Les systèmes d'énergie intelligents sont souvent considérés comme des systèmes de gestion d'énergie d'avenir car ils permettent d'augmenter la résilience et la durabilité du système énergétique.

Que sont les systèmes d'énergie intelligents et en quoi consistent-ils ? Quel est leur intérêt ?

Définition

Le terme système d'énergie intelligent ou SEI (traduction directe de smart energy system ou SES en anglais) est défini différemment selon le secteur auquel il est rapporté (électricité, chauffage, construction...). Le terme a été créé pour mettre en exergue les liens entre les secteurs relatifs à l'énergie car la combinaison de plusieurs de ces secteurs constitue la meilleure option concernant l'efficacité et le coût (Lund et al., 2017). La définition suivante est donnée :

A smart energy system is defined as an approach in which smart electricity, thermal and gas grids are combined with storage technologies and coordinated to identify synergies between them in order to achieve an optimal solution for each individual sector as well as for the overall energy system.

Lund et al. (2017)

Les SEI sont considérés comme des technologies « propres » puisqu'ils luttent contre le changement climatique, la pollution de l'environnement et la crise de l'énergie, et offrent des opportunités de rendement financier et de réduction des coûts (Zhu et al., 2022). Ils peuvent être caractérisés par leur renouvelabilité, abordabilité, efficacité, rentabilité, durabilité, et leur vision globale (EnergyPLAN, 2018).

Un exemple de système d'énergie intelligent : CEESA

Introduction

Un bon exemple de SEI est un projet danois appelé Coherent Energy and Environmental System Analysis (ou CEESA) (Lund et al., 2011). Le Danemark a en effet fixé un objectif ambitieux de suppression progressive des combustibles fossiles pour la production d'électricité d'ici 2030 (Ministry of Foreign Affairs of Denmark, n.d.). Le projet CEESA a pour objectif de répondre à ces objectifs pour l'électricité, le chauffage et le transport. Ces trois systèmes énergétiques doivent coopérer afin de constituer la solution la moins onéreuse et faire face à la fluctuation caractéristique des énergies renouvelables et de la demande (EnergyPLAN, 2014).

Les énergies éolienne, solaire et marémotrice devraient fournir 50 % de l'électricité danoise dans les prochaines années, le reste provenant de biomasse locale non alimentaire. L'électricité, la chaleur et les carburants sont produits à destination des ménages, du réseau électrique et de chaleur national, ainsi qu'au secteur des transports.

Fonctionnement

La vidéo ci-dessous, en anglais, détaille le fonctionnement du projet CEESA.

La figure ci-dessous montre un schéma du fonctionnement global du projet CEESA d'après EnergyPLAN (2014).

Le projet combine intentionnellement de nombreuses manières de production d'énergie. Les éoliennes, les stations marémotrices (production d'électricité à partir de l'énergie des vagues) et les panneaux photovoltaïques produisent directement de l'électricité qui est utilisée dans un système d'électrolyse et dans une pompe à chaleur pour produire de la chaleur. Le surplus est envoyé vers le réseau national d'électricité et sera utilisé par les ménages. Les panneaux thermiques et la géothermie sont utilisés pour produire de la chaleur. Celle-ci est stockée puis envoyée au réseau de chaleur afin de fournir de la chaleur aux ménages.

Les déchets (d'agriculture, des ménages et de l'industrie) sont envoyés en digestion anaérobie afin de produire du méthane sous forme de biogaz (partie gazeuse) et un digestat (partie liquide ou solide) pouvant être utilisé en tant qu'engrais agricole. Le biogaz est également produit à partir de la biomasse. Celui-ci sera envoyé en cogénération (combined heat and power ou CHP) avec le reste de la biomasse pour produire de l'électricité et de la chaleur de manière plus efficace que deux systèmes séparés. L'électricité et la chaleur ainsi produites sont envoyés vers les réseaux, comme précédemment. Ce processus dégage du dioxyde de carbone qui, avec le dihydrogène produit par électrolyse de l'eau et avec le méthane produit précédemment, permet de fournir des carburants liquides et gazeux au secteur des transports pour les voitures, les tracteurs, et même les bateaux et avions. Le biogaz non utilisé est envoyé vers le réseau national de gaz à destination des ménages.

Bénéfices

Ce projet a la possibilité de stimuler l'économie, créer plusieurs centaines d'emplois, et accroître la sécurité de l'approvisionnement de l'énergie. Il se focalise sur la production locale de biomasse et d'électricité en favorisant l'implémentation de panneaux solaires (photovoltaïques et thermiques) directement sur les maisons (EnergyPLAN, 2014).

Le projet impacte les trois secteurs de l'alimentation, de l'eau et de l'énergie (water-energy-food nexus en anglais). L'eau est utilisée pour l'électrolyse afin de produire du dihydrogène (uniquement lorsque les éoliennes produisent davantage d'énergie que nécessaire) et pour la production d'électricité grâce aux stations marémotrices (mais sans être consommée). En échange, l'électricité produite est utilisée pour produire et distribuer l'eau et la nourriture en dehors du projet. L'eau et la nourriture sont liées indirectement dans ce projet. Les déchets alimentaires et la biomasse sont utilisés pour produire de l'énergie. L'utilisation de biomasse non alimentaire peut en revanche être délicat puisque la culture de celle-ci de manière non durable, non efficace et incorrecte peut être néfaste pour l'agriculture. La biomasse peut également être le facteur limitant pour le secteur des transports en cas de manque d'énergie solaire, marémotrice ou éolienne. On peut également dire, dans une moindre mesure, que tous ces équipements prennent de la place, ce qui réduit la disponibilité de la terre pour d'autres usages (EnergyPLAN, 2014).

Bien que ce projet ait des impacts néfastes sur l'environnement et les secteurs évoqués ci-dessus, ceux-ci sont contrebalancés par l'évitement des impacts néfastes dus à d'autres types de production d'énergie (énergies fossiles notamment). Il a le mérite de montrer au monde entier qu'une production d'énergie différente est possible, sans faire appel à des énergies non renouvelables et durables comme les énergies fossiles ou l'énergie nucléaire.

Ce projet ambitieux propose une excellente solution pour affranchir un pays des sources d'énergie non renouvelables en vue de limiter le changement climatique, construire un monde plus durable et indépendant, tout en renforçant la croissance économique.

Références

Couvez, A. (2022). Water-Energy-Food Nexus in France. Cranfield University.

EnergyPLAN. (2014). Smart Energy Systems : 100% Renewable Energy at a National Level (Full Version) [Vidéo]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=eiBiB4DaYOM.

EnergyPLAN. (2018). Smart Energy Systems. https://www.energyplan.eu/smartenergysystems/.

Lund, H., Hvelplund, F., Mathiesen, B. V., Østergaard, P. A., Christensen, P., Connolly, D., Schaltz, E., Pillay, J. R., Nielsen, M. P., Felby, C., Bentsen, N. S., Meyer, N. I., Tonini, D., Astrup, T., Heussen, K., Morthorst, P. E., Andersen, F. M., Münster, M., Hansen, L.-L. P., . . . Lind, M. (2011). Coherent Energy and Environmental System Analysis. Department of Development and Planning,
Aalborg University. Aalborg, Denmark. https://www.ceesa.plan.aau.dk/digitalAssets/114/114433_32603_ceesa_final_report_samlet_02112011.pdf.

Lund, H., Østergaard, P. A., Connolly, D. & Mathiesen, B. V. (2017). Smart energy and smart energy systems. Energy, 137, 556–565. https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.05.123.

Ministry of Foreign Affairs of Denmark. (n.d.). Denmark is laboratory for green solutions. https://denmark.dk/innovation-and-design/green-solutions.

Zhu, H., Goh, H. H., Zhang, D., Ahmad, T., Liu, H., Wang, S., Li, S., Liu, T., Dai, H. & Wu, T. (2022). Key technologies for smart energy systems : Recent developments, challenges, and research opportunities in the context of carbon neutrality. Journal of Cleaner Production, 331, 129809. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.129809.