Le digital, un levier essentiel pour le développement des énergies renouvelables et des réseaux électriques dans le monde ?

Impérative face à l’urgence climatique, la décarbonation de nos économies va de pair avec un développement massif et rapide des énergies renouvelables ainsi que des réseaux électriques nécessaire à leur transport. Cette accélération pose de nombreux challenges auxquels les technologies digitales peuvent apporter des réponses. 

Les énergies renouvelables : une évolution d’ampleur

Les énergies renouvelables sont en plein essor. Les chiffres parlent d’eux-mêmes : à l'échelle mondiale, la capacité d'électricité renouvelable devrait augmenter de plus de 60 % entre 2020 et 2026, pour atteindre plus de 4 800 GW, selon le rapport 2021 de l’Agence Internationale de l’Energie. La France, quant à elle, entend atteindre 45 % d’énergie renouvelable dans son mix énergétique d’ici 2030 (contre 20 % actuellement). Des objectifs très ambitieux en termes de volumes et de délais qui soulèvent de multiples questions : « La croissance forte que connaissent les énergies renouvelables constitue un immense défi à plusieurs titres : en termes d’enjeux industriels et de disponibilité de matériel, de raccordement électrique et d’impact sur les réseaux existants et également d’organisation de projet pour tenir ce planning », souligne Frédéric Chéneau, directeur du développement commercial chez Assystem. 

« Il n’est pas envisageable de développer des projets renouvelables avec un tel rythme autrement que par des moyens modernes et bien sûr digitaux. »

Des infrastructures à grande échelle source de complexité 

L’atteinte de ces objectifs d’envergure passe de plus en plus par le déploiement de projets renouvelables à grande échelle (à l’échelle du gigawatt). Cette évolution génère en retour une complexité croissante et se double de problématiques multiples : de localisation (pour chercher l’emplacement optimum entre lieux de production et consommation) ; de taille (avec une multiplication des parties prenantes ayant chacune leurs contraintes et exigences) ; d’accès (il est nécessaire d’avoir une exposition solaire suffisante, des gisements de vent en continu, des fondations suffisamment solides pour installer des mâts éoliens sur terre et des infrastructures en mer) ; « sans compter l’apparition de solutions hybrides avec du stockage sur batterie, des mix technologiques entre du solaire et de l’éolien, et demain des électrolyseurs dédiés au marché de l’hydrogène décarboné qui compliquent la donne », ajoute Frédéric Chéneau.  

Dans cet environnement, la capacité à répliquer les projets, tant en termes d’études que de construction, apparaît comme un enjeu majeur. Le digital couplé à l’ingénierie est une solution pour y parvenir, comme le précise Frédéric Chéneau : « Le digital est indispensable pour dupliquer les projets et pour permettre de tenir des plannings d’installation et de connexion de plus en plus contraints avec une exploitation maitrisée, une production prévisible – bien qu’intermittente par nature ».  

Le jumeau numérique pour optimiser les coûts 

Outre le traitement de la complexité, celui des coûts est bien sûr au cœur des enjeux.  

Les principes de réplication des projets permettent, comme cela a été évoqué, de faire baisser les coûts de développement lors de la phase de construction. Il existe également un gisement d’économie très important à l’étape de la conception, qui repose sur la modélisation des systèmes (approche dite MBSE « Model Based System Engineering ») alliée aux technologies digitales. Cette association permet de créer un jumeau numérique du projet, qui sera appelé à être utilisé tout le long du cycle de vie de celui-ci. Les bénéfices sont nombreux : meilleure prise en compte des interfaces, facilité à faire collaborer les différentes parties prenantes, capacité à pouvoir à tout moment disposer d’une estimation précise de l’avancement physique du projet… « Cette approche contribue au bon déroulement du projet. Outre une meilleure compréhension et donc un gain d’efficacité, elle permet, grâce à des simulations, de vérifier très tôt dans le cycle de vie du projet si la modélisation est correcte et si le résultat sera cohérent par rapport aux exigences de départ ». Résultat : les délais de conception et de construction sont sécurisés et raccourcis, avec à la clé des coûts optimisés.  

« En couplant cette méthode MBSE avec une approche de management des données, ce qu’on appelle le data centric approach, nous pouvons garantir une continuité et traçabilité depuis la conception, pendant la construction et jusqu’à l’exploitation de l’actif industriel de nos clients. »

Notre approche digitale, qui a toute sa place en phase de conception et de construction, est aussi synonyme de valeur ajoutée dans les phases d’exploitation. Ainsi, le jumeau numérique de l’infrastructure, qui recense les modèles, données et systèmes, peut jouer le rôle de simulateur et permettre de réaliser des tests avancés ou encore assurer une meilleure préparation des interventions de maintenance, avec à la clé une anticipation et une meilleure maîtrise des phases de travaux. Il constitue également une base de connaissance pour tracer les évolutions et les décisions prises dans le temps, « ce qui est fondamental quand les infrastructures sont destinées à fonctionner sur des décennies ». Il offre un moyen de former les nouveaux opérateurs et parties prenantes. Enfin, il permet de visualiser des états de fonctionnement et de contrôler les situations en détectant les événements de manière précoce. Un atout pour optimiser les interventions sur site dans des environnements très contraints.

«  Le digital est, pendant les phases d’exploitation, un levier pour analyser et suivre les états de fonctionnement ou anticiper les maintenances, et pallier le peu de personnel » 

Digital et réseaux électriques de transport et de distribution 

Clé de voûte pour assurer un approvisionnement d’énergie propre et durable, les réseaux électriques de transport et de distribution vont à leur tour aussi connaître des évolutions majeures, liées à la montée en puissance des énergies renouvelables. Les compétences en ingénierie couplées au digital seront, là encore, essentielles pour mener à bien les projets de transformation (tels la revue et la mise à jour des normes électriques, le renforcement des infrastructures électriques, le développement d’une approche d’écoconception sur des systèmes électriques…) par nature complexes et d’envergure.  

Ainsi, une des références majeures et récentes d’Assystem a porté sur la modélisation d’un réseau national électrique à l’échelle d’un pays de 35 millions d’habitants. Pendant 18 mois, le travail de fond a consisté à identifier, caractériser, modéliser tous les éléments d’une infrastructure de 35 kV à 500 kV, ce qui représente près de 40 000 Km de lignes électriques et près de 2 000 sous stations. Il va servir de base pour simuler dynamiquement le comportement des réseaux électriques, qui vont accueillir plus de 15 GW de capacité renouvelable – intermittente - d’ici la fin de la décennie. « Accès à l’électricité, prix, risques de coupures, souveraineté d’un pays…. L’impact d’un tel projet est colossal et doit être étudié. C’est le digital qui sera à même d’offrir ce niveau de pertinence et de valeur ajoutée », commente Frédéric Chéneau.  

« Le digital contribue très largement à concevoir, dupliquer, dé-risquer et garantir une bonne exploitation de toutes ces nouvelles infrastructures énergétiques .»

De nombreux challenges à relever 

L’électrification à très grande vitesse représente un challenge colossal, avec d’une part des infrastructures électriques de très grande durée d’exploitation (de 50 à 80 années) qui n’ont jamais été dimensionnées pour accepter les évolutions à venir et qu’il faut donc adapter et modifier ; et d’autre part, des équipements appelés eux aussi à évoluer pour permettre de nouvelles fonctionnalités (transformateurs et disjoncteurs dorénavant avec des gaz neutres, câbles plus écologiques qui resteront en mer pour des décennies). Sans oublier la question du raccordement électrique de tous les petits et moyens producteurs d’énergie renouvelable (particuliers, fermiers, commerçants) qui posent des panneaux sur leurs toits et ce, dans des délais rapides et compatibles avec l’adaptation des réseaux. En aval, de nouvelles contraintes vont aussi apparaître, avec par exemple des demandes de recharge par les propriétaires de véhicules électriques en fin de journée ou en soirée, nécessitant une électricité disponible sur ces plages horaires. Autre challenge, les parkings publics et privés vont avoir besoin de beaucoup plus de prises de raccordement pour véhicule, et de compteurs électriques communiquant, générant par ailleurs des datas d’identification, de consommation et de gestion de la charge.  

On le voit, de nombreux challenges vont se poser en termes d’infrastructures, d’équipements mais aussi d’usages et de pratiques, inhérents à la nouveauté des processus. En tant qu’ingénierie spécialisée depuis plus de 55 ans, le groupe Assystem contribue grandement à y répondre. C’est en effet l’essence même de l’ingénierie de trouver des solutions à des problématiques impliquant de nombreux métiers et de fortes contraintes. De par sa finalité, qui est de contribuer à l'accélération de la transition énergétique dans le monde, Assystem s’inscrit totalement dans ce mouvement en combinant le digital à son socle métier historique et à ses expertises projet. Sa mission : accompagner ses clients dans la recherche de solutions pour produire et transporter une énergie décarbonée au plus juste coût. 

«  Le digital rendra la transition énergétique possible en permettant d’atténuer les problèmes rencontrés. Les projets contribuant à la décarbonation de nos économies doivent être de grande échelle, innovants, nombreux, vite déployés, et tenir leur promesse en termes de coût de possession et d’exploitation.»

Découvrez quelques-uns de nos projets digitaux dans le secteur des réseaux électriques :

• Modélisation du réseau électrique national ouzbèque
• Cybersécurité de Smart Grids d’un opérateur d’électricité