La conduite en temps réel

d’un réseau : le fichier des usagers Le contrôle informatique en temps réel via la facturation et même la télémesure permet de mieux connaître la demande et par conséquent de fournir des données précieuses pour la planification de la construction et de l’entretien. Nous parlerons alors degestion des flux.

Ce contrôle permet d’augmenter la fiabilité de la prestation fournie, de minimiser les pertes de distri-bution et d’optimiser l’usage des ressources et des installations de transformation et stockage. Pour Figure 5.6 : Structuration des informations en base de

données des usagers à Neuchâtel.

réduire les pointes de demande, il est usuel de cou-per les chauffages électriques ou les lave-linges élec-triques quelques heures par jour. L’électronique décentralisée permet d’obtenir les même effets, mais de manière plus souple pour le gestionnaire et plus nuancée pour l’utilisateur; il s’agit alors d’une gestion centrée sur l’usager ougestion optimale.

La comparaison de l’état mesuré d’un réseau à l’état simulé par un modèle de calcul permet en outre de mieux connaître les flux dans le réseau et par consé-quent les réserves de capacité ou les insuffisances locales. Par ailleurs, le bouclage des réseaux permet

Figure 5.7 : Relation entre la puissance de base et la puissance journalière de pointe.

de retarder les extensions planifiées des infrastruc-tures, augmentant ainsi la rentabilité de l’existant sans risque excessif de perturbation. Un résultat comparable peut être obtenu grâce à lagestion pré-visionnelle des niveaux de température ou de pres-sion dans un réseau.

Gestion des flux

La gestion intégrée des réseaux requiert donc la constitution du fichier des usagers.

Ce fichier existe, au moins sous forme embryonnaire, dans l’ensemble des services distributeurs d’électricité, d’eau et de gaz : c’est le fichier des compteurs, qui permet leur gestion et celui des abonnés, utilisé pour la facturation des consommations. Celui-ci a été parmi les premiers fichiers à être traité à l’aide d’outils informatiques.

Mais le fichier des usagers, dans une forme étendue, doit permettre la définition géographique de la demande actuelle et potentielle. A l’appui de cette extension nécessaire, la figure 5.6. présente un concept de fichier d’usagers tel que défini à Neuchâtel en 1988.

La base de données des usagers est construite autour d’une colonne vertébrale constituée d’un ensemble de rue, construction et cellules (appartements, magasins). Cette colonne est commune à l’ensemble des services communaux (PTT, police, urbanisme). Au niveau des services industriels, les installations d’usager sont rattachées à la cellule dans laquelle elles se trouvent. Un fichier des personnes, tenu à jour par la police des habitants, est lié aux différents éléments de la colonne vertébrale par des liens de propriété, d’habitat ou d’abonnement.

La mise en œuvre de cette banque de données centralisée se révèle d’un usage assez lourd. Ceci tient aux limitations d’accès (protection de la sphère privée) et au fait que la base est gérée par un grand nombre de services divers dont les priorités diffèrent. Une décentralisation des informations au niveau des services paraît préférable pour des communes de taille inférieure.

Le fichier des usagers, celui des objets ou objectifs et celui des réseaux constituent la base de l’informatisation des réseaux (figure 5.1).

Cette structure d’informations peut être complétée par des programmes de traitement :

Figure 5.8 : Gestion du réseau de chauffage à distance centrée sur l’usager.

– La facturation des consommations et l’établissement de statistiques basés sur le fichier des usagers.

– Les calculs de capacité (simulation de flux physiques) et la gestion en temps réel, qui intègre les données relatives aux usagers et aux réseaux.

– Le dessin et la mise à jour des plans de réseaux, sur la base des modifications induites par les objets.

Tant les fichiers de données que les programmes de calcul sont communs à plusieurs entités constituant un service de distribution (figure 5.3). Il est donc nécessaire de leur donner une structure qui les rendent accessibles aisément. Ceci peut présenter des difficultés, dans la mesure où, dans les structures existant actuellement, la fragmentation des données s’accompagne souvent d’habitudes de travail propres à chaque entité.

Gestion optimale

Pour éviter une ingérence des services publics chez l’usager, ceux-ci sont en général tenus de mettre à disposition en permanence une réserve de débit, pression ou température permettant de faire face à toute demande potentielle. Le principe est corrigé par l’introduction de tarifs différenciés, de contacts d’interruptibilité ou de télédélestage du chauffage notamment. Cette réserve de puissance induit des pertes de pompage, des déversements d’eau ou le non-usage des capacités de stockage du réseau de gaz par exemple. Or dans le cas de réseaux de distribution, une part très importante des coûts est liée à l’amortissement des investissements, indépendamment de l’usage fait. Toute action qui permet de décharger le réseau lors des pointes contribuera ainsi à réduire le coût global (figure 5.7).

Dans ce sens, pour éviter de fournir des prestations qui ne sont ni requises ni perçues, il importe de déterminer au niveau de l’usager le moteur de la demande. En matière d’eau, les usagers auront besoin selon le cas de débits, de pressions ou de qualités spécifiques. Assurer à chacun le plus grand commun multiple pourrait coûter trop cher. En matière de gaz, le fait de vendre un niveau de con-fort et non une quantité d’énergie permet de mieux bénéficier des progrès techniques. Par exemple l’analyse continue des consommations permet au distributeur de détecter des anomalies de régulation ou d’optimiser la mise en marche du chauffage à la mi-saison. Le fait d’inclure ce service dans le prix de vente du kWh permet de réduire la consommation d’énergie et les émissions dans l’environnement

Figure 5.9 : Schématique traditionnelle d’un réseau CAD.

Figure 5.10 : Schématique du réseau CAD de la figure 5.9 adaptée au calcul hydraulique et théorique du réseau permettant une gestion prévisionnelle à l’aide de modèle de demande.

sans qu’il en coûte à l’usager, qui maintiendra le montant de sa facture mais avec une réduction du nombre de kWh. Notons que le programme de la Confédération «Energie 2000» prévoit pour le chauf-fage cette substitution de l’énergie par l’information en autorisant le propriétaire à reporter les frais de gestion optimale sur le locataire. La voie est ainsi ouverte à une extension de ces concepts aux autres réseaux.

Actuellement, plusieurs entreprises mettent sur le marché des systèmes de régulation du chauffage où chaque usager peut requérir un niveau de tem-pérature adapté à son activité dans la journée et cela pièce par pièce.

La figure 5.8 représente un schéma de chauffage à distance qui peut décrire chaque cellule des bâti-ments, permettant ainsi de suivre le cheminement de l’énergie, de la production jusqu’à l’usager, qui joue le rôle qu’il aurait dû toujours jouer: le rôle central.

Gestion optimale et prévisionnelle

La plupart des réseaux disposent de plusieurs sources d’approvisionnement; les sources et les pompages pour l’eau, l’achat, le stockage ou la production pour le gaz. Lorsque le gaz est associé à des usagers interruptibles, à du chauffage à distance ou est relayé par du mazout lors des pointes de demande ou lors de modifications tarifaires, le niveau de variété du système augmente. Et plus le niveau du système est élevé, plus grandes sont les possibilités d’optimisation.

Chaque producteur a des caractéristiques spéci-fiques de coûts liés aux tarifs, à la structure des frais d’exploitation ou aux délais de mise en marche.

Ainsi l’ordre dans lequel les diverses ressources sont mises en jeu aura un effet sensible sur les coûts globaux, et l’ensemble des composants doit être connu dans l’optique d’une gestion dynamique.

La figure 5.9 illustre le cas de La Chaux-de-Fonds (CRIDOR) dont l’usine d’incinération alimente le chauffage urbain. De nuit, les usagers ferment leur chauffage et l’énergie produite à CRIDOR est perdue; le lendemain, il faut effectuer la relance matinale avec du gaz.

Un concept de gestion prévisionnelle en cours de mise en œuvre, faisant référence à une schématique plus adaptée aux traitements informatiques et recourant au dialogue avec l’usager, permettra des économies substantielles (figure 5.10).

Au-delà de la gestion optimale, il est possible de mettre sur pied des concepts de gestion prévision-nelle. Ainsi dans un système à pressions contrô-lables, il est possible de monter la pression pour anticiper sur les pointes de demande en utilisant le réseau comme stock. De manière analogue, en fin de pointe de demande, si les modèles de demande ont été calibrés avec précision, il est possible de lais-ser baislais-ser la pression dans des limites pré-établies.

A titre d’exemple, la figure 5.11 représente les puis-sances moyennes journalières avec des pointes de courtes durées qu’il est possible de réduire sur la base d’un modèle de consommation et de prévision météorologique à court terme.

De manière semblable, un modèle de consomma-tion d’eau tenant compte de l’effet de pluviométrie et des habitudes des usagers peut être généré. En matière de consommation d’électricité, les études entreprises ont permis de montrer que la courbe de

Figure 5.11 : Consommation moyenne de gaz; chauffage à distance de Martigny.

charge peut être reconstruite à l’aide de courbes élé-mentaires relatives à chaque type de prestation (figure 5.13). En matière d’eau, la démarche sem-blable peut être corrélée avec les prévisions météo-rologiques de manière à minimiser les pompages et les déversements. On peut envisager de même que le débit des fontaines soit variable en fonction du coût marginal de l’eau.

De manière générale, nous pouvons identifier les fonctions de régulation suivantes :

– fonctions manuelles, vannes, fontaines, pompes;

– fonctions réflexes, visant à maintenir un seuil donné, tel que niveau d’eau, pression ou débit;

– consigne synchronique, fonction réflexe dont le seuil peut varier en fonction du temps ou à l’aide d’horloges;

– automate programmable. En fonction de l’expé-rience acquise, l’automate procède au contrôle de l’installation sur la base d’algorithmes fixes utilisant les fonctions de plus bas niveau;

– automate expert. Le fait de combiner plusieurs informations telles queles prévisions d’un modè-le de demande et de prévisions météorologiques en tenant compte des expériences faites et des comportements observés, conduit à des systèmes experts fonctionnant avec ou sans intermédiaire de l’opérateur.

Toutefois, cette progression doit se faire en s’assu-rant qu’une panne des organes de contrôle de haut niveau laisse le système en fonction, simplement de manière moins efficace.

La gestion optimale et prévisionnelle utilise le fichier des réseaux, c’est-à-dire la description des caracté-ristiques physiques de tous les composants du réseau. Nous avons vu que l’application du modèle inverse permet de déterminer, sur la base de simu-lations, les caractéristiques du réseau. Mais la manière la plus simple de procéder consiste à consi-gner dès le début les informations sur les compo-sants du réseau contenues dans le fichier des objets.

Le gain de chaque niveau dépend du type de réseau, mais de manière générale ces procédures permettent de :

– limiter les pertes et puissances auxiliaires;

– maximiser la prestation fournie pour une infra-structure donnée;

– augmenter à long terme la fiabilité des systèmes.

Figure 5.12 : Vues superposables d’un système urbain.

Figure. 5.13 : Utilisation des courbes de charge pour la mesure des consommations des procédés.

Chaque conduite décrite dans le fichier des réseaux aura alors plusieurs espaces de coordonnées, soit : – X,Y : emplacement géométrique dans l’espace, – Xo, Yo : schématique de fonctionnement, – P(xyz) : coupes et projections des conduites.

La figure 5.12 illustre quatre aspects de la même conduite dans les schémas, cadastre, plans direc-teur ou photo aérienne.

Partant de cette réflexion, nous pouvons admettre que chaque service ou institution devra gérer la description de son réseau avec son squelette et les connexions de cette infrastructure. Le système fédéral de coordonnées est en fait une interface suffisante pour permettre la superposition précise et sans équivoque des données géographiques.

Réseau intelligent

A la limite, il est possible d’envisager de constituer un réseau intelligent, c’est-à-dire un réseau qui contrôle et optimise son fonctionnement à l’aide de mesures en temps réel et puisse agir en fonction de l’expérience acquise. Dans le cadre d’une étude du réseau de gaz de Neuchâtel, des tests ont permis de mettre sur pied un modèle du réseau. Celui-ci com-prend des alimentations en haute pression et des réseaux basse pression et basse pression améliorée fortement imbriqués. La figure 5.15. décrit la structure globale du réseau. Sur la base du plan des conduites (figure 5.2), il a été possible de schéma-tiser de manière simple l’un des réseaux (figure 5.5).

Chacune des conduites numérotées alimente des branchements privés, collectifs ou individuels.

Chaque branchement peut être mis en relation avec la banque des usagers pour contrôler les consommations à la date des relevés. La topologie du réseau permet de suivre les flux de demande de chaque usager jusqu’à la haute pression.

Le réseau physique peut être représenté par un réseau d’éléments finis mettant en relation les dé-bits dans les conduites et les variations des potentiels ou pression aux nœuds (figure 5.14).

Notons que ces modèles physiques du réseau utili-sés en modèle inverse permettent de déterminer les caractéristiques de section, longueur ou rugosité des conduites en corrélant des mesures ponctuelles de débit et de pression avec des actions sur le réseau, telle que l’ouverture à une fréquence don-née des vannes d’un usager de demande uniforme.

Figure 5.14 : Découpage d’un réseau en éléments finis afin de calculer tout type de réseau.

L’ensemble des senseurs de pression et débit et des actuateurs couplés à un ordinateur programmé pour optimiser la production et anticiper les demandes constitue un réseau intelligent qui peut être programmé pour détecter des anomalies et fonctionner à un haut niveau d’optimisation.

En élargissant cette notion, dans un analogue comme celui du secteur routier, la banque de don-nées devra finalement pouvoir utiliser les comp-tages des détecteurs des feux tricolores, mesurer la pollution et détourner le trafic pour tenir compte de celle-ci (figure 5.16).