Planification optimale du système électrique dans un contexte d'incertitude croissante

Méthodologie et développement des travaux

Pour contribuer à la recherche de la décision d'investissement optimale dans un contexte d'incertitude croissante, les trois étapes ont été suivies :

• Dresser un tableau des facteurs d'incertitudes pris en compte et des méthodologies appliquées actuellement dans la planification des réseaux, dans des pays représentant tous les continents. Les incertitudes considérées sont à la fois celles touchant la production et la demande, et celles concernant le système de transport. Les données et les impacts des incertitudes sont exposés, pour appréhender les impacts des incertitudes sur les systèmes électriques.  
• Résumer les enseignements apportés par la planification des réseaux dans des conditions d'incertitude accrue. Etablir une vue d'ensemble des mécanismes, des méthodes, et des critères de planification des systèmes électriques dans des situations d'incertitude, mis en œuvre par des compagnies de réseau ou par des opérateurs de réseau indépendants. Rechercher, et examiner, les travaux antérieurs sur le sujet, en particulier dans les rapports et les Brochures Techniques de CIGRE.
• Présenter les meilleures pratiques, au niveau mondial, en matière de planification des systèmes électriques dans un contexte d'incertitude. Identifier les principales théories et technologies de planification de réseau appliquées dans les différents schémas de marché. Prendre connaissance des différentes méthodes de planification de réseau en situation d'incertitude croissante utilisées dans différents systèmes électriques de par le monde.
• Identifier les exigences spécifiques à la planification des systèmes électriques en situation d'incertitude croissante; réaliser des études de cas sur des configurations réelles de réseau. En extraire des conclusions et des propositions de travaux complémentaires.

Description de la Brochure Technique

Après un Chapitre 1 d'introduction, on trouve dans le Chapitre 2 une description des pratiques de planification dans les pays des membres du Groupe de Travail (GT). On commence par énumérer les pays des membres du GT, et rappeler certaines définitions générales concernant la planification. Le GT est constitué de 28 membres, de 17 pays représentant tous les continents (à l'exception de l'Antarctique). Les pays des membres sont représentés sur la Figure 1. Ensuite on explique, pour chacun des pays des membres, comment et par qui est pratiquée la planification du réseau de transport. Enfin on présente le développement des énergies renouvelables dans chacun des pays, ce développement étant un des facteurs importants d'incertitude, dont l'impact croît très vite.  

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La description des facteurs d'incertitude, et la manière de les prendre en compte dans les pays des membres, fait l'objet du Chapitre 3. Les incertitudes impactant la planification du réseau de transport sont aussi bien les incertitudes à long terme que celles à court-terme. L'incertitudes à long terme tient à l'écart qui n'existe entre le développement des productions, du transport, de la distribution et de la demande du système électrique, et les développement prévu ou planifié, écart résultant des évolutions de l'environnement externe survenues sur l'intervalle de temps, telles que les progrès des technologies, les fluctuations de l'économie, les décisions politiques, les contraintes environnementales, et les évolutions sociétales. Les incertitudes à court terme sont en relation avec le caractère imprédictible de l'état du système électrique, dû à la nature aléatoire de la météorologie et du comportement des consommateurs, de la production des sources renouvelables, de la charge et de la décharge des véhicules électriques. Du fait des environnements différents dans lesquels chacun des systèmes électriques est exploité, des facteurs d'incertitudes différents sont pris en compte dans les pays des membres du GT, ou dans leur région. Sur la Figure 2 on montre quelles sont les incertitudes prises en compte, ainsi que celles qui existent mais non pas été prises en compte, dans la planification du réseau de transport (TSP) de chacun des pays des membres.

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Avec tous ces facteurs d'incertitude, mentionnés en Figure 1, beaucoup des paramètres de l'optimisation de la planification du système électrique sont aléatoires plutôt que fixés. La méthode déterministe de planification des systèmes électriques peut difficilement apporter une réponse aux problèmes induits par l'incertitude croissante.

Dans le Chapitre 4 on passe en revue les méthodologies qui prennent en compte les incertitudes qui affectent la planification des systèmes électriques, parmi lesquelles le modèle des scénarios, le modèle de moindre risque, et le modèle "robuste". Des conclusions sont tirées de l'examen des méthodes de modélisation des incertitudes appliquées pour la demande et les RE, dans chacun des pays des membres (Figure 3). En ce qui concerne l'incertitude à long terme sur la demande, la plupart des membres étudient des scénarios multiples pour représenter l'incertitude. Pour l'incertitude à court terme de la production renouvelable un nombre légèrement plus élevé de membres adoptent la méthode déterministe. 

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Les meilleures pratiques et les leçons de sept membres, sont exposées dans le Chapitre 5. Ce sont :

• Planification par scénarios, pour EirGrid
• Plan à dix ans de l'évolution du système électrique, prenant en compte des scénarios, pour le Brésil
• Technique d'agrégation de scénarios, appliquée en Iran
• Sélection d'un mode typique d'exploitation, basé sur une simulation d'exploitation, pour le réseau du  Qinghai en Chine
• Planification du réseau de transport prenant en compte l'incertitude, ERCOT (USA)
• Impact de l'incertitude sur les productions renouvelables sur la planification du réseau de transport, en Thaïlande
• Etude du réseau proche de l'Atlantique, en France

Les logiciels de planification utilisés par les membres sont présentés dans le Chapitre 6. Le contexte, les caractéristiques, les avantages, ainsi que des études de cas, sont analysés. Sont présentés :

• Antares et la méthodologie zonale
• Adéquation de la fiabilité du réseau et évaluation de risque
• MARS et MAPS
• Outil de planification optimale du réseau (GOPT)
• Tazan et Pandapower

Le Chapitre 7 décrit les obstacles rencontrés avec la prise en compte de l'incertitude dans la pratique de la planification des systèmes de transport. Ces obstacles se présentent pratiquement à chaque étape du processus, selon le retour d'expérience des membres. En règle générale les quatre difficultés majeures concernent la collecte des données, les critères de modélisation, la charge de calcul, et certains aspects pratiques. Du fait des différences de maturité dans le développement des réseaux et dans leurs situations effectives, les difficultés ne sont pas les mêmes d'un pays à l'autre.

Le Chapitre 8 est dédié aux conclusions que les membres ont tirées. On y propose aussi des recommandations de travaux futurs.
Les annexes rassemblent la bibliographie, le questionnaire original et les résultats complets des enquêtes.

Conclusions et principaux points des enseignements

Les enseignements clés que le GT C1.39 a tiré de ses travaux peuvent se résumer ainsi :

• Les deux facteurs d'incertitude les plus fréquemment pris en compte dans la TSP sont la croissance de la demande et l'énergie renouvenable; ils sont pris en considération par presque tous les membres du GT. La production renouvelable est l'incertitude à court terme la plus importante dans la planification du système de transport. L'intégration de nouveaux acteurs tels que les véhicules électriques, les stockages, ainsi que les charges interruptibles, peuvent être cataloguées comme "sont à prendre en compte, mais pas encore".
• Les approches communément appliquées pour modéliser les incertitudes comprennent entre autres le modèle probabiliste, le modèle basé sur des scénarios multiples, et la méthode des hypothèses/intervalles d'incertitude.
• Pour la planification du réseau de transport, la majeure partie des pays des membres adoptent la méthode des scénarios, dans une mesure plus ou moins large, parce que c'est la façon la plus simple de prendre en compte l'incertitude. Beaucoup de ces pays combinent le modèle des scénarios avec d'autres méthodes, mais aucun ne se fie complétement à une méthode du risque minimal ou des hypothèses/intervalles d'incertitude.
• Les méthodes des scénarios peuvent être les plus performantes pour le court terme, mais on pourrait préférer la methode d'optimisation du risque si on peut surmonter les doutes sur la confiance à accorder aux données et aux méthodes. La combinaison des méthodes scénarios / risques / robuste est considérée comme l'approche la plus performante par un nombre important de membres du GT.

Dans la pratique de la planification des réseaux de transport, l'utilisation d'une technique de planification optimale en situation d'incertitude, se heurte à des obstacles , ceci pratiquement pour chacune des procédures. Il faudrait, pour le futur :

• Constituer des bases de données historiques fiables pour caractériser les incertitudes ;
• Développer des algorithmes plus performants et améliorer l'efficacité de calcul ;
• Rendre les critères probabilistes plus accessibles au public, et les intégrer dans le Code de Réseau pour la planification des systèmes électriques.