La transition énergétique mondiale impose de repenser nos systèmes électriques. Le secteur résidentiel, plus d’un tiers de la consommation électrique française, joue un rôle clé dans cette mutation. En parallèle, le développement rapide du photovoltaïque résidentiel transforme les foyers en producteurs d’énergie, créant le besoin de solutions intelligentes pour intégrer au mieux cette production aux réseaux. Le projet de « démonstrateur multi-échelle » lancé par le CEA vise à développer un système de gestion de l'énergie optimisé, afin de maximiser l’autoconsommation, réduire les consommations et minimiser le coût de l’énergie.
Accélérer la transition énergétique grâce au secteur résidentiel et aux technologies innovantes
Publié le 30/01/2025
Les objectifs de transition énergétique à l’échelle mondiale, et notamment européenne, nous demandent de repenser notre système énergétique, et tout particulièrement le système électrique. Cette transition s’accélère, poussée par une baisse continue des coûts des EnR et une volonté de baisse de la dépendance aux énergies fossiles. Les usages électriques évoluent avec de nouveaux types de consommateurs, une plus grande efficacité et une maitrise des consommations.
Le secteur résidentiel représente plus d’un tiers de la consommation électrique française avec pour principaux postes de consommation d'électricité les systèmes de chauffage et d'eau chaude sanitaire, les gros appareils électroménagers, le multimédia, sans oublier la recharge de véhicule électrique amenée à se développer.
Dans le même temps, les énergies renouvelables se développent vite, et cette tendance est particulièrement vraie pour le photovoltaïque résidentiel, ainsi que sur le segment commercial et industriel en autoconsommation. En France, on compte environ 1 million de systèmes solaires résidentiels fin 2024 pour quasiment 4 GW de puissance installée, dont 650 000 systèmes en autoconsommation (avec contrat de vente du surplus) pour 2,5 GW. Toutefois, seulement environ 2,6 % des foyers français sont équipés contre plus de 7,5 % pour l’Allemagne et ses 3 millions de systèmes.
La marge de développement reste donc importante en France et en Allemagne comme l’illustrent les exemples de la Belgique et des Pays-Bas avec respectivement plus de 16 % et plus de 19 % des foyers équipés fin 2022.
Cet essor s’accompagne de nouveaux usages comme l’autoconsommation et l’autoproduction grâce au pilotage des charges, le stockage ou encore bientôt, la possibilité d’utiliser la batterie du véhicule électrique de façon bidirectionnelle. Important consommateur, le secteur résidentiel est donc amené à être également un important producteur d’électricité et ainsi une pierre angulaire de la transition du système électrique.
C’est une profonde transformation qui va impacter de plus en plus nos réseaux électriques, notamment le maillon local de distribution.
Il convient d’anticiper et d’accompagner cette transformation du système électrique afin d’en exploiter tous les potentiels et bénéfices économiques et sociétaux.
Nous avons lancé en 2024 un programme de trois ans pour mettre en œuvre le projet « démonstrateur multi échelle ». Ce projet consiste à développer un système de gestion de l'énergie (EMS) évolutif permettant le déploiement, l'essai et l'analyse des performances à différentes échelles de démonstration et topologie de communautés d’énergie: Résidentiel, Quartiers et centres Commerciaux et Industriels (C&I).
Ce système de gestion optimisée de l’énergie (EMS) a pour objectif de :
- Réduire la consommation énergétique en consommant mieux : programmer son chauffage pour un meilleur confort, optimiser l’éclairage, couper la veille de ses appareils électriques… ;
- Maximiser l’autoconsommation en décalant ses charges pour favoriser la consommation d’une énergie renouvelable produite localement ;
- Minimiser la facture d’énergie en décalant des consommations aux heures où l’électricité est moins chère.
2024 a permis la conception et la mise en œuvre de la partie physique de ce projet de démonstration à l’échelle résidentielle avec l’une des maisons de notre plateforme expérimentale équipée de:
- 6 kWc de production photovoltaïque en toiture et façade ;
- batterie de 10 kWh couplée avec un onduleur de 10 kW ;
- borne de recharge bidirectionnelle « made in CEA », compatible avec le protocole CHAdeMO, et testée sur un véhicule électrique;
- système d’Eau Chaude Sanitaire électrique ;
- 6 convecteurs électriques pour le chauffage ;
- volets électriques ;
- émulateur de profil de charge des gros appareils électroménagers (par exemple : lave-vaisselle et lave-linge) ;
L’ensemble des éléments est orchestré par un système de monitoring et de pilotage utilisant des protocoles de communications standards, connecté à un EMS développé par le CEA via une solution domotique open source.
Tout est en place pour 2025 où nous nous concentrerons sur la mise en œuvre d'une plateforme numérique qui nous permettra de mettre au point l’EMS optimisé pour répondre aux objectifs, de le déployer puis de le tester sur notre plateforme expérimentale à l'échelle résidentielle.
Figure 1 : Plateforme expérimentale à l’échelle résidentielle, maison de la plateforme expérimentale en Béton Banché (I-BB)
Figure 2 : Solution V2G « made in CEA » compatible avec le protocole CHAdeMO
Figure 3 : Solution V2G testée avec succès sur une NISSAN LEAF en mode Grid to Vehicle (G2V) et en mode Vehicle to Grid (V2G)
