de l'énergie électrique est un marché où la production, qui ne peut être stockée, dépend strictement de la demande. En corollaire, l'offre et le prix de l'offre subissent de fortes variations saisonnières et horaires. Les prix, librement négociés auprès des différents fournisseurs, sont donc étroitement liés: = aux quantités d'énergie demandées, à la typologie et structures de la consommation, b à la stabilité ou linéarité de ces consommations, aux excès temporaires et accidentels. Par ailleurs, le coût des énergies électriques est caractérisé traditionnellement par le coût des quantités de KW.H consommés mais également par le coût de la répartition de ces consommations. Cette répartition, également appelée puissance intégrée, permet de définir le dimensionnement du réseau et des infrastructures de transport et distribution pour ces KW.H consommés. En règle générale, à la facturation par le ou les fournisseurs des KW.H consommés est associée celle du besoin et de la réalité de puissance intégrée par le gestionnaire du réseau de transport ou distribution. Les nouvelles conditions du marché libre, les perspectives de raréfaction des ressources naturelles fossiles comme le pétrole ou le gaz, les volontés politiques d'un comportement plus écologique concernant les rejets de CO2 (protocole de KYOTO), d'une maîtrise de la demande (certificats blancs) conduisent le consommateur averti à vouloir bénéficier de meilleurs prix en gérant mieux ses achats aux nouvelles conditions du marché et à maîtriser sa demande. La présente invention s'inscrit donc dans ce contexte de développement durable comme étant un outil de gestion contrôle, information, prévision et de réaction - action. La première difficulté pour le consommateur est de prendre connaissance et de comprendre ses consommations. Le cumul mensuel de consommation et la puissance maximale atteinte ne sont pas des informations exploitables ou suffisantes pour gérer son énergie. Ce sont, tout au plus, les éléments de base de la facturation mensuelle qui permettront de contrôler son montant financier. Savoir et comprendre comment est consommé l'énergie au cours du mois, de la semaine, de la journée, implique d'obtenir le détail des points de consommations. Au mieux, le client obtiendra ce qui est traditionnellement appelé les points 10 mn, si il est livré en moyenne tension (HTA ou supérieure). Ces points 10 mn constituent une base d'analyse et certaines remarques et conclusions empiriques peuvent être énoncées. Par contre il sera très difficile de réaliser une étude plus poussée qui tiendra compte des conditions générales d'exploitation ou de production, tant les critères sont multiples. 2876475 3 Ces analyses et compréhensions sont délicates pour un site unique, les réaliser en parallèle pour plusieurs établissements avec les seuls points 10 mn est illusoire. Si le consommateur possède le détail de ses consommations mois par mois pour chacun de ses sites, la consommation de tous ses sites est égale à la somme des consommations. Par contre son besoin de puissance globalisée n'est pas égal à la somme des maxima. D'une part, un foisonnement plus ou moins prononcé existe entre les différents sites et d'autre part, le maximum atteint n'est pas le reflet de son besoin. Comme le coût de fourniture du KW.H dépend de la répartition dans le temps, négocier des tarifs uniques de fourniture pour un ensemble de sites nécessite d'agréger un nombre considérable de données. La présente innovation a pour but: b de collecter, classer et organiser les données des consommations et puissances, en global et par équipement défini, b de pouvoir visualiser ces données en direct et les analyser, de gérer par réaction d'optimisation la puissance souscrite de chaque site, de synthétiser en temps réel, visualiser, classer, organiser l'ensemble des données acquises et/ou calculées, d'un ensemble de n sites, a de gérer au pas horaire ou demi horaire et par réaction d'optimisation, les consommations des n sites selon des objectifs et contrats définis, ' d'établir, par équipement, par site et en synthèse, les profils de consommations en fonction des éléments significatifs, d'en effectuer la modélisation selon divers critères. Et ce, de façon simultanée et en temps réel. Le but ultime de la présente invention vise à réaliser des économies financières d'exploitation grâce aux informations ciblées obtenues et aux réactivités de pilotage, en centralisant la gestion en un point unique, dédié, confié à un expert, b en diminuant de façon notable la puissance souscrite de chaque site par optimisation, b en diminuant la consommation de chaque site par usage discerné des informations, en négociant mieux les contrats de fournitures, limités quant aux pointes de besoins, par connaissance de ses besoins et par possibilité de leur gestion. CONCEPT D'OPTIMISATION La faisabilité et la mise en oeuvre de l'optimisation des puissances d'un site nécessite et présuppose une étude. Celle-ci porte à la fois sur l'analyse des appels et besoins d'énergie mais aussi sur l'étude des consommateurs du site, de leurs comportements et fonctionnements a priori. L'étude d'optimisation vise à définir la puissance optimale de fonctionnement. Sont alors déterminés les équipements à piloter, leur mode de gestion ainsi que la valeur minimale de puissance qui permettra le parfait fonctionnement du site en totale transparence pour la production, l'exploitation et le confort, qui pérennisera les équipements pilotés et leurs fonctions. Cette valeur de puissance et sa projection économique, définiront le réalisme et l'intérêt de l'optimisation. La valeur minimale de puissance peut être de 10 à 50 % inférieure à la puissance naturellement atteintes part le site avant optimisation. La fonction d'optimisation est assurée par un optimiseur d'énergie qui, en temps réel, intègre des données multiples, calcule, projette les besoins selon des algorithmes spécifiques (gestion tarifaire, surveillance technique de saturation) et décide les séquences d'optimisation à mettre en oeuvre. Les calculs déterminent à la seconde, les quantités précises d'énergie -l'énergie correctrice- à corriger, à quelle puissance modulable d'équipement demander cet effort énergétique. L'optimiseur d'énergie est paramétré selon l'étude théorique, ses résultats, le suivi des performances qui font de lui un produit unique, parfaitement adapté, autonome et transparent dans ses actions. DESCRIPTION La présente innovation comporte, matériellement, 1. au niveau de chaque site: = D'une matrice (M) ou ensemble électronique fonctionnant comme système expert et autonome, doté d'un écran et d'une interface de navigation et paramétrage, raccordé sur un réseau LAN / WAN, ou/et le réseau RTC par modem, b De modules d'acquisition [A) de mesures des énergies, connectés, en particulier, au compteur principal [CP] des énergies électriques au point de livraison du site et/ou sur des compteurs [SC] pour réaliser l'acquisition de données de comptage et sous-comptage de toute énergie, -> D'un nombre -non limité- de modules [P) connectés aux éléments de puissances inertielles ou non des équipements [E] de l'installation, pour acquisition du comportement, pilotage d'optimisation et autres commutation de gestion (Fig.1), b D'un bus de terrain [B) reliant les divers modules (A & P) à la matrice [M] (Fig. 2). 2876475 5 2. au niveau central: a D'un serveur de centralisation ou superviseur (S) connecté au réseau LAN/WAN gérant et supervisant l'ensemble des matrices (Fig. 3). FONCTIONNEMENT Les informations circulent entre les modules A, P et la matrice M, en temps réel [base temps = 1 seconde) par le bus B. Le module A transmet les données précises de consommations et puissances ainsi que les signaux annexes de gestion, calés sur le principe de tarification du site. A l'intérieur de chaque équipement choisi et retenu est intégré un module P. Une simple paire de câblage s'insère dans la (les) commande(s) de régulation ou puissance. Le module P détecte l'état de demande d'énergie de l'équipement [ON/OFF) en totalité ou par partie. Selon la programmation, ce raccordement autorise, commandée par la matrice M, la commutation d'état de ON à OFF des puissances pilotées par séquences d'optimisation, par asservissement externe événementiel, par programmation horaire. La matrice M scrute en permanence le système, ses algorithmes dédiés analysent les états, modélisent le fonctionnement des équipements, réalisent des projections quantifiées, définissent les quantités d'énergie correctrice à gérer et à mettre en oeuvre, mobilisent les bilans d'énergie modulable. En fonction des paramétrages, de ces calculs et des objectifs de puissance souscrite, la matrice M met en oeuvre, en totale autonomie, au moment opportun la ou les séquences d'optimisation qui concernera le ou les périmètres d'optimisation et leurs équipements adéquats. [Fig.4) Pour chaque période horaire sont produites les consommations et puissances du site, de chaque équipement suivi, de la base non gérée. Ces acquisitions, mesures et mémorisation sont simultanément réalisables pour un nombre non fini de compteurs et sous compteurs et pour toute énergies, sans optimisation. Ces données de mesures et celles de fonctionnement sont mémorisées pour l'exploitation de gestion, les analyses et profilages de premier niveau (les équipements) et second niveau (le site). En temps réel, la matrice M affiche sur son écran ces différents éléments qui sont également visualisables et consultable sur ordinateur. Pour une gestion en réseau de n sites et n matrices (avec ou sans fonctionnalité d'optimisation), chaque matrice M transmets en temps réel les données essentielles d'état et calculées de son site au superviseur S. Celui-ci synthétise les données, les intègre sur la période de référence (marché de l'énergie en 30 ou 60 mn, par ex.). En fonction des contraintes d'achats, des informations reçues, de ses analyses et synthèses, le serveur S commandera à une ou plusieurs des matrices M asservies, avec fonctionnalités d'optimisation, la mise en oeuvre de séquence de gestion pour des quantités d'énergies déterminées. Ces données de synthèse et de travail sont elles-mêmes structurées et sauvegardées pour analyses et profilages de troisième niveau. Des systèmes logiciels associés permettent la visualisation des consommations et puissances par site, groupe de sites ou en synthèse, selon diverses périodicités. Un ensemble logiciel spécialisé exploite et traite les données de consommations des équipements, sites et réseau pour établir les profils, analyser les comportements en fonction de critères internes (niveau de production, ratios d'exploitation) ou externes [dates, données climatiques) pour modéliser ces réalisations. Les calculs inverses avec application de critères prévisionnels permettent une projection fine des besoins en énergie, leurs simulations quantitatives et financières, l'étude de différents scénarios. REVENDICATIONS 1. Système serveur ou superviseur [Si, fonctionnant en temps réel, de gestion des énergies d'un ensemble -non limité- de sites distincts et distants, chacun équipé d'un appareil électronique baptisé matrice [M], reliée au dit superviseur par un réseau étendu de données à haut débit, caractérisé en ce que chaque matrice [M], sur le site qu'elle gère avec un comportement autonome propre: -> réalise l'acquisition de données de comptage et sous-comptage de toute énergie, spécialement le compteur des énergies électriques du point de livraison du site, ^ trace le fonctionnement et la demande d'énergie d'un nombre non fini d'équipements déterminés du site, pilote leur commutation d'état On à état Off par optimisation, peux gérer leur fonctionnement selon des programmations horaires et calendaires et/ou selon des événements externes, b analyse, calcule, projette et mémorise en temps réel selon les caractéristiques du contrat de fourniture, les consommations et puissances atteintes du site en totalité, des sous-comptages éventuels des sous-périmètres, des équipements pilotés et de la base non gérée, en déduit les puissances dites correctrices et modulables c est dotée de fonctionnalités avancées d'optimisation des puissances électriques, mises en oeuvre de façon autonome et selon des objectifs prédéfinis et renseignés, que ces fonctionnalités d'optimisation sont à la fois: - multiples et hiérarchisées selon les périmètres ou sous-périmètres du site, tarifaires (tous tarifs existants) en puissance intégrée, - techniques en surveillance de saturation des infrastructures et générateurs, - multi fournisseurs. = transmet en local les informations collectées, calculées et mémorisées pour être visualisées, analysées, traitées et exploitées (graphes, cumul, répartition, ...) en données de base (KW.H / Kw) ou financières, ainsi que les données et performances d'optimisation, 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les données mémorisées de chaque matrice [M] sont analysées et exploitées sur site pour déterminer les éléments représentatifs et constitutifs de la courbe de charge, pour établir les profils, ou profilage, de consommations et puissances des équipements gérés et du site dans son ensemble, pour modéliser ces profils selon des critères endogènes et exogènes, 3. Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que le superviseur [S] reçoit de toutes les matrices [M] connectées au réseau, compile en temps réel, les données de consommations et puissances des sites et des équipements plus spécifiquement suivis, les données de puissance correctrice et puissance modulable, permet de les afficher et visualiser sous différentes formes, de les exploiter et traiter de diverses manières, de les archiver, de façon unitaire, groupées ou en cumul, 4. Système selon les revendications 1 & 3 caractérisé en ce que les algorithmes du superviseur [S] intègrent les données reçues sur une période définie comme celle de référence du marché de l'énergie. Le superviseur [S] modélise et projette ces données, compare ces résultats aux volumes d'enlèvement et seuils contractuels d'achat et décide, toujours en totale autonomie, d'une stratégie de réactivité à appliquer. Selon ses analyses, il décide des quantités d'énergie à moduler et des matrices [M] qui doivent les mettre en oeuvre, dans le respect strict de leurs potentialités et autonomie de gestion propre, surveille, corrige l'application des ordres donnés aux matrices [M] avec la réactualisation permanente des données reçues. Le dit système permet donc la maîtrise de la demande d'énergie et l'optimisation tarifaire multi sites et multi fournisseur en temps réel. 5. Procédé selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les données collectées, calculées et mémorisées du superviseur [S] peuvent être analysées et exploitées pour l'établissement de profils de consommations et puissances des sites gérés et par fusion du réseau dans son ensemble puis modélisés selon des critères endogènes et exogènes, 6. Procédé, selon les revendications 1 à 5, d'établissement du cahier des charges des besoins des énergies pour l'achat sur une période quelconque et un nombre non défini de site, caractérisé en ce qu'il consiste: b à établir la modélisation énergétique horodatée de chaque site selon les données de fonctionnement / consommation enregistrées et calculées, les profils et modélisations des équipements suivis, les paramètres généraux influant sur ces consommations, b à projeter ces profils et modèles selon les valeurs à venir, prévues, budgétées des critères d'exploitation, production et tout autre critère retenu, réputés influant, à quantifier aussi exactement que possible par période déterminée les besoins en énergie et puissance comme base de négociation d'achat.