Potentiel d’action sur la demande électrique résidentielle

Plusieurs équipements électriques sont présents dans les logements résidentiels. Cependant chaque  équipement a une puissance nominale, un type d’usage par les utilisateurs et un taux de pénétration  dans  les  logements  différent.  Ainsi  l’impact  des  actions  de  la  gestion  de  la  demande  (Effacement,  actions de « Demand Response ») sera très différent en fonction de l’équipement électrique choisi.  La demande d’électricité est la résultante de la consommation d’électricité des différents usages par  les consommateurs. Pour la majeure partie de ces usages et en l’absence des capacités de stockage, la  consommation  d’électricité  est  concomitante  à  la  consommation  d’usage  final.  Ainsi  à  quand  de  l’analyse  de  la  flexibilité  d’un  équipement,  il  faut  raisonner  en  prenant  en  compte  deux  caractéristiques  différentes :  la  consommation  et  la  courbe  de  charge  ou  puissance,  i.e.  comment  l’énergie est consommée. L’importance de cette séparation est très importante car elle permettra de  savoir combien d’énergie on peut déplacer/réduire mais aussi la puissance effacée/réduite pendant  le contrôle de l’équipement. Néanmoins, il faut aussi regarder si l’impact sur les utilisateurs ou sur la  fonction principale de l’équipement  reste acceptable.  Pour regarder le potentiel d’un équipement en termes de gestion de la demande, il  faut prendre en  compte son impact sur la consommation global (nationale) et sur les points plus  fragiles du réseau  électrique  (périodes de pointes). En plus, il  faut aussi regarder les évolutions  technologiques et les  spécificités d’utilisation (heures d’utilisation, courbes de charges individuelles…) des équipements.  On  fait  premièrement  une  analyse  macroscopique  (à  l’échelle  nationale)  de  la  consommation  des  différents usages et des caractéristiques des pointes électriques (points plus critiques pour le réseau  électrique).   Ensuite,  on  fait  une  analyse  plus  profonde,  en  analysant  le  fonctionnement,  les  heures  typiques  d’utilisation  et  les  taux  de  pénétration  dans  les  bâtiments  existants,  les  taux  d’utilisation  des  différents usages, ainsi que les perspectives futures d’évolutions technologiques et de consommation.   Après, on fait une revue bibliographique de la littérature scientifique et technique existante dans ce  domaine,  permettant  ainsi  de  comprendre l’état  de l’art  sur la  gestion  de la  demande.  Cette  revue  permettra  de  déterminer  des  directions  de  travail  en  termes  de  contrôle  des  équipements  selon  différents  buts.  Dans  une  première  approche,  cette  revue  permettra  de  connaître  les  effets  des  contrôles, les modèles utilisés et les limitations de ces études.  Toute  cette  analyse  permettra  de  déterminer,  d’une  manière  simple,  le  potentiel  de  gestion  de  la  demande au  niveau national et local  (maison), mais aussi le  potentiel  futur  des  usages électriques.  Ainsi,  en  imaginant  que  des  contrôles  sont  applicables  (réduction  de  consommation,  déplacement  des  heures  de  consommation…),  on  peut  déterminer  qualitativement  leur  impact  sur  le  réseau  électrique mais aussi sur la courbe de charge d’une maison.  Pour  conclure,  on  fait  une  synthèse  des  potentiels  de  gestion  de  la  demande  des  différents  équipements électriques résidentiels.  

Analyse des consommations électriques et des périodes critiques du réseau électrique

La prévision de croissance de la consommation résidentielle est de 1.3 % par an, selon le scénario de  référence, jusqu’à 2015 et de 0.3 % au‐delà, selon RTE  [RTE, 2011]. Selon ce rapport de RTE  [RTE,  2011] la distribution des différents usages en 2007, en France a été :  Figure 1­1 – Distribution de la consommation résidentielle par secteurs A partir de la Figure 1‐1, on peut voir que le chauffage, l’électroménager  froid, le lavage, l’ECS sont  responsables pour la grande partie de la consommation (environ 70%).  La  problématique  du  réseau  électrique  se  traduit  par  des  pointes  électriques  qui  ne  cessent  pas  d’augmenter comme on peut voir sur la Figure 1‐2 [RTE, 2011].  Figure 1­2 – Evolution et prévisions de la puissance à la pointe Selon le rapport du groupe de travail sur la maîtrise de la pointe électrique [Poignant & Sido, 2010] il  existe plusieurs types de pointes électriques.  25% 21% 13% 13% 12% 7% 7% 1% 1% Chauffage Electroménager froid + lavage Autres Eau chaude sanitaire (ECS) Produits gris + bruns Cuisson Eclairage Ventilation mécanique contrôlé Climatisation 78 81 84 87 90 93 96 99 102 105 108 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 (GW) Records de  consommation Prévisions de  puissance à la  pointe Chapitre 1. Potentiel d’action sur la demande électrique résidentielle David da Silva 12  Premièrement, on a la pointe saisonnière, en France, où la consommation électrique est très sensible  à la température, en partie due au chauffage électrique. Ce type de pointe explique les écarts entre les  courbes‐types journalières d’hiver et été de la Figure 1‐3.  Ensuite, nous avons les pointes synchrones nationales qui se produisent, en hiver, vers 19 heures et  le matin  au moment  d’ouverture  des  commerces  et  bureaux  (Figure  1‐3).    La  pointe  de  19  heures  correspond au moment où la consommation nationale est la plus importante. Elle est due au retour à  la  maison  après  le  travail  et  à  la  mise  en  marche  de  plusieurs  équipements  électriques comme  l’éclairage, la télévision, la cuisinière, et autres, tandis que les activités économiques n’ont pas cessé.  En été la pointe se trouve normalement vers 13 heures mais son importance est beaucoup plus faible  qu’en hiver.

Chauffage électrique

Le chauffage électrique  (pompes à chaleur inclues) représente un quart de la consommation  totale  électrique résidentielle et ce secteur est un des gros responsables de la pointe saisonnière pendant  l’hiver,  où  la  sensibilité  du  système  électrique  approche  les  2 300  MW/°C  [RTE,  2011],  i.e.  pour  chaque  réduction  d’un  degré  Celsius  de  la  température  extérieure,  il  faut  injecter  dans  le  réseau  électrique 2 300 MW. De plus, actuellement les systèmes de chauffage électrique sont présents dans  7 millions de logements principaux, pour un totale d’environ 25 millions, ce qui représente 9% de la  consommation nationale d’électricité [EDF, 2005].  Pour comprendre les modes d’opération et de régulation des différents systèmes de chauffage, nous  allons  présenter  la  description  du  fonctionnement  des  principaux  équipements  et  puis  faire  une  analyse sur les caractéristiques d’usage et sur les évolutions technologiques. 

 Description des systèmes de chauffage

Le système le plus répandu dans les logements résidentiels français est le chauffage électrique à effet  Joule. Cependant il existe plusieurs  types d’émetteurs. Une description des différents émetteurs est  faite  ci‐dessous.  Les  pompes  à  chaleur  sont  aussi  décrites  car  ces  systèmes  sont  de  plus  en  plus  vendus et leur développement est renforcé par les nouvelles réglementations thermiques. 

Convecteur électrique

Le  principe  de  cet  appareil  est :  faire  entrer  l’air  froid  en  bas  et  ensuite  le  chauffer  avec  une  résistance électrique  (Figure 1‐4). Finalement l’air va sortir par la partie supérieure du convecteur  (« Grille  à  ailettes »  ‐  Figure  1‐1).  La  lecture  de  la  température  de  l’air  se  fait  par  une  sonde  et  le  contrôle  de  la  température  est  fait  par  un  thermostat  soit  mécanique  (Bïlame,  bulbe,  tension  de  vapeur)  soit  par  un  thermostat  électronique  (PI  ou  PID).  Les  appareils  plus  récents  sont,  presque  tous, équipés de thermostats électroniques.