Brevet FR2937473A1 — publié le 20100423

-1- PROCEDE DE REGULATION DE LA PUISSANCE CONSOMMEE SUR UN RESEAU ELECTRIQUE Domaine technique L'invention se rattache au domaine de la production et la distribution d'électricité. Elle vise plus particulièrement un procédé concernant la régulation de la puissance consommée, en vue de maintenir l'équilibre avec la puissance produite. Techniques antérieures De façon générale, on sait que l'énergie électrique ne peut être stockée, en ce sens qu'il n'est pas possible à une échelle industrielle d'en réaliser des � réserves �, lorsque la production est supérieure à la consommation. D'autre part, un équilibre permanent doit exister entre production et consommation, sous peine de voir les paramètres principaux que sont la tension minimale et la fréquence sortir des plages qui sont définies de manière normalisée, et dont le respect est de la responsabilité de l'entité assurant la distribution d'électricité et la gestion du réseau. Le problème de la gestion de cet équilibre entre production et consommation a tendance à se complexifier à cause de plusieurs facteurs, et en particulier l'augmentation du nombre de consommateurs, la croissance de la demande pendant certaines périodes de l'année, et par exemple pendant les périodes de température extrêmes où sont utilisés les équipements de chauffage ou de climatisation. En outre, l'interconnexion des différents réseaux aux niveaux national et continental augmentent les risques de déséquilibre. Ainsi, pour assurer une bonne régulation, et pallier des brusques augmentations de consommation, le réseau est configuré pour pouvoir faire appel à des réserves de production qui sont sollicitées en cascade. 2937473 -2- Ainsi, de manière générale, on qualifie de réserve primaire la capacité de certaines installations, et en particulier les groupes thermiques, à augmenter leur production de manière très rapide, avec une inertie de l'ordre de la minute ou 5 moins. Ces réserves sont donc sollicitées par l'entité assurant la gestion du réseau et ce de façon quasi immédiate. La même entité a à sa disposition des réserves qualifiées de réserves � secondaires �, qui sont mobilisables avec une inertie plus importante, de l'ordre 10 de la dizaine de minutes environ. Ces réserves secondaires sont, par exemple, celles que peuvent produire des groupes hydrauliques à réservoir et, peuvent être activées pour prendre le relais des réserves primaires, et assurer le maintien de la fréquence qui a tendance à 15 augmenter lorsque les réserves primaires sont utilisées. Par ailleurs, l'entité gérant le réseau a également à sa disposition des réserves qualifiées de � tertiaires �, qui sont mobilisables en un temps plus important, typiquement supérieur à 15 mn afin également de prendre le relais des réserves 20 secondaires. L'obligation de maintenir un équilibre entre consommation et production impose donc que le réseau intègre des capacités de production qui sont au global significativement supérieures à la puissance maximum crête que peut atteindre la 25 consommation. On conçoit donc que certains équipements de production sont connectés au réseau alors qu'ils ne sont susceptibles de fonctionner que pendant des périodes très courtes, et qui plus est, rarement. Ainsi, des études ont montré que 10 % de la puissance installée n'est utilisée 30 que pendant 1 % du temps sur un cycle annuel. 2937473 -3- Le coût inhérent à cette capacité à surmonter les pics de consommation est bien entendu particulièrement élevé, et se retrouve inévitablement dans le coût de l'énergie. 5 C'est pourquoi, différentes solutions ont d'ores et déjà été proposées pour assurer une baisse ciblée de la consommation pendant les périodes de forte sollicitation. Ainsi, on a décrit dans les documents WO 2008/017754 et WO 03/084022 10 des systèmes dans lequel la puissance consommée par l'ensemble des consommateurs est délestée, de manière à réduire la consommation globale. On conçoit que ces systèmes présentent de multiples inconvénients. En effet, l'évaluation de la puissance ainsi délestée est difficilement 15 prévisible, dans la mesure où elle résulte de la somme des délestages individuels d'un nombre important de consommateurs, dont on ne connaît pas, a priori, la puissance consommée effective. La valeur de puissance délestée doit ainsi être évaluée par des méthodes statistiques. Ces méthodes prennent en compte le grand nombre de consommateurs auxquels peut être appliqué ce délestage, ainsi qu'une 20 puissance consommée individuellement, évaluée de façon théorique, par exemple en fonction de la puissance maximale électrique souscrite. Ainsi, il est possible qu'un ordre de délestage envoyé à un certain nombre de consommateurs ne produise pas les effets souhaités si leur consommation n'est pas 25 suffisante au moment où le délestage est appliqué. En outre, pour assurer un effet de levier suffisant, le nombre de consommateurs sur lequel peut être appliqué ce délestage doit être particulièrement élevé, ce qui multiplie le nombre de dispositifs de délestage à installer, et engendre une complexité en termes de gestion. 30 En d'autres termes, la régulation basée sur la gestion de la consommation d'utilisateurs � grand public � est aléatoire et complexe. 2937473 -4- Un des objectifs de l'invention est de fournir un procédé qui permette de pallier ces inconvénients, en améliorant la productivité des réserves énergétiques et en simplifiant sa mise en oeuvre. 5 Exposé de l'invention L'invention concerne donc un procédé de régulation de la puissance consommée sur un réseau électrique, dans lequel une entité exerce des actions provoquant la réduction de la consommation d'un certain nombre de consommateurs éligibles auxdites actions, en vue de réduire la puissance électrique 10 globale consommée. Conformément à l'invention, et pour la mise en oeuvre de ce procédé, chaque consommateur éligible communique à une entité régulatrice un ensemble de paramètres parmi lesquels figurent : 15 ^ la durée maximale acceptable de l'action visant à une réduction de puissance consommée ; ^ le délai minimum acceptable de déclenchement de cette action à partir d'un instant donné ; ^ la valeur maximale acceptable de la réduction de puissance électrique 20 consommée dans la durée de l'action en question. L'entité régulatrice sélectionne alors un sous-ensemble de consommateurs éligibles en fonction d'une combinaison des paramètres communiqués par chacun de ces consommateurs, en adéquation avec la réduction de puissance globale 25 souhaitée. L'entité régulatrice exerce ensuite une série d'actions individuelles sur les différents consommateurs sélectionnés. 30 En d'autres termes, l'invention consiste à choisir un certain nombre de consommateurs susceptibles de participer à la constitution de réserves rapides, et à l'écrasement des pics de surconsommation. L'invention permet également de 2937473 -5- répondre aux besoins exprimés par l'entité régulatrice, par exemple pour compenser une baisse imprévue de production. Elle permet plus précisément de connaître dans quelle mesure et dans quelles conditions chacun de ces consommateurs est susceptible de volontairement réduire sa puissance 5 consommée, pendant une durée déterminée, et avec un préavis donné. En fonction donc de la capacité potentielle de réduction de puissance consommée et des paramètres temporels associés, il est possible de combiner ces offres de réduction de puissance pour obtenir une réduction globale de puissance, 10 et son évolution dans le temps, qui permettent la constitution des réserves rapides et le passage de pics de surconsommation. La sélection de consommateurs dont la réduction de puissance est parfaitement connue, et dont l'engagement est assuré, permet de déterminer de 15 façon précise et certaine, et ce avec une bonne capacité d'anticipation, des actions à mener pour obtenir de façon certaine la réduction de consommation souhaitée. Le fait que le consommateur fixe les paramètres acceptables pour un délestage, et puisse les faire varier, lui permet d'offrir une puissance délestable plus importante que si les valeurs n'étaient figées, et donc choisies à un niveau minimal. Ceci 20 permet donc d'augmenter la puissance délestable par consommateur et le nombre de consommateurs éligibles, susceptibles de participer au programme de délestage. Dans les faits, l'entité régulatrice peut être l'autorité qui assure la régulation globale du réseau, ou bien encore une entité indépendante jouant le rôle 25 d'intermédiaire entre un certain nombre de consommateurs et l'autorité de régulation du réseau. De même, par � consommateur �, on entend bien entendu les clients au sens d'abonnés à un réseau de distribution, mais également à l'intérieur de l'installation d'un même client, les différents centres de consommation électrique que sont par exemple des chaînes de production ou des équipements 30 électriques, voire des machines prises individuellement. 2937473 -6- En pratique, le procédé peut être encore plus efficace lorsque les consommateurs éligibles communiquent également à l'identité régulatrice un critère de répétabilité, correspondant au nombre maximal d'actions qu'il est susceptible d'accepter sur une période de temps prédéterminé. Autrement dit, ce 5 critère permet de déterminer le nombre de délestages totaux ou partiel que le consommateur est prêt à accepter sur une période donnée, typiquement la semaine, le mois ou l'année. Cette répétabilité peut également s'exprimer comme un temps minimal acceptable entre la fin d'une d'action et le début de l'action suivante. Ainsi, un consommateur peut exiger d'avoir une alimentation nominale d'un 10 nombre d'heures donné entre deux délestages. Dans une variante de réalisation de l'invention, le consommateur éligible peut également communiquer un paramètre correspondant à une évaluation d'une rémunération qui lui est accordée en contrepartie de l'action. Autrement dit, la 15 mise à disposition d'une réserve de puissance peut faire l'objet d'une transaction financière, dont le montant est pris en compte par l'entité régulatrice pour décider et optimiser le coût global de la réduction de consommation souhaitée. Cette évaluation peut se traduire par une rémunération en fonction de l'énergie délestée, ou par l'affectation à un tarif particulier. Autrement dit, le consommateur peut 20 fixer le montant de cette rémunération, qui fait partie des conditions à respecter pour qu'il accepte de participer effectivement à l'opération de réduction de puissance. Ainsi, le montant de cette rémunération, qui peut être variable dans le temps, fait que le consommateur accepte ou non de voir sa consommation réduite. 25 En pratique, l'invention peut être mise en oeuvre de différentes manières selon que par exemple, l'action de réduction de consommation est exercée directement par l'entité régulatrice sur l'installation électrique du consommateur, ou bien encore que le consommateur exerce lui-même sur sa propre installation l'action de réduction, à la requête de l'entité régulatrice. 30 Autrement dit, l'entité régulatrice peut avoir la capacité d'agir directement sur l'installation du consommateur sans intervention de ce dernier, ou bien encore 2937473 -7- envoyer des ordres de délestage total ou partiel que le consommateur se doit de respecter. L'action de réduction de puissance peut se traduire par un arrêt total des 5 installations concernées ou selon le cas, par une réduction seulement de la puissance consommée. Description sommaire des figures La manière de réaliser l'invention ainsi que les avantages qui en découlent 10 ressortiront bien de la description du mode de réalisation qui suit, à l'appui des figures annexées dans lesquelles : La figure 1 est un schéma simplifié montrant diverses installations et la manière dont s'échangent les informations entre les consommateurs et l'entité de régulation. 15 La figure 2 est un ensemble de chronographes montrant les paramètres relatifs à plusieurs consommateurs et la réduction de puissance globale résultant de la combinaison de ces réductions individuelles. Manière de réaliser l'invention 20 La figure 1 illustre de façon schématique diverses installations électriques reliées à un réseau électrique de distribution. Ainsi, le réseau de distribution 1 alimente différents centres de consommation 2, 3, 4, 5, 6. Plus précisément, dans la forme illustrée à la figure 1, un premier 25 consommateur 7 client du réseau est équipé de trois installations 2, 3, 4, tandis qu'un second client 8 possède les installations 5, 6, formant chacune des centres de consommations. Les centres de consommation de chaque client 7, 8 sont supervisées par une 30 unité de contrôle 9, 10, qui rassemble les données et paramètres relatifs aux différentes installations 2, 3, 4 ; 5, 6 qu'ils supervisent. 2937473 -8- Ces différents centres de consommation sont en communication directe ou indirecte avec une entité de régulation 20, qui assure la régulation de la puissance consommée conformément au procédé de l'invention. 5 Ainsi, cette entité 20 reçoit de la part de l'autorité 22 qui gère le réseau 1, des informations relatives aux besoins en réduction de la consommation prévue pour faire face par exemple à une phase de surconsommation, ou à une baisse des capacités disponibles de production. 10 Ces informations 23 peuvent être exprimées de différentes manières en fonction du type de réseau en particulier. Chaque unité de contrôle 9, 10 connaît de la part de chaque centre de consommation 2-6, différents paramètres qui sont relatifs à son exploitation, et qui 15 sont en rapport avec les capacités de délestage. Ainsi, chaque centre de consommation 2-6 communique à son unité de contrôle 9, 10 des paramètres correspondants à la valeur de puissance qu'elle est susceptible de ne plus consommer lorsqu'elle en reçoit l'ordre de commande, ainsi 20 que la valeur effectivement consommée en temps réel, à fins de contrôle. Cette puissance disponible offerte peut l'être pendant une durée déterminée, et avec une période de préavis qu'il est nécessaire de respecter pour permettre au consommateur d'effectuer les différentes opérations avant le délestage total ou 25 partiel. A titre d'exemple, certaines unités de production comportent des lignes de fabrication ou de traitement qui peuvent être arrêtées pour réaliser des opérations de maintenance. Ainsi, l'invention permet d'anticiper et de programmer ces 30 périodes de maintenance pour ainsi profiter de la réduction de puissance électrique consommée correspondante, afin d'en faire profiter la consommation globale du réseau. Dans la mesure où l'utilisateur est averti de manière anticipée, selon le 2937473 -9- temps de préavis, il peut déclencher une opération de maintenance lorsqu'il est sollicité par l'entité de régulation. Parmi les paramètres également transmis à l'unité de contrôle 9,10, figure un 5 critère de répétabilité, indiquant combien de délestage peuvent être effectués sur une période de longue durée, typiquement mesurée en jour, semaine ou mois, ou bien encore la durée minimale entre deux délestages. Les informations 32, 33, 34, 35, 36 transmises par chaque installation sont 10 rassemblées par l'unité de contrôle 9, 10 propre au consommateur, puis envoyées à l'entité de régulation 20. Cette entité de régulation reçoit donc les informations 37, 38, correspondant à la capacité de délestage ventilée sur les centres de consommation 2-6. En fonction des besoins 23 exprimés par l'entité 22 gérant le réseau électrique 1, l'entité de régulation 20 élabore, dans la mesure du possible, 15 l'enchaînement optimal des actions de délestage qui devront avoir lieu pour assurer une réduction de puissance au moins égale aux besoins 23. Le mode de communication des différentes informations peut être très varié, et n'a pas de réel impact sur l'invention. Ces actions peuvent avoir lieu de différente manière. Ainsi, en ce qui concerne le consommateur 7, les ordres de délestage 47 sont envoyés à l'unité de contrôle 9 qui assure ensuite la répartition des ordres de délestage 42, 43, 44, total ou partiel sur l'ensemble de ses installations 2, 3, 4. En ce qui concerne le client 8, l'ordre de délestage 48 est envoyé directement par l'entité de régulation 20 à l'installation 5 par l'intermédiaire de l'unité de contrôle 10, sans que toutefois le client 8 ne puisse s'y opposer. On parle alors de contrôle automatique à distance ou � Automatic Tele Control � Comme déjà évoqué, chaque consommateur peut assujettir son offre de puissance disponible à une contrepartie financière que doit supporter l'entité de 20 25 30 2937473 -10- régulation, ou l'autorité en charge du réseau et de la fourniture d'énergie 22. Ce paramètre économique peut être pris en compte par l'entité de régulation 20 pour assurer la sélection des différentes offres concurrentes. 5 Ainsi, à titre d'exemple, une première offre peut se composer des paramètres suivants : ^ 100 MW de puissance disponible offerte, ^ 1 h de durée de délestage, ^ 10 mn de préavis, et une répétabilité deux fois par semaine au plus, 10 sans excéder plus d'une fois par jour, ^ la prise de contrôle directe de l'installation par l'entité de régulation. ^ des conditions économiques combinant une partie fixe de participation au programme de délestage, et une partie variable fonction de l'énergie effectivement délestée pendant une période donnée. 15 Un autre exemple d'offre de puissance disponible peut être la suivante : ^ 100 MW de puissance disponible offerte, ^ une durée de délestage de 2 h, ^ un préavis de 30 mn, sans condition de répétabilité, 20 ^ sans prise de contrôle directe ^ avec une contrepartie financière minimale acceptable pour l'opération de délestage. Bien entendu, les différents critères et paramètres peuvent être fixés ou bien 25 encore évoluer dans le temps, notamment en fonction de modifications de configurations des installations, et du contexte global de fonctionnement des installations du client. Un exemple de mise en oeuvre de l'invention est illustré à la figure 2. 30 Le premier chronographe C 1 montre en ordonnée, la puissance disponible offerte en fonction du temps figurant en abscisse. Ainsi, on observe qu'après un préavis Al, le centre de consommation correspondant est susceptible de réduire sa puissance consommée d'une valeur P 1, et ce pendant une durée D1. Le critère de répétabilité illustré ici correspond à l'intervalle R1 entre deux déclenchements de délestage. Les courbes C2 et C3 sont des courbes analogues donnant des puissances disponibles avec des paramètres différents. Le chronographe G illustre ainsi la puissance disponible globale offerte en combinant les offres des trois consommateurs C1, C2, C3. On observe que la puissance disponible Pd correspondent donc aux besoins exprimés par l'autorité régulant le réseau (et représentée par un trait mixte) peut être fournie pendant une durée importante, par la combinaison des actions successives de délestage des différents consommateurs C1, C2, C3. Bien entendu, la courbe n'est donnée qu'à titre d'illustration et est volontairement simplifiée uniquement dans le but de faciliter la compréhension de l'invention. En réalité, le nombre de consommateurs peut être beaucoup plus important et les différentes offres de puissance peuvent se chevaucher et se combiner dans le temps sans avoir à se succéder comme c'est le cas sur la figure. De même, les choix entre plusieurs centres de consommation éligibles peuvent être faits en fonction des coûts globaux à supporter par l'entité régulatrice, résultant des offres de chacun des centres de consommation. Il ressort de ce qui précède que l'invention présente de multiples avantages, et notamment celui de permettre une réduction de la puissance consommée qui est parfaitement prédictible, et ce en agissant sur un nombre de consommateurs limités, dont l'engagement de réduction de puissance est certain. En outre, elle permet de faire un choix et/ou une hiérarchie des offres, le cas échéant pour utiliser les consommateurs les plus adaptés. Par ailleurs, elle permet de maximiser la REVENDICATIONS1/ Procédé de régulation de la puissance consommée sur un réseau électrique (1), dans lequel une entité (20) exerce des actions provoquant la réduction de la consommation de consommateurs (2-6) éligibles auxdites actions en vue de réduire la puissance électrique globale consommée, caractérisé en ce que : ^ chaque consommateur éligible (2-6) communique à ladite entité (20) les paramètres suivants : • la durée maximale (D1, D2, D3) acceptable de ladite action, 10 • le délai minimum (Al, A2, A3) acceptable de déclenchement de ladite action, à partir d'un instant donné, la valeur maximale (P1, P2, P3) acceptable de la réduction de puissance électrique consommée pendant la durée de l'action, ^ l'entité (20) sélectionne un sous-ensemble de consommateurs éligibles en 15 fonction d'une combinaison desdits paramètres communiqués par les consommateurs éligibles, et la réduction de puissance globale souhaitée (23) ; ^ l'entité exerce une série d'actions individuelles sur les consommateurs (2-6) dudit sous-ensemble. 20 2/ Procédé de régulation selon la revendication 1 caractérisé en ce que les paramètres (32,-36) communiqués par ledit consommateur éligible incluent un nombre maximal d'actions acceptables sur une période de temps prédéterminé. 25 3/ Procédé de régulation selon la revendication 1 caractérisé en ce que les paramètres (32-36) communiqués par ledit consommateur éligible incluent un temps minimal acceptable entre la fin d'une d'actions et le début de l'action suivante. 30 4/ Procédé de régulation selon la revendication 1 caractérisé en ce que les paramètres (32-36) communiqués par ledit consommateur éligible incluent une-14- évaluation d'une rémunération accordée aux consommateurs en contrepartie de l'action. 5/ Procédé de régulation selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'action (48) est exercée par l'entité sur l'installation électrique du consommateur. 6/ Procédé de régulation selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'action est exercée par le consommateur sur sa propre installation électrique, à la requête de l'entité. 7/ Procédé de régulation selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'action consiste en une annulation de la puissance consommée. 8/ Procédé de régulation selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'action 15 consiste en une réduction de la puissance consommée.10