Énergie intelligente : comment rendre votre maison intelligente et économiser de l'argent ?
Une batterie domestique peut être qualifiée d'"intelligente" parce qu'elle est connectée à une application qui permet au propriétaire de la maison de suivre sa consommation. Mais attendez, et s'il y avait plus ? Voyons comment vous pouvez rendre une batterie plus intelligente en la connectant à des données externes telles que les prix quotidiens de l'énergie et la météo. Cela permet de réduire la pression sur le réseau en diminuant les pics d'utilisation et, en passant à un contrat de tarification dynamique, cela peut également vous faire économiser de l'argent. Dans cet article, nous présentons un système qui permet d'économiser jusqu'à 35 % sur les coûts d'électricité.
Démonstrations
L'outil de simulation décrit dans ce billet peut être utilisé par tout le monde. Rendez-vous sur https://smartenergy.ml6.eu/ pour tester notre outil en effectuant une simulation sur vos propres données.
Intro
Une batterie domestique typique est chargée lorsque le ménage produit plus d'énergie qu'il n'en consomme, par exemple lorsque les panneaux solaires produisent de l'électricité. La batterie est ensuite utilisée lorsque la charge disponible est suffisante pour remplacer la consommation directe du réseau. Nous démontrerons que si vous passez à un contrat de tarification dynamique, vous pouvez économiser de l'argent en chargeant de manière proactive une batterie à partir du réseau à un moment où le coût de l'énergie est faible, au lieu de consommer directement à partir du réseau lorsque les prix de l'énergie sont élevés.
Cet article explique ce qu'est la tarification dynamique, donne un aperçu de la manière dont vous pouvez construire un contrôleur intelligent pour communiquer avec l'onduleur d'une batterie et piloter son comportement, et montre à l'aide d'une simulation comment cette technologie peut permettre d'économiser de l'argent.
Tarification dynamique
Dans plusieurs pays d'Europe, les fournisseurs d'énergie proposent désormais des prix dynamiques sur le marché privé. Pour ce billet, nous nous concentrons sur le marché belge. À partir d'octobre 2022, les principaux fournisseurs d'électricité en Belgique sont légalement tenus de proposer un contrat de tarification dynamique. Les contrats dynamiques sont des contrats où le prix est déterminé par heure. Les prix sont fixés la veille et sont déterminés en fonction des prévisions de production et de consommation d'électricité pour le lendemain. La raison d'être de ce contrat est la transition écologique et l'intermittence des sources d'énergie renouvelables. Ainsi, les particuliers ou les entreprises peuvent adapter leur consommation d'énergie en fonction du prix, ce qui correspond à faire correspondre leur consommation aux périodes de forte production d'électricité à partir du soleil et du vent et/ou de faible consommation. Cela permettra de réduire la pression sur le réseau en diminuant les pics de consommation.
Vous consommez de l'électricité à une certaine heure de la journée ? Vous payez alors le prix de cette heure. Un contrat dynamique n'est possible que si vous disposez d'un compteur numérique. Ce type de contrat est surtout intéressant si vous êtes en mesure d'adapter votre consommation d'électricité en fonction de ces prix. Un exemple classique est la recharge d'une voiture électrique lorsque les prix sont bas ou la recharge d'une batterie domestique (comme expliqué ici). Dans cet article, nous utiliserons un contrat de tarification dynamique d'Engie pour effectuer nos calculs et simulations.
L'analyse des prix au jour le jour à partir de 2022 permet de faire les observations suivantes :
- Environ 1 % du temps, le prix de l'électricité est négatif, ce qui signifie que vous pouvez être payé pour consommer de l'électricité dans ces créneaux horaires spécifiques.
- Le prix le plus bas dans une journée se situe généralement entre 1h00 et 6h00 du matin et entre 12h00 et 16h00 de l'après-midi.
- Le prix moyen au jour le jour pour 2022 est de 25 cents/kWh (hors frais nets et taxes). Le prix moyen payé par ménage avec un contrat variable était de 39 cents/kWh. Ce prix est bien sûr plus élevé parce qu'un ménage typique utilisera plus d'énergie lorsque les prix sont élevés (pendant les moments les plus chargés de la journée).
L'architecture
Vue d'ensemble
Les éléments les plus importants de l'architecture sont les suivants :
- Client de l'onduleur: ce client est chargé de contrôler la batterie, c'est-à-dire de lui dire de se charger ou non à partir du réseau. L'onduleur d'une batterie est le responsable final de la gestion de la charge et de la décharge de la batterie. Vous aurez besoin d'une connexion réelle avec l'onduleur pour pouvoir modifier le comportement en temps réel. C'est la partie la plus difficile, car la connexion dépend de la marque et du type de batterie que vous possédez, et peut donc devenir très personnalisée.
- Home AssistantHome Assistant : il s'agit d'un cadre domotique open source qui peut être utilisé pour rassembler toutes les données en un seul endroit. Il formera la connexion entre tous les différents composants de cette architecture. Il fonctionne avec MQTT pour gérer la communication entre ces composants. Il est également livré avec des intégrations existantes telles que l'intégration d'une API météorologique.
- Contrôleur: le contrôleur décide de l'action à entreprendre par la batterie. Sur la base des données (prix de l'énergie à venir, conditions météorologiques, état de la batterie, consommation actuelle, etc.), il peut décider si le moment est bien choisi pour charger la batterie à partir du réseau ou non. C'est ici que nos algorithmes intelligents décident d'une stratégie de charge optimale pour réduire les coûts.
- Client Entso-e: ce client est chargé de récupérer chaque jour les prix du jour précédent. Les prix du jour précédent peuvent être consultés sur le site web d'Entsoe.
Le client de l'onduleur et le contrôleur seront expliqués plus en détail afin de mieux comprendre le fonctionnement de l'ensemble.
Client de l'onduleur
Les onduleurs font partie de toute installation solaire moderne. Leur fonction principale est de convertir le courant continu (CC) provenant des cellules solaires en courant alternatif (CA) qui peut être utilisé par la plupart des appareils ménagers. Lorsqu'une batterie fait partie du système, l'onduleur est capable de stocker l'énergie qui n'est pas consommée dans la batterie. Inversement, il peut utiliser l'énergie stockée dans la batterie pour alimenter le réseau domestique.
Ce système prend des décisions basées sur la production et la consommation actuelles d'énergie, mais il est possible de l'améliorer en le rendant plus intelligent. Pour ce faire, nous devions être en mesure de faire deux choses :
- Extraire les données : mesures de la production solaire actuelle, de la consommation du réseau, du niveau de la batterie, etc.
- Donner des ordres à l'onduleur : "charger la batterie maintenant à X%", "utiliser l'énergie stockée dans la batterie", etc.
Notre installation de test comprend un onduleur Sofar avec une batterie et des panneaux solaires. Nous avions besoin d'un moyen de communiquer avec ce système et nous sommes tombés sur ce guide pour construire un petit matériel.
Il s'agit essentiellement d'un microcontrôleur relié à l'onduleur et qui utilise le protocole modbus pour communiquer avec l'onduleur. Le microcontrôleur est également connecté à un bus de messages (MQTT) où il peut publier les mesures et écouter les commandes. Cette partie de l'installation dépend du type d'onduleur que vous avez et des méthodes de communication qu'il prend en charge (certains ont le wifi par exemple, ce qui facilite les choses).
Nous avons ensuite écrit un morceau de code chargé de communiquer avec le microcontrôleur (et par extension avec l'onduleur). Ce client onduleur était capable de lire les données publiées par le microcontrôleur et de les mettre à la disposition du contrôleur, tout en écoutant les instructions provenant du microcontrôleur et en les transmettant au microcontrôleur/onduleur.
Il est important de noter que nous ne perturbons pas le fonctionnement de l'onduleur, car cela peut être très dangereux (comme surcharger une batterie). Nous nous contentons de lire les données et de donner des ordres de plus haut niveau qui annulent les décisions prises par défaut par l'onduleur, comme "charger la batterie pendant 15 minutes".
Contrôleur
Le contrôleur est chargé de traiter toutes les données et de prendre une décision concernant la charge de la batterie. Deux contrôleurs ont été mis en œuvre : un contrôleur de base avec une stratégie de charge simple et un contrôleur intelligent qui applique une stratégie d'économie plus dynamique.
Le contrôleur de base n'a qu'une seule règle : charger la batterie entre 1h00 et 6h00 du matin, car c'est historiquement le moment le moins cher de la journée pour charger la batterie. Il est utilisé comme base de comparaison avec le contrôleur intelligent.
Le contrôleur intelligent, quant à lui, prendra en compte deux données pour décider de la stratégie de charge : le pourcentage actuel de la batterie et les moments les moins chers pour la charge dans les heures à venir. Si le niveau de la batterie est faible, il chargera au moment le moins cher des prochaines heures. Plus le niveau de la batterie est élevé, plus le système a la patience de choisir le moment de charge le plus idéal.
Résultats
Afin de calculer l'impact de notre installation, nous avons construit un simulateur car l'installation ne recueillait pas encore suffisamment de données.
Simulation
Vue d'ensemble
Pour tester le bon fonctionnement de l'installation, un simulateur a été inclus qui peut simuler différents scénarios basés sur des données de consommation extraites par 15 minutes à partir d'un compteur intelligent de Fluvius. Les scénarios suivants sont pris en charge :
- Un scénario en l'état calcule le coût de l'électricité d'un ménage sans batterie.
- Un scénario de base qui calcule le coût de l'électricité pour un ménage équipé d'une batterie et d'une stratégie de charge simple.
- Un scénario intelligent qui calcule le coût de l'électricité d'un ménage avec une batterie et une stratégie de charge intelligente où le contrôleur intelligent est utilisé pour piloter la batterie en fonction des prix à venir.
Le simulateur fonctionne avec le même contrôleur et le même client entso-e que ceux utilisés dans notre architecture en temps réel. Un onduleur simulé est mis en œuvre pour simuler l'utilisation de l'énergie en fonction de la consommation et des actions décidées par le contrôleur.
Résultats de la simulation
Un tableau de bord a été créé pour montrer les différents résultats des simulations afin de permettre à l'utilisateur de comparer la consommation d'énergie actuelle avec un scénario dans lequel l'utilisateur dispose d'une batterie intelligente. Nous avons testé notre simulation pour 5 ménages différents avec une batterie de 10 kWh et l'économie moyenne est d'environ 35 %. Il s'agit d'un premier résultat très satisfaisant, mais il devrait bien sûr être validé par des tests de la solution en temps réel et par le passage effectif à un contrat de tarification dynamique.
Vous voulez l'essayer vous-même ? Rendez-vous sur https://smartenergy.ml6.eu/ pour tester notre outil sur vos propres données.
Prochaines étapes
- Actuellement, nous n'avons pas pris en compte l'énergie solaire dans nos contrôleurs et simulations énergétiques.
- Nous pouvons rendre notre contrôleur plus intelligent en prenant en compte les données météorologiques, la consommation actuelle et en prédisant la consommation future.
- Ce projet s'est concentré sur le marché B2C. Nous travaillons également avec des entreprises pour réduire leurs coûts énergétiques en tirant parti de leur flexibilité énergétique sur les marchés d'équilibrage. Vous pouvez nous contacter si vous souhaitez nous en parler.
Que nous réserve l'avenir ?
L'une des difficultés de ce projet a été de trouver tous les détails de la tarification dynamique et de faire une estimation précise des coûts qu'elle engendre. Il s'agit d'une activité assez cachée et peu de fournisseurs d'énergie proposent ce type de contrat. Nous avons beaucoup appris sur les offres actuelles et leurs limites. Engie propose des informations à ce sujet sur son site web, mais jusqu'à récemment, il n'était pas facile de passer à ce contrat. De Standaard mentionne qu'Engie avait moins de 200 clients utilisant ce contrat en 2022. En fin de compte, nous avons une bonne compréhension de la manière dont le marché fonctionne aujourd'hui.
L'un des défis pour l'avenir est que nous ne pouvons pas prédire comment le contrat de tarification dynamique évoluera, en particulier lorsque les prix sont fixés un jour à l'avance sur le marché du jour suivant. Si davantage de ménages adoptent ce contrat, cela peut être très bénéfique car la consommation sera alors mieux adaptée à la capacité du réseau. On s'attend donc à ce que ce type de contrat reste intéressant dans les années à venir. Mais si un trop grand nombre de ménages changent de contrat et adaptent leur consommation, cela pourrait devenir beaucoup moins intéressant, car le prix serait davantage étalé. La plus grande incertitude pour l'avenir est donc de savoir si les fluctuations de prix sur le marché à terme resteront aussi intéressantes qu'elles le sont aujourd'hui. On s'attend toutefois à ce que la flexibilité du côté de la production continue à augmenter et qu'elle dépasse probablement la flexibilité du côté de la consommation dans les années à venir.
Projets de Noël
ML6 effectue des recherches sur les nouvelles technologies émergentes afin d'étudier comment l'IA peut apporter de la valeur au marché. Ce projet de recherche faisait partie de nos projets de Noël. Merci à Matthias Feys, Georges Lorré, Julien Schuermans, James Branigan, Jules Van Reempts et Robbe Sneyders pour leur contribution à ce projet et à ce billet.
Les projets Xmas sont des projets de type hackathon dans lesquels les gens abandonnent leur travail quotidien pendant un certain temps et se réunissent autour d'un intérêt commun pour explorer de nouveaux outils, apprendre la technologie et avoir un impact ! Pour en savoir plus, lisez ce article de blog sur les projets de Noël.