Communautés d’énergie
optimiser selon les caractéristiques des participants
Les communautés d’énergie permettent à des consommateurs de bénéficier d’une électricité vendue à un tarif attractif par des producteurs locaux, et les incitent ainsi à synchroniser au mieux leur consommation avec la production disponible. Quelle composition et quelle envergure doit-on envisager pour ces communautés, au regard de la quantité et de la diversité de participants possibles ?
Par Youen Froger, Anthony Roy, François Auger, Salvy Bourguet et Jean-Christophe Olivier (IREENA, Nantes Université) membres du projet FlexTASE
Les communautés d’énergie, en particulier les opérations d’autoconsommation collective, sont identifiées comme un moyen de mettre en relation directe les producteurs et les consommateurs, tout en incitant les consommateurs à adapter leur consommation à la production renouvelable locale disponible. La notion de proximité géographique entre les participants est une caractéristique des communautés, permettant de contribuer à l’équilibre du réseau et de renforcer l’implication des participants. Pour les opérations d’autoconsommation collective, le cadre légal français impose une distance maximale à ne pas dépasser entre les deux participants les plus éloignés (2 km, jusqu’à 20 km dans certains cas). Par ailleurs, face à la hausse des coûts de l’énergie et aux enjeux de décarbonation des usages, de plus en plus de consommateurs sont intéressés pour intégrer ou former une communauté afin de bénéficier d’une électricité décarbonée produite localement, à un tarif attractif. Néanmoins, une communauté avec une quantité élevée (plusieurs dizaines par exemple) de participants – consommateur, producteur ou les deux – peut en complexifier la gestion et diminuer les bénéfices obtenus par chaque participant, en comparaison avec des communautés de plus faible taille.
Ces différents constats amènent plusieurs questions et problématiques. Quelle est la composition optimale d’une communauté en termes de quantité et de caractéristiques de participants ? Pour un ensemble d’acteurs intéressés, est-il préférable de former une seule ou plusieurs communautés ? Faut-il prendre en compte la flexibilité des consommateurs lors de la conception de ces communautés, et si oui, comment ?
Parmi les travaux du projet FLEXTASE, les chercheurs de l’IREENA développent un ensemble de méthodes et d’outils d’aide à la décision permettant d’optimiser la répartition de participants flexibles et non-flexibles parmi plusieurs communautés possibles dans une zone géographique donnée, par exemple un quartier d’une ville. Ces outils fournissent également des préconisations concernant les échanges énergétiques à réaliser et l’utilisation de la flexibilité des différents acteurs.
La flexibilité énergétique
La flexibilité est la possibilité pour un système énergétique de s’adapter aux écarts entre la demande et la production. Elle peut être effectuée par la production ou par la consommation.
La flexibilité sur la production consiste à modifier la puissance produite par les sources, à la hausse ou à la baisse selon le type de source. Le recours au stockage fait également partie des solutions possibles.
La flexibilité sur la consommation s’effectue en décalant ou en supprimant certains usages. Elle peut être soit directe (l’appareil est directement piloté, comme c’est le cas des chauffe-eau), soit indirecte (le consommateur choisit de s’adapter ou non en fonction d’un signal, comme c’est le cas pour les heures pleines et heures creuses), soit mixte (l’utilisateur met à disposition un de ses usages pour qu’il soit planifié de manière optimale en prenant en compte ses contraintes).
Comment optimiser ? Par rapport à quels critères ?
Plusieurs critères peuvent être considérés pour définir la composition optimale d’une communauté ainsi que les échanges d’énergie, par exemple le taux d’autoconsommation, les bénéfices réalisés, et ce au niveau individuel ou au niveau global (l’ensemble des acteurs). Dans ces travaux, deux critères sont considérés et comparés, séparément :
- Le premier critère est la maximisation des gains économiques de tous les acteurs considérés par rapport à la situation initiale sans communauté.
- Le second critère est la maximisation des gains économiques de l’acteur qui en réalise le moins. Ce critère a été choisi afin de limiter les inégalités entre les acteurs.
Afin d’identifier des facteurs d’influence et montrer l’intérêt de la démarche développée, le problème est testé sur un ensemble de cas d’études, générés de manière à couvrir une diversité de quantités et de types d’acteurs ainsi que de situations de flexibilité. Ces cas d’études, fictifs mais plausibles, intègrent des données de consommation des secteurs résidentiel et tertiaire, certaines ayant été collectées et mises à disposition par l’Observatoire de la Transition Énergétique (OTE) dans le cadre du projet (données EtudeELEC).
Les résultats obtenus dans ces travaux montrent que les communautés formées, et les bénéfices économiques qui en découlent, dépendent principalement de la complémentarité entre les acteurs, celle-ci étant influencée par deux facteurs :
- Le premier facteur est l’autoconsommation naturelle, c’est à dire la consommation qui, sans faire usage de la flexibilité, a déjà lieu en même temps que la production. Par exemple, le solaire photovoltaïque produisant durant la journée, il est plus intéressant, du point de vue de l’autoconsommation, qu’il alimente en priorité des entreprises qui consomment durant la journée plutôt que des particuliers qui consomment principalement le matin et le soir.
- Le second facteur est celui de la flexibilité des consommateurs. En effet, répartir les acteurs flexibles entre les différentes communautés permet de maximiser leur impact en augmentant le taux d’autoconsommation (part de l’énergie produite utilisée localement). La quantité de flexibilité disponible pouvant varier au cours de la journée, il est intéressant d’avoir des profils qui sont flexibles lorsque le groupe en a besoin.
Le temps nécessaire à la résolution de ce problème d’optimisation est également étudié afin de montrer la complexité calculatoire des méthodes développées et les limites, en termes de quantités d’acteurs et de données pouvant être traitées. Cet aspect pourrait être considéré dans une étude à plus grande échelle, par exemple pour étudier l’impact d’un développement massif de communautés au niveau national.
L’apport des sciences humaines et sociales
Afin de fonctionner, les outils discutés précédemment nécessitent des modèles comportementaux des participants qui composent les communautés, afin de considérer leurs habitudes de consommation. Dans le cadre de ce travail dédié au développement d’un formalisme d’optimisation, des modèles simples ont été considérés (courbe de consommation totale de chaque consommateur) afin d’être utilisables en pratique et de limiter la complexité calculatoire du problème à résoudre. Une incertitude existe donc sur ces modèles, certains comportements de consommation pouvant être difficiles à prévoir, en particulier sur des effectifs réduits tels que ceux des communautés d’énergie. Le fait d’être membre d’une communauté peut également modifier les habitudes de consommation et être un levier indirect de flexibilité.
Dans le cadre de FlexTASE, des échanges avec des scientifiques du domaine des sciences humaines et sociales et des sciences économiques ont permis de réfléchir au choix des objectifs à considérer, aux facteurs incitant des consommateurs à rejoindre une communauté et à ceux pouvant freiner leur constitution et leur fonctionnement. Le choix d’un critère économique global, tel que celui considéré dans ces travaux pour illustrer la démarche, peut être en contradiction avec les attentes de certains participants, elles-mêmes pouvant être hétérogènes entre les participants, complexifiant d’autant plus la modélisation. Le choix des acteurs auxquels attribuer l’énergie est également important. Il peut constituer un moyen de lutter contre la précarité énergétique. La notion d’équité et certaines contraintes apportées par la flexibilité (charge mentale, fatigue de réponse) sont également des points sur lesquels une collaboration avec les sciences humaines et sociales est souhaitable afin de considérer au mieux ces aspects dans la démarche développée.
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