Alimenter l’Inde en énergie électrique au moyen d’un réseau prêt pour l’avenir

À la suite d’une période de croissance impressionnante et continue, le réseau électrique de l’Inde est devenu l’un des plus importants au monde. Ce pays a fait d’énormes progrès en matière d’accès à l’électricité et a entrepris des réformes ambitieuses et inspirantes visant à améliorer l’abordabilité, la sécurité et la durabilité (par exemple, l’utilisation accrue de l’énergie solaire). Et ce qui est peut-être encore plus impressionnant, c’est que l’Inde a mis sur pied un réseau national synchronisé unique pour desservir la nation entière.

Le premier ministre indien a lancé un appel passionné aux 1,3 milliard de citoyens du pays, leur demandant d’éteindre leurs lumières et d’allumer des bougies pendant neuf minutes à 21 h le 5 avril 2020. Cet événement était un geste symbolique visant à démontrer la détermination et l’engagement de la nation à combattre la pandémie par la lumière et l’espoir. Cependant, l’événement constituait un énorme défi pour les exploitants de réseaux électriques du pays. Avec moins de 48 heures d’avis, comment les réseaux pourraient-ils supporter une telle variation de la charge? Conformément à l’appel du premier ministre, la population a répondu avec enthousiasme à l’événement « Neuf minutes à 21 h », dans tout le pays.

Nous avons invité des dirigeants d’entreprises qui exploitent des réseaux en Inde à faire connaître leurs points de vue : Mme Seema Gupta, directrice des opérations de Power Grid Corporation of India Limited (PGCIL), propriétaire de plus de la moitié du réseau de transport indien, et M. KVS Baba, président et directeur général de Power System Operation Corporation Limited (POSOCO), responsable de l’exploitation en temps réel du réseau. Dans des entretiens distincts, ils ont parlé de la mise sur pied du réseau national et de la puissance de la technologie, et ont expliqué comment ils ont réussi à maintenir la stabilité du réseau pendant cet événement hors de l’ordinaire.

Q. PGCIL et POSOCO ont toutes deux joué un rôle clé dans la réussite de la mission « Une nation – un réseau – une fréquence » de l’Inde. Quelle est la taille de votre réseau et quels sont les défis que vous devez relever?

Seema Gupta (S.G.), PGCIL : Le réseau électrique indien est l’un des réseaux de transport synchrones les plus étendus au monde. Il compte 163 000 km de lignes de transport, assez pour faire treize fois le tour de la Terre à l’équateur, ainsi que 248 sous-stations. PGCIL a déterminé que la capacité de transformation du réseau était d’environ 4 120 000 MVA. Le rôle de PGCIL, propriétaire des installations, consiste à planifier, à exécuter et à posséder et à entretenir des liaisons de transport haute tension partout au pays.

L’état du réseau est très différent de ce qu’il était il y a deux ou trois décennies, alors qu’il était composé de cinq réseaux régionaux connectés par des liaisons haute tension à courant continu dos à dos ayant une capacité de transport limitée. Des liaisons haute tension en courant alternatif interrégionales ont été installées pour l’interconnexion et la synchronisation progressives des réseaux régionaux à ceux de la dernière région (la région Sud), qui a été ajoutée au réseau le 31 décembre 2013, ce qui a constitué l’aboutissement de la mission « Une nation – un réseau – une fréquence ». Tous les réseaux régionaux étant synchronisés, le pays est désormais en meilleure posture pour tirer parti de l’optimisation de ressources hautement distribuées.

L’interconnexion de régions aussi dispersées géographiquement comporte des défis particuliers, comme le transport efficace de l’électricité des régions riches en ressources vers des régions à charge élevée. La mise en place de liaisons en courant alternatif très haute tension (EHVAC - 765 kV) et de liaisons en courant continu haute tension (HVDC — 800 kV), capables de transporter une plus grande quantité d’énergie, a permis de relever ce défi. Dorénavant, nous installerons des liaisons à tension plus élevée pour répondre aux besoins croissants en matière de transport d’électricité. En outre, PGCIL a investi dans la technologie HVDC basée sur un convertisseur de source de tension (VSC). Une première liaison de ce type devrait être mise en service d’ici 2021.

M. KVS Baba (KVS Baba), POSOCO : POSOCO a pour responsabilités d’exploiter le réseau électrique indien, de gérer le transport inter-états de l’électricité vers les services publics du pays et d’exploiter le marché de l’électricité du pays en coordonnant des milliers d’entités pour équilibrer la demande et produire de l’énergie en tout temps. Le réseau électrique de l’Inde a une capacité de production de plus de 370 GW et la demande de pointe la plus élevée est d’environ 182 GW. 

La technologie a été un élément clé du fonctionnement fiable du réseau national. Grâce à la visualisation et à la connaissance de la situation que permet le système SCADA/SGE d’avant-garde dans les centres de répartition de la charge régionaux et nationaux, les exploitants ont pu analyser les conditions en temps réel, détecter rapidement les problèmes de réseau et établir de meilleurs diagnostics. De plus, cela leur a permis de mettre en œuvre et d’évaluer plus efficacement les mesures correctives pour assurer la fiabilité du système.

Q. L’Inde possède d’énormes ressources d’énergies renouvelables, notamment éoliennes et solaires. Comment PGCIL peut-elle intégrer ces nouvelles énergies au réseau, tout en améliorant les aspects environnementaux et la résistance du réseau?

S.G. : Au cours des dix dernières années, la proportion de l’énergie renouvelable dans notre production a triplé, passant de 7 % en 2008 à environ 21 % en 2019. On prévoit que d’ici 2022, la capacité de production d’énergie renouvelable du réseau sera accrue d’environ 175 GW et que l’Inde sera le troisième plus grand producteur d’énergie renouvelable au monde, après la Chine et les États-Unis. Pour une intégration plus poussée de l’énergie renouvelable au réseau de transport, PGCIL a créé des couloirs d’énergie verte pour acheminer l’énergie. De plus, onze REMC (Renewable Energy Management Centres ou centres de gestion des énergies renouvelables) ont été mis en place dans toutes les régions du pays pour prévoir des volumes d’énergie renouvelable. En outre, un ensemble de systèmes de transport flexible en courant alternatif (FACTS) comprenant des compensateurs synchrones statiques (STATCOM) et des compensateurs statiques (SVC) a été installé à différents nœuds pour prévenir et réduire la déviation de puissance réactive dans le réseau.  

Q. Alors que l’Inde réalise son potentiel en énergies renouvelables, quelles difficultés POSOCO doit-elle résoudre pour une intégration plus poussée de ces énergies?

KVS Baba : La production d’énergies éolienne et solaire a en effet augmenté régulièrement au cours des dernières années. L’année dernière (2019) par exemple, la production d’énergie éolienne a augmenté d’environ 5 %, pour atteindre 65 TWh, tandis que celle de l’énergie solaire a grimpé de 28 % pour s’élever maintenant à 50 TWh. La pénétration combinée des énergies éolienne et solaire devrait atteindre 35 % d’ici 2030, ce qui risque de compliquer la tâche des exploitants de réseaux. La pénétration à grande échelle de la production d’énergie renouvelable accroît l’incertitude et la volatilité, ce qui peut déstabiliser le réseau à cause d’une baisse de l’inertie et réduire la visibilité et le contrôle des ressources hors réseau. En outre, la prévision et la planification quotidiennes de plus de 7,5 GW d’énergies renouvelables au niveau inter-états par les RLDC (Regional Load Despatch Centers) (centres régionaux de répartition de la charge) se sont avérées difficiles. Pour surmonter ces nombreuses difficultés, nous avons tiré parti, parallèlement à d’autres mesures, de la souplesse des éléments HDVC pour mieux intégrer les énergies renouvelables au réseau.

Onze REMC, colocalisés avec des SLDC (State Load Despatch Centres) (centres de répartition de la charge appartenant aux États) à Tamil Nadu, Karnataka, Andhra Pradesh, Maharashtra, Madhya Pradesh, Gujarat et Rajasthan, les RLDC à Bengaluru, Mumbai et New Delhi et le NLDC (National Load Despatch Centre) (centre national de répartition de la charge), à Delhi, ont été mis en service en février 2020. À l’heure actuelle, 55 GW d’énergies renouvelables (solaire et éolienne) sont gérés par les onze REMC. Les REMC sont utilisés comme des systèmes de gestion des énergies renouvelables dédiés pour faciliter l’exploitation sûre et sécurisée du réseau dans la zone de responsabilité. Les REMC contrôlent la production d’énergie renouvelable à l’aide d’un outil de prévision et de planification et d’un système de surveillance en temps réel, ce qui permet d’exploiter l’ensemble du réseau de manière sûre, sécurisée et optimale.

Q. Après avoir mis en place un réseau national unique et assuré la connectivité avec les réseaux des pays voisins, comment l’Inde peut-elle jouer un rôle clé dans la création d’un réseau régional transnational?

S.G. : Au cours des dernières années, l’Inde a mis en œuvre plusieurs liaisons transnationales avec le Bangladesh, le Bhoutan et le Népal, créant ainsi une capacité de transfert transfrontalier d’énergie d’environ 5 GW. D’autres liaisons devraient être établies plus tard. L’interconnexion est une excellente solution, compte tenu des différences horaires entre les régions; les pays qui sont en période creuse peuvent ainsi alimenter ceux qui sont en périodes de pointe. Cela mènera éventuellement à une utilisation plus rationnelle des ressources et renforcera la sécurité énergétique.

Par exemple, en raison de la position de l’Inde entre l’Asie du Sud-Est et l’Asie centrale, son réseau électrique peut faire le pont entre ces régions et contribuer à la formation d’un réseau transasiatique. Toutefois, pour tirer parti d’une telle possibilité, il faut gérer les défis géopolitiques en adoptant une approche collaborative.

Q. Selon vous, comment les technologies numériques et la gestion des installations peuvent-elles faciliter la tâche des éléments opérationnels tels que le flux d’énergie en temps réel, le contrôle et la protection?

KVS Baba : Un accès plus étendu aux services numériques a entraîné principalement une utilisation plus intensive des données que nous sommes en mesure d’exploiter pour exécuter efficacement nos tâches essentielles, c’est-à-dire l’exploitation en temps réel, la surveillance du marché, la planification et la prévision. De nouveaux produits et de nouveaux services, tels que les marchés en temps réel, lancés le 1er juin 2020, et le National Open Access Registry (registre national libre d’accès), en cours d’élaboration, peuvent maintenant être offerts grâce aux grandes quantités de données produites par le marché indien de l’électricité. Le 1er avril 2019, POSOCO a mis en œuvre le projet pilote Security Constrained Economic Despatch (répartition économique basée sur les contraintes de sécurité). Des moteurs de solutions robustes, résilients et autoréparables, mis au point à l’interne, sont activés toutes les 15 minutes. Ces moteurs établissent le calendrier optimal pour plus de 60 postes de production d’énergie inter-états d’une capacité de 60 GW, qui fonctionnent sans intervention humaine, ce qui permet d’obtenir une réduction importante du coût global de production.

Q. Dans le même ordre d’idées, selon PGCIL, quelles sont les grandes étapes de la numérisation de bout en bout pour la connexion avec le système en temps réel?

S.G. : PGCIL a créé un NTAMC (National Transmission Asset Management Centre) (centre national de gestion des installations de transport) à Manesar, qui sert de centre d’exploitation centralisée à distance. Parmi les technologies clés intégrées dans le cadre du projet de NTAMC figurent l’accessibilité à distance des systèmes de protection des sous-stations, le système d’analyse automatique des défaillances pour l’analyse en temps réel des données de défaillance et le système de surveillance vidéo des sous-stations. En ce qui concerne la grille numérique, PGCIL a mis en œuvre la dernière automatisation fondée sur le « bus de procédé », qui ouvre la voie aux sous-stations numériques et à la numérisation de bout en bout. En outre, l’emploi de technologies numériques comme l’intelligence artificielle, l’apprentissage machine et les jumeaux numériques simplifieraient l’exploitation des éléments vitaux du réseau grâce à leur fonctionnement en mode autonome.

Q. Au bout du compte, le but est de fournir du courant en tout temps, même dans les régions les plus reculées. Quels types de collaboration, de technologies et de gestion de l’exploitation POSOCO mettra-t-elle en œuvre pour atteindre ce but?

KVS Baba  : Pour que toutes les régions soient alimentées en électricité en tout temps, il faut mettre de l’avant une approche totalement intégrée. Cette approche commence avec le forum des répartiteurs de charge, un forum de coordination pour les centres de répartition nationaux, régionaux et des États où les meilleures pratiques sont partagées et où l’on discute de divers aspects comme la mise en œuvre adéquate des codes et des normes de réseau à tous les niveaux. Sur le plan opérationnel, chaque niveau devrait transmettre ses prévisions de demande au niveau supérieur, qui utilise ces données pour préparer ses propres prévisions de la demande. Dans cette optique, la mise en place d’unités de mesure de vecteurs de phase à partir du niveau de distribution faciliterait les évaluations en temps réel à tous les niveaux.  

Q. Comment comptez-vous produire de l’électricité en tout temps dans tout le pays, compte tenu des difficultés soulevées par diverses tendances, comme les énergies renouvelables, les véhicules électriques et les centres de données?

S.G. : Pour composer avec la nature imprévisible des nouvelles tendances énergétiques, nous préconisons une approche en trois étapes : accélérer l’adoption de la technologie, utiliser des outils de prévision avancés et tirer parti du potentiel des systèmes de stockage d’énergie dans des batteries (BESS) tout en décentralisant le réseau unifié de manière à former plusieurs microréseaux. Ces microréseaux peuvent être individuels, mais en les regroupant, nous pouvons créer un réseau unique dynamique. De plus, ces microréseaux aideraient les régions éloignées à répondre localement à leur demande d’électricité. Ainsi, le réseau centralisé deviendrait décentralisé, tout en fonctionnant comme un réseau unique.

Q. Comment protégez-vous installations au moyen de la cybersécurité?

KVS Baba : La protection des fonctions et des données essentielles nécessite des compétences uniques en matière de sécurité cyberphysique et des outils évolués comme l’analyse des métadonnées pour détecter et contrer des attaques dès le début de la chaîne de destruction de l’attaquant. Pour répondre efficacement aux cybermenaces, il faut disposer de dispositifs intelligents et d’un réseau de communication robuste pour fournir les données nécessaires au moment opportun. Éventuellement, des services infonuagiques pourraient être nécessaires pour augmenter les capacités d’un centre d’opérations de sécurité intégré. Il est certain qu’à l’avenir, la certification en matière de cybersécurité jouera un rôle encore plus important dans l’évaluation de nos fournisseurs.

S.G. : Nous avons adopté une approche collaborative de la cybersécurité, de type « les gens d’abord », en travaillant avec de multiples intervenants pour obtenir le meilleur résultat possible pour tous ceux qui sont associés à notre réseau. Nous avons déjà obtenu la certification ISO 27001. Pour éliminer les vulnérabilités techniques, nous avons fait appel à des équipes d’intervention en cas d’urgence informatique (CERT) et à des experts pour appliquer des mesures correctives. En outre, nous travaillons avec les organismes gouvernementaux concernés pour satisfaire aux exigences réglementaires. Parallèlement, nous travaillons de concert avec des fabricants d’équipements d’origine (OEM) pour être collectivement responsables de la sécurité du réseau, en incitant et en habilitant nos partenaires à améliorer continuellement leurs processus internes et à accroître la sensibilisation à la cybersécurité.

Q. Enfin, félicitations pour la gestion efficace de la vigile « Neuf minutes à 21 h » pour souligner la solidarité face à la COVID-19. En plus de la planification coordonnée, quelles sont les caractéristiques et les technologies de réseau qui vous ont aidés à gérer cet événement?

S.G. : Cet événement au cours duquel nous avons tous éteint les lumières nous a permis de faire face tous ensemble à cette pandémie. La situation était vraiment unique, en raison de la chute rapide et de la montée soudaine de la demande, quand les gens ont éteint puis rallumé leurs lumières. Afin de nous préparer à cet événement unique, nous avons effectué des exercices de simulation un jour à l’avance pour pouvoir réagir rapidement à toute éventualité. Grâce à cet événement, nous nous sentons maintenant plus sûrs de pouvoir réagir à des imprévus de même nature. L’intégration des systèmes de transport flexibles en courant alternatif (FACTS - SVC et STATCOM), des systèmes de gestion de zone étendue (WAMS) et des unités de mesure de vecteurs de phase (PMU) partout au pays a considérablement accru notre confiance dans la capacité du réseau indien à gérer les variations de la demande de grande amplitude.

KVS Baba : Tout d’abord, merci pour ces aimables paroles. Je suis extrêmement heureux et fier que l’événement se soit déroulé sans compromettre la stabilité du réseau. Il s’agissait en fait d’une combinaison de plusieurs éléments. Au moment de l’événement « Neuf minutes à 21 h », la charge supportée par le réseau électrique indien a diminué puis s’est accrue de 31 000 MW en seulement quelques minutes. Il s’agit d’un événement sans précédent dans l’histoire des réseaux d’alimentation électrique dans le monde. La variation de la demande enregistrée pendant l’événement a été de l’ordre de 4 000 MW par minute, soit près de 20 fois les variations quotidiennes normales. Il est important de mentionner que les générateurs hydroélectriques souples ont fourni environ 70 % de la puissance progressivement requise pendant l’événement. L’événement a été géré avec succès par toutes les parties prenantes du secteur de la production d’électricité, grâce à une planification et à des préparatifs minutieux ainsi qu’à une coordination étroite. La souplesse des ressources de production, comme l’énergie hydraulique, le gaz et le charbon, ainsi que des installations de transport, comme les dispositifs HVDC et STATCOM, a été exploitée au maximum.

Tournés vers l’avenir…

Selon Brookings India et Bloomberg New Energy Finance, la demande en électricité de l’Inde devrait presque tripler d’ici 2040. Nous devons donc continuer à investir dans les infrastructures en faisant preuve de détermination et de dynamisme. En outre, le pays s’efforce toujours d’atteindre des objectifs de croissance ambitieux en matière d’énergies renouvelables afin de créer une offre énergétique globale. Et ce qui est particulièrement impressionnant, c’est la façon dont l’Inde a simultanément développé et amélioré son réseau pour en faire un outil essentiel, sans nuire à sa fiabilité.

L’événement « Neuf minutes à 21 h » s’est déroulé sans problème, ce qui démontre clairement que l’Inde réussit à intégrer des technologies de pointe et à prévoir les besoins futurs pour s’assurer que ses installations seront prêtes à y répondre. Sur le plan mondial, cette approche éprouvée et durable permettra à l’Inde de jouer un rôle central dans la mise en œuvre des réseaux régionaux interconnectés. 

Mme Seema Gupta (S.G.)

PGCIL

« L’avenir du réseau réside dans l’adoption de nouvelles technologies, comme l’analyse de données importantes pour la maintenance prédictive, les technologies d’intelligence artificielle, l’utilisation de la robotique ainsi que des applications de réalité virtuelle et augmentée pour améliorer l’exploitation et la maintenance du réseau de transport. »

M. KVS Baba (KVS Baba)

POSOCO

« La prévision de la demande et de la production (y compris les énergies renouvelables) fait partie des secteurs de pointe pour gérer les incertitudes. POSOCO concentre ses efforts sur l’amélioration de la résilience du réseau et la création d’un réseau autoréparateur pouvant s’adapter aux catastrophes naturelles et aux changements climatiques. »

Sources

1.     Brookings India (octobre 2018). The future of Indian Electricity Demand (l’avenir de la demande d’électricité en Inde). https://www.brookings.edu/wp-content/uploads/2018/10/The-future-of-Indian-electricity-demand.pdf

2.     Bloomberg New Energy Finance (2019). New Energy Outlook 2019 (nouvelles perspectives en matière d’énergie – 2019)