Technologie, Organisation et Adaptation des Systèmes

Transcription

PUCA - Energies demain-CITERES-ETiCS-Armines
Définitions
Questionnements
Méthode
Territoriaux Energétiques en Réseaux
TOASTER
Du grille-pain au territoire ou du territoire au grille-pain ?
1
Définitions
Questionnements
Méthode
le smart grid est un système (ayant pour composantes la
production, le transport et la consommation d’énergie ou de
matière) augmenté de systèmes informationnel et de
commandes afin de garantir le fonctionnement d’une ou de
plusieurs de ses composantes.
Le smart grid est donc un système énergétique doté d’une « GTU »
(gestion technique urbaine ou territoriale).
La finalité d’un smart grid est donc une fonction objective définie
par un ou des acteurs du système énergétique
2
Définitions
Questionnements
Méthode
Dans le lien top-down entre la production « délocalisée » et la
consommation terminale, les smart grids de première génération a
pour finalité d’optimiser un peu plus un système macroscopique de
l’offre (tendant à la saturation) en jouant sur la structure
dynamique de la demande, et tout en visant une exploitation aux
limites matérielles des infrastructures de production et de transport.
La rationalité top-down que les smart grids doivent satisfaire est
directement tributaire de stratégies relatives au grand marché de
l’énergie à l’échelle nationale comme européenne, à celle relative à
la commercialisation de l’énergie et à l’état actuel et envisagé des
infrastructures.
Dans cette configuration, le BEPOS dialogue directement avec le
système délocalisé.
3
Définitions
Questionnements
Méthode
Dans la démarche bottom-up et horizontale, il est envisageable
d’un point de vue théorique d’atteindre pour le bâtiment, le
quartier, etc. :
soit une autonomie énergétique comptable
(consommation annuelle ≤ production annuelle),
soit une autonomie dynamique
(consommation à tout instant ≤ production à tout instant),
en jouant, localement, sur le niveau de mutualisation de la
production, sur le niveau de foisonnement de la demande et sur la
capacité de stockage.
L’autonomie énergétique est dans le second cas atteinte par un
processus bottom-up, de l’échelle du bâtiment à l’échelle
territoriale, en passant par le quartier, la ville, etc. Les smart grids
jouent alors le rôle d’une GTB à l’échelle du bâtiment, d’une GTU à
l’échelle urbaine, etc.
Dans cette configuration, le BEPOS dialogue de manière emboîtée
avec les autres bâtiments et les points de production locale en
partant des plus proches vers les plus éloignés.
4
Définitions
Questionnements
Méthode
Questionnements et hypothèses
La configuration bottom-up et horizontale renvoie à au moins
quatre nouveaux questionnements scientifiques :
1- Quelle forme prendra une rationalité favorisant le dialogue
horizontal puis bottom-up entre points de consommation et
points de production énergétique à l’échelle territoriale ?
2- Quel niveau d’éligibilité de la technologie ?
3- Quelle sera son « acceptabilité » lorsqu’on examine plus
finement la diversité typologique du bâti et les structures
locales des parcs bâtis qui composent les territoires ?
5
Besoins fonctionnels
Définitions
Questionnements
Méthode
besoin de laver le linge
besoin d’infos
Pratiques du logement
Usages énergétiques
remplir la machine
écouter les infos
à la radio
machine à laver (600 W)
besoin de sécher le linge
étendre le linge
radio (40 W)
besoin de boire un thé
préparer un thé
bouilloire (400 W)
boire un thé
6
Définitions
Questionnements
Méthode
Définition de l’usage
Un usage est définit comme la mise en marche d’un appareil
électrique ou thermique dans le but de satisfaire un besoin
fonctionnel dans le cadre d’une ou de pratiques d’occupation
du logement.
Attribut d’un usage
Un usage est formalisé dans TOASTER comme la composante
d’un système d’usages dont les relations sont de type filiale.
Les attributs des usages sont donc:
- Une position dans la filiation des usages (parent/enfant,
fratrie et orphelin)
- Une durée probable avant démarrage par rapport à la
filiation
- Une durée probable de fonctionnement
- Une puissance nominale
usage u1
fratrie
descendance
usage u3
usage u4
usage u2
orphelin
usage u5
7
Fonction objective à l’échelle locale
Définitions
Questionnements
Méthode
ε
Logement 1
Logement 1
200
150
100
200
50
150
1
50
stockage
Logements 1 + 2
100
0
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
Logements 1 + 2
200
0
1
23
Logement 2
Logement 2
200
150
100
200
50
150
0
100
1
150
50
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
Production Consommation
Production Consommation
0
100
200
50
150
0
100
23
200
100
0
1
50
- 100
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
-200
0
200
1
3
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
7
9
11
13
15
17
19
21
23
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
0
- 100
1
5
100
1
23
-200
Production
0
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
- 50
- 100
- 150
-200
Déstockage +
appel de charge exogène
8
23
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
TOASTER - PUCA
• Définition des plans de gestion des
effacements
» François VALADIER, Energies Demain
19
TOASTER - PUCA
Classification des possibilités de modulation de la demande
On distingue plusieurs types d’usages de l’électricité :
Usages « différables » : Différer l’usage dans le temps en ne le dégradant pas (machines à laver, lave‐vaisselle, …) – niveau de confort identique
Usages « remis en cause » : Usages non indispensables pouvant être coupés durant une certaine durée (Chauffage, Eclairage, …) – acceptabilité ?
Usages « dégradables » : Usages où le matériel considéré
peut être utilisé de manière affaiblie (par exemple le chauffage) – acceptabilité ?
20
TOASTER/PUCA
Définition d’une possibilité de modulation
1 possibilité de modulation est définie par les suites suivantes :
Ci − Finale (t ) = u0Ci (t ) , Ci− Finale (t + 1) = u1Ci (t ) , … , Ci − Finale (t + K i ) = u K Ci (t )
i
Ci − Finale (t − 1) = v1Ci (t − 1)
, Ci− Finale (t − 2) = v2Ci (t ) , … , Ci − Finale (t − N i ) = u N Ci (t )
i
Ci− Finale (t ) : Consommation après modulation à l’instant t
: Nombre d’heures séparant la modulation de l’usage i et le moment où le dernier impact de cette modulation sur la consommation de l’usage se fait ressentir
N i : Nombre d’heures séparant la modulation de l’usage i et le moment le plus en amont de cette modulation ressentant un impact sur la consommation de u k l’usage
: Report de consommation engendré par la modulation étudiée à la k‐ième vk heure après modulation (k varie de 0 à )
: Avancement de consommation engendrée par la modulation étudiée à la k‐
ième heure avant modulation (k varie de 0 à )
K i
21
TOASTER/PUCA
Impact des équipements de modulation de la charge : Exemple
du Chauffage
Modélisation de l’impact de l’effacement, pendant 1 heure, des consommations de chauffage d’un ensemble de typologies de bâtiments sur les heures suivantes :
Demande journalière foisonnée de Chauffage d'un abonné résidentiel avec et sans modulation
Chauffage : [0 ; 0,52 ; 0,14 ; 0,06 ; 0,04 ; 0,02 ; 0,02 ; 0,01 ; 0,01] avec N i = 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Demande avant modulation
Demande après modulation
22
TOASTER/PUCA
Choix réalisés
Objectif représenté par une courbe de demande idéale définie en amont
⇒ Permet de définir un ensemble d’objectifs différents
Fonction à optimiser : Distance euclidienne entre la demande du territoire et la demande Idéale
⇒ Fonction convexe et donc facilement exploitable
23
TOASTER/PUCA
Objectifs et contraintes
Pouvoir optimiser la gestion des composantes du réseau suivant une multitude d’objectif (baisse des appels de charge à la pointe, lissage de la courbe d’appels de charge journalier, consommation de la production EnR…) => définition des courbes de consommations « objectif »
Pouvoir optimiser la gestion d’un territoire suivant des contraintes situées à différentes échelles (du bâtiment à la ville)
Optimiser la gestion du réseau sur des échelles de temps allant de l’année à l’heure
Limiter les temps de calcul de l’outil pour en faciliter son utilisation et le rendre opérationnel (en cours de réalisation)
24
TOASTER/PUCA
Méthode d’optimisation choisie
25
TOASTER/PUCA
Exemple
Exemples de modulation sur des journées types / données fictives
8 000
7 000
6 000
kW
5 000
4 000
3 000
2 000
1 000
0
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23
13/01/2009
09/02/2009
19/11/2009
16/12/2009
26
Ministère de l’Ecologie, du Développement durable, des Transports et du Logement
Territoriaux Energétiques en Réseaux
TOASTER
Du grille-pain au territoire ou du territoire au grille-pain ?
Séminaire Smart Grids, Bepos, Territoires et Habitants
13 septembre 2013, PUCA
27
Objectifs de la partie sociologique
-
Produire des données pour alimenter le modèle Toaster
(notamment sur les courbes de charges et les usages
électriques)
-
Apporter des éclairages sur les organisations et les
pratiques au sein des sphères domestiques
-
Alimenter les réflexions sur la relation entre les usages et
les systèmes techniques
28
Méthodologie – points d’avancement
Des foyers sélectionnés à partir de plusieurs critères principaux
•
•
•
•
Profession et Catégorie Sociale (PCS) : impact des capitaux détenus sur le choix des équipements ou
encore sur les marges d’action possible
Age et cycle de vie : accéder à une hétérogénéité de pratiques, à des organisations stables ou en
transition
Composition du foyer : présence ou non d’enfants (déterminante dans les choix et dans les exigences en
matière d’équipements et de confort)
Statut d’occupant (propriétaire / locataire, logement individuel ou collectif)
Des recueils de données menés à l’échelle du foyer
•
•
•
Des organisations qui impliquent une multitude d’individus et qui résultent de négociations et d’arbitrages
Des organisations en tension, instables et susceptibles de bouger à tout moment
Des recueils en présence du couple et des enfants (à chaque fois que possible)
Une approche qualitative par entretiens approfondis et observations in situ
(avec prises de vue)
•
•
•
•
Saisir les conditions fines de production des organisations domestiques
Accéder aux évolutions et aux temporalités des transformations
Constituer un inventaire des équipements détenus et des usages associés (pour l’ensemble des membres
du foyer)
Accéder à la place de la thématique de l’énergie (sensibilisation, information, compréhension, attente…)
29
Tableau synoptique des foyers interrogés
Nom
foyer
Composition
du foyer
Age des
parents
Age des
enfants
Statut parent
1
4
35 (M.)
44 (Mme)
18
1
Salariés
2
5
41 (M)
45 (Mme)
14
11
8
Salariés
3
1
80
4
6
44 (M)
44 (Mme)
5
2
31 (M)
42 (Mme)
6
1
7
Type de logement
Statut
d’occupation
Age du
logement
Niveau revenu
P
1980
4-5
M
P
1970
4-5
Cen
A
P
1985
1-2
Cen
M
P
1897
4-5
En création d’Ent
Salariée
Cen
M
L
1970
3-4
64 (Mme)
Retraitée
Cen
A
P
1970
2-3
2
36 (M)
42 (Mme)
Dirigeant d’Ent.
Salariée
Cen
A
P
1950
4-5
8
4
43 (M)
37 (Mme)
7
2
Commerçant
Salariée
Scolaire
crèche
Cen
A
P
1500
2-3
9
4
47 (M)
46 (Mme)
18
15
Salariés
Scolaires
Rur
M
P
19ème
3-4
3
28 (Mr)
26 (Mme)
2
Salariés
A
L
Début 20ème
3
16
19
Rur
M
P
neuve
3
10
Statut
enfants
(Maison ind. /
Appartement)
(Propriétaire / Locataire)
Scolaire
crèche
Agglo
A
Scolaires
Agglo
Retraitée
(veuve)
18
15
12
9
Salariés
Lieu d’habitat
(Cen., Agglo, Rur.)
Scolaires
Scolaire et
étudiant
(millier d’euros)
11
3
45
12
1
42
Salarié
Rur
M
P
1970
2
13
2
55 (Mr)
54 (Mme)
Indépendant (Mr)
Femme au foyer
Agglo
M
P
1980
3
14
4
43 (M)
42 (Mme)
Agglo
M
P
2001
4-5
15
1
42
Cen
M
P
19ème
2-3
15
13
9
Salarié
Salariés
Salariée
scolaire
30
Inventaire « technique » des appareils électriques présents dans le foyer,
en précisant la marque, le modèle et la puissance en watt
SALON
SALLE A MANGER
CUISINE
SALLE DE BAIN
CHAMBRE (Parents)
CHAMBRE (Enfants)
AUTRE
31
Planning journalier (sur une durée d’une semaine, intégrant le week-end) des
pratiques et des utilisations des équipements électriques et électroménagers (avec
enchainements & combinaisons), ceci pour l’ensemble des membres de l’unité familiale
LUNDI
MATIN
APRESMIDI
MARDI
MATIN
APRESMIDI
32
Méthodologie – points d’avancement
Un exemple d’inventaire des appareils consommateurs d’énergie dans un foyer…
33
Grands résultats
1 – Des éléments de contexte dans lesquels replacer la thématique Smart Grid
Une culture de l’énergie encore incomplète et fragile
•
•
•
Un sentiment de maitrise relative autour des questions d’énergie en lien avec la qualité du bâti, les
ressources financières, le statut de locataire / propriétaire
Une difficulté à matérialiser l’énergie qui demeure une abstraction (électricité VS eau)
Une « habitude » de passivité : des attentes d’informations mais pas réellement de démarches dans ce
sens
Un principe moral de non gaspillage mais
•
•
Une capacité d’action perçue comme limitée, au-delà des actions déjà réalisées
Des marges de manœuvre difficiles à identifier
Le Smart Grid n’est pas du tout anticipé par les foyers rencontrés
•
La notion de Smart Grid reste majoritairement inconnue du grand public. Certains interviewés en ont
entendu parler mais sont encore dans la confusion (termes, associations)
•
Le Smart Grid est perçu négativement et suscite plutôt de la méfiance, voire de l’hostilité
•
•
Techniquement complexe
Producteur de données dont on interroge le devenir, l’utilisation et le détenteur
•
Le lien entre Smart Grid et préoccupations écologiques / environnementales n’est pas établi
•
La finalité du Smart Grid n’est pas identifiée : quel intérêt pour le destinataire final / le consommateur ?
•
Une plus grande maturité chez les foyers en contrat EJP et Tempo qui ont mis en place un certain nombre
d’actions volontaires pour gérer les usages pendant les jours orange et rouge
34
Grands résultats
2 – Une relation complexe entre usages et systèmes techniques
Une possibilité d’accéder aux combinaisons et aux enchainements entre
appareils et usages :
•
Exemple du matin (sur un jour de semaine « type ») :
•
•
•
•
•
Idem le soir…
•
•
•
•
•
6h30 : levé des parents (aération, volets électriques…)
6h40 : PD (cafetière / bouilloire, grille-pain, radio…)
7h00 : SdB (rasoir, sèche-cheveux, chauffage d’appoint, radio…)
7h30 : levé des enfants (idem PD, autorisation d’un moment TV…)
17h30 : 1ers retours au foyer des enfants, parent / nourrice (goûter, TV, ordinateur)
18h30 – 19 h : bains / douches des enfants (chauffage d’appoint, sèche-cheveux, radio…)
19h30 : préparation du repas et repas (four, plaque de cuisson, appareils électroménagers, TV ou radio, hotte
d’aspiration…)
20h30 : selon enfants ou parents (TV, ordinateurs, musique…)
Idem jours de WE…
Possibilité de reconstruire les routines et les usages (orphelins et imbriqués)
et d’évaluer un potentiel « théorique » d’effacement
35
Grands résultats
2-1 – Une relation complexe entre usages et systèmes techniques
mais plus complexe d’accéder et de modéliser l’instable : arbitrages quotidiens,
ajustements, adaptation et contraintes qui complexifient les régulations au sein
de la sphère domestique
Identification de résistances
•Les liens ne sont pas aussi mécaniques. Ils peuvent s’avérer dissociables et contextuels :
•
•
Le repassage et la télévision (réduire le côté fastidieux mais concurrence mère & enfants qui se plaignent du bruit de la
centrale ou monopolisent la TV pour des jeux vidéos, donc le faire à un autre moment) : rationalités domestiques
La salle de bain et le chauffage d’appoint (saison « entre deux », variation de température donc recourt à un radiateur
d’appoint voire à un sèche-cheveux plutôt qu’une remise en marche du chauffage)
36
Grands résultats
•
Des découplages d’usages possibles mais un effacement qui n’est pas pour autant certain :
•
•
•
Le lave-linge et le sèche-linge (séchoir mécanique mais mobilisation immédiate des divers inconvénients : odeur, place
disponible, temps de séchage…)
Le grille-pain et la cafetière / bouilloire (« en admettant que je renonce à mes tartines grillées, c’est pas pour autant que je
vais me passer de mon bol de café !!! »)
Bureautique et NTIC (des appareils souvent solidaires, box allumée, ordinateur / tablette et imprimante, TV et consoles de
jeux… : « je suis bien obligé d’allumer la box pour utiliser mon ordinateur. C’est pareil pour les enfants, c’est compliqué
d’utiliser la Wii sans la télévision !!! »)
37
Grands résultats
•
Différer et/ou effacer l’usage de certains équipements est perçu comme une contrainte et un empiétement sur la
liberté d’actions dans la sphère domestique. Un refus d’une charge mentale supplémentaire (cf Signal-Prix et
voiture)
•
Un refus d’effacer les usages en lien avec la sociabilité (faire la cuisine, offrir un café…) et les loisirs (en
particulier les équipements multimédias ) : rupture des formes de spontanéité donc de convivialité
•
La présence d’enfants au sein du foyer influence le choix des équipements « différables » ou effaçables, selon les
contraintes et niveaux de tolérance (chauffe-biberon VS console, lave-linge)
•
Pour le chauffage, la ligne de partage se situe entre les jours / moments de présence au foyer (WE et petites
vacances) et les périodes d’absence plus longue durant lesquelles l’effacement est plus facilement envisageable
38
39
40
41
42
MERCI
43

Technologie, Organisation et Adaptation des Systèmes

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