The coordination between TSO and DSO in the context of energy transition - A review

Cet article examine les schémas de coordination entre les gestionnaires de réseau de transport et de distribution (TSO/DSO) dans le cadre de la transition énergétique, en analysant leurs avantages, leurs défis et leur rôle dans l'exploitation des ressources de flexibilité pour assurer l'équilibre et la stabilité du réseau.

L'essentiel

🌍 Le Grand Chantier Énergétique : Qui gère le trafic ?

Imaginez que notre réseau électrique est une énorme autoroute (le réseau de transport, géré par le TSO) qui se connecte à des rues de quartier (le réseau de distribution, géré par le DSO).

Aujourd'hui, nous passons des voitures à essence (pétrole) aux vélos électriques et aux trottinettes (énergies renouvelables comme le solaire et l'éolien). C'est super pour la planète, mais ça crée un gros problème de circulation :

• Parfois, il y a trop de vélos qui arrivent en même temps dans un quartier (encombrement).
• Parfois, il n'y a pas assez de vélos pour faire avancer la ville (déséquilibre).

Le problème ? Le chef de l'autoroute (TSO) et le chef du quartier (DSO) travaillent souvent séparément, comme si l'un ne voyait pas ce que fait l'autre. Ce papier explique comment les faire travailler ensemble pour éviter les embouteillages et les pannes.

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🤝 Le Problème : Deux chefs qui ne se parlent pas

Avant, le TSO gérait les gros câbles et le DSO les petits. Mais aujourd'hui, les "vélos" (les panneaux solaires sur les toits, les batteries de voisins) sont partout dans les quartiers.

Si le TSO demande à un quartier de produire plus d'électricité pour équilibrer le réseau, mais que le DSO ne le sait pas, cela peut créer un embouteillage dans les rues du quartier. C'est comme si le chef de l'autoroute demandait à tout le monde de rouler à 100 km/h, alors que les rues du quartier ne supportent que 30 km/h.

L'objectif du papier : Trouver la meilleure façon pour le TSO et le DSO de se tenir la main, de partager les infos et d'utiliser la flexibilité des voisins (qui peuvent allumer ou éteindre leur chauffage, par exemple) pour que tout le monde circule bien.

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🧩 Les Différentes Stratégies (Les "Plans de Trafic")

Les auteurs ont passé en revue plusieurs façons de faire travailler ces deux chefs ensemble. Voici les plus courantes, expliquées simplement :

1. Le Chef Unique (Centralisé) : Le TSO prend tout le contrôle. Il commande directement aux vélos du quartier.

   • Avantage : Simple pour le quartier.
   • Inconvénient : Le TSO est débordé ! Il ne connaît pas bien les petites rues, donc il risque de créer des embouteillages par erreur. C'est comme si le chef de l'autoroute essayait de gérer chaque feu tricolore du quartier.

2. Le Chef Local (Décentralisé) : Le DSO gère son quartier d'abord. S'il a de la place, il envoie le surplus au TSO.

   • Avantage : Le quartier est bien géré.
   • Inconvénient : Le TSO n'a pas assez de vélos pour gérer les gros problèmes de l'autoroute.

3. Le Marché Commun (L'idée géniale) : On crée une place de marché unique. Le TSO, le DSO et les voisins (les fournisseurs d'énergie) négocient ensemble.

   • Comment ça marche ? C'est comme un groupe d'achat. Si le TSO a besoin d'énergie, il l'achète au meilleur prix, mais le DSO dit : "Attention, dans ma rue, on ne peut pas en prendre plus de X".
   • Résultat : Tout le monde gagne, les embouteillages sont évités, et l'énergie est utilisée là où elle est la plus utile.

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🇳🇱 L'Exemple des Pays-Bas : Un nouveau système de "Feux Tricolores"

Le papier propose un scénario concret pour les Pays-Bas, comme un nouveau code de la route.

Imaginez un processus en trois étapes pour valider un "vélo électrique" (une source d'énergie) avant de l'utiliser :

1. La Pré-qualification (Le permis de conduire) :
   Avant qu'un voisin puisse vendre son électricité, il doit prouver qu'il est fiable.

   • Sans coordination : Le TSO vérifie tout seul.
   • Avec coordination : Le DSO vérifie d'abord : "Est-ce que ce vélo va casser mes routes ?". Si oui, il valide. Si non, il dit "Non". Ensuite, le TSO valide le reste. C'est un travail d'équipe.

2. L'Offre (La mise aux enchères) :
   Le TSO demande de l'énergie. Il regarde qui propose le meilleur prix.

   • Le problème actuel : Il achète à qui veut, sans vérifier si ça va encombrer le quartier.
   • La solution proposée : Avant de valider l'achat, le TSO envoie la liste au DSO. Le DSO fait un calcul rapide : "Si on active ce vélo, ça va bloquer la rue". Il dit alors : "Ok, mais on ne peut en prendre que 15 MW au lieu de 20". Le TSO ajuste son ordre.

3. L'Activation (Le feu vert) :
   Quand le TSO donne l'ordre d'augmenter la production, le DSO surveille en temps réel. Si la rue commence à chauffer, le DSO alerte le TSO pour qu'il ralentisse.

L'analogie finale :
C'est comme si le chef de l'autoroute et le chef du quartier avaient un téléphone direct. Avant de lancer une course de vélos, ils vérifient ensemble si les rues sont assez larges. Si le chef du quartier dit "Non, il y a des travaux", le chef de l'autoroute change son itinéraire instantanément.

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💡 En Résumé : Pourquoi c'est important ?

Ce papier nous dit que pour réussir la transition verte (moins de pétrole, plus de soleil et de vent), il ne suffit pas de poser des panneaux solaires. Il faut organiser la circulation.

• Le défi : Les réseaux sont devenus complexes et incertains.
• La solution : Faire travailler ensemble le TSO et le DSO, partager les données en temps réel et créer des marchés communs.
• Le but : Avoir un système électrique qui est sûr (pas de pannes), efficace (moins cher) et propre (plus de fossiles).

En gros, c'est passer d'une situation où chacun joue dans son coin, à une situation où l'on joue tous dans la même équipe pour que la ville fonctionne parfaitement ! 🚲⚡🏙️

Résumé technique

Voici un résumé technique détaillé de l'article « The coordination between TSO and DSO in the context of energy transition - A review », rédigé en français.

1. Problématique

La transition énergétique, visant à réduire la dépendance aux combustibles fossiles et les émissions de CO2, entraîne une pénétration massive des Énergies Renouvelables Distribuées (DER) dans les réseaux de distribution. Cela crée des défis techniques majeurs pour les gestionnaires de réseau :

• Complexité d'intégration : Les réseaux de transport (gérés par le TSO) et de distribution (gérés par le DSO) sont physiquement connectés mais opèrent séparément, ce qui crée des silos d'information.
• Gestion de la flexibilité : L'utilisation de la flexibilité fournie par les DER pour l'équilibrage du système et la gestion des congestions nécessite une coordination accrue.
• Risques d'incoordination : Sans coordination, l'activation de services de flexibilité par le TSO et le DSO peut se faire dans des directions opposées, aggravant les congestions ou créant des déséquilibres, tout en augmentant les coûts opérationnels.
• Barrières actuelles : Les infrastructures de communication (ICT) sont souvent inadéquates, et les DSO manquent de capacité à accéder aux ressources de flexibilité locales pour résoudre les problèmes de leur réseau.

2. Méthodologie

L'article adopte une approche de revue systématique de la littérature et d'analyse comparative :

• Revue de littérature : Analyse des bases de données (ScienceDirect, IEEE Xplore) et des rapports d'organisations internationales (ENTSO-E, IRENA, etc.) en utilisant des mots-clés liés à la coordination TSO-DSO et à la flexibilité distribuée.
• Analyse des projets pilotes : Étude de cas de projets européens majeurs (SmartNet, CoordiNet, INTERRFACE, GOPACS, etc.) pour identifier les schémas de coordination réels et leurs résultats.
• Classification et comparaison : Élaboration d'une typologie des schémas de coordination (CS) basée sur la conception du marché, les procédures opérationnelles et l'échange de données.
• Modélisation de scénario : Proposition d'un schéma de coordination hybride spécifique au marché néerlandais, illustré par des diagrammes de séquence pour les processus de préqualification, d'offre et d'activation.

3. Contributions Clés

L'article apporte plusieurs contributions techniques et conceptuelles :

• Classification des Schémas de Coordination (CS) : Identification et analyse de six modèles principaux, allant du modèle centralisé (géré par le TSO) au modèle de marché intégré, en passant par des modèles hybrides et fragmentés.
• Analyse Avantages/Inconvénients : Évaluation détaillée de chaque schéma (Tableau I) concernant :
  • La sécurité du système.
  • Les coûts opérationnels et d'investissement.
  • Le rôle et la charge de calcul du DSO.
  • La gestion des conflits d'intérêts.
• Spécification des Échanges de Données : Définition des besoins en données (flux de puissance, prévisions, données de tarification, activation de services) et de la nécessité d'interfaces standardisées pour garantir l'intégrité des données sans transférer la responsabilité de la métrologie.
• Proposition d'un Modèle Hybride pour les Pays-Bas : Conception d'un processus de coordination spécifique pour le marché de l'équilibrage (aFRR/mFRR) aux Pays-Bas, intégrant le DSO dans le processus de préqualification et de validation des offres avant activation.

4. Résultats et Analyse

• Prédominance des modèles décentralisés : La littérature et les projets pilotes montrent une forte préférence pour les modèles décentralisés (>90% de la recherche), car les modèles centralisés imposent des charges de calcul et des exigences de communication trop lourdes pour le TSO.
• Efficacité des modèles hybrides : Les résultats des projets pilotes (SmartNet, CoordiNet) indiquent qu'aucune solution unique ne convient à tous. Le choix dépend de la topologie du réseau et des caractéristiques nationales. Cependant, les modèles hybrides (où le TSO et le DSO gèrent leurs marchés respectifs mais avec validation croisée) semblent offrir le meilleur compromis entre respect des contraintes du réseau de distribution et optimisation des coûts globaux.
• Impact de la coordination sur la congestion : L'étude de cas montre que sans coordination, l'activation d'un bid de 20 MW par le TSO peut causer une congestion sur une ligne de distribution si le DSO active simultanément des mesures de rééquilibrage dans la même zone. Avec coordination (validation des limites par le DSO avant l'offre), la congestion est évitée, réduisant les coûts totaux.
• Rôle du DSO : Le DSO doit passer d'un rôle passif à un rôle actif, notamment dans la préqualification des actifs DER et la validation des offres de flexibilité pour s'assurer qu'elles ne violent pas les contraintes locales.

5. Signification et Perspectives

• Optimisation du système global : Une coordination efficace permet de maximiser l'utilisation des ressources de flexibilité distribuées, de réduire les coûts d'exploitation et de différer les investissements dans le renforcement du réseau.
• Sécurité et Fiabilité : L'échange de données en temps réel (ou quasi réel) entre TSO et DSO est crucial pour prévenir les congestions et assurer la stabilité du réseau face à la variabilité des énergies renouvelables.
• Nécessité d'un marché de flexibilité local : L'article plaide pour la création d'un marché de flexibilité commun où le TSO, les DSO et les tiers peuvent accéder aux ressources, avec une participation active des DSO.
• Travaux futurs : Les auteurs soulignent le besoin de quantifier les impacts de la coordination sur les réseaux de transport et de distribution dans des scénarios futurs, ainsi que le développement de normes internationales de sécurité des données et de protocoles de communication harmonisés.

En conclusion, cet article établit que la transition énergétique ne peut réussir sans une refonte profonde de l'interaction entre les opérateurs de transport et de distribution, passant d'une gestion silotée à une coordination dynamique et intégrée pour exploiter pleinement la flexibilité distribuée.