R&D et Internet des objets à RTE

L’après-midi de l’AG Estel 2017, Serge Blumental, directeur de programme à la Direction R&D et Innovation de RTE, est venu faire un exposé sur « R&D et Internet des Objets à RTE». Nous vous proposons, ci-dessous, une vision moins riche, plus simpliste et donc nécessairement moins exacte de sa présentation, disponible sur le site web d’Estel.

I. Comment le mycélium va sauver le réseau de transport … ou les enjeux du réseau de transport en France

L’évolution des soutirages RTE montre depuis le pic de 2008  de 455TWh une tendance à la baisse qui se traduit en 2015 par -17 TWh.  Face à la stabilité attendue des consommations et à la baisse des soutirages sur le réseau de transport :

• Le rôle du réseau de transport évolue
• L’équation tarifaire est déséquilibrée en France
• Il y a des risques de coûts échoués sur les investissements

Les enjeux du réseau de transport en France deviennent ainsi :

Le développement des énergies renouvelables :

•  Leur localisation détermine le besoin d’adaptation du réseau
•  Dé-corrélation des dynamiques de planning
•  Forte volatilité des flux sur le réseau de transport

Articuler/réconcilier trois échelles de territoires

• Montée en puissance des collectivités locales (mix énergétique)
• L’énergie un enjeu réaffirmé de l’Europe : Union de l’énergie
• Les états membres soucieux de leurs prérogatives

Inflation du nombre d’acteurs économiques du système électrique

• Multiplication d’un facteur 1000
• Motivations très diverses : qu’est-ce que le comportement rationnel?
• Fin du dogme de l’optimisation globale

Face à ces enjeux il faut explorer de nouveaux horizons pour rendre agile, réactive, flexible une infrastructure conçue pour des décennies dans un autre contexte énergétique, en s’inspirant de la symbiose mycorisienne, les champignons étant le système nerveux sans lequel la forêt primaire n’aurait pas pu traverser le temps :

• La flexibilité: une ressource essentielle encore chère
• La puissance de calcul, l’algorithmique et les données
• L’observabilité combine les technologies des capteurs et des télécommunications

Notre cible est un réseau de transport hybride qui combine la puissance et le numérique en rajoutant de l’intelligence en courants forts et courants faible à un réseau qui en avait déjà par la protection, la télémesure / télécommande, l’aide à la décision conduite, la connaissance des ouvrages  …:

• Numérisation des postes électriques : nœuds électriques et digitaux
• Monitoring temps réel du réseau et réseau IoT (Internet des Objets) étendu (l’objet de cette présentation)
• Nouveaux modèles de calcul : réduire les marges sans augmenter le risque
• Nouveaux composants faisant appel à l’électronique de puissance  : meilleur contrôle des flux

II. L’internet industriel  RTE : quoi et pourquoi ?

Les 3 piliers de la « nouvelle révolution industrielle » sont le « Big Data », l’ « IoT » et les « Analytics », grâce à l’évolution ces dernières années vers plus de miniaturisation (micro- voire nano-électronique), plus d’intelligence embarquée, moins de consommation d’énergie, donc plus d’autonomie sur batteries,  de nouvelles offres de connectivité réseau, plus de progiciels pour exploiter les gros volumes données, le cloud  une baisse des coûts, le développement d’un écosystème de start-up et PME innovantes.

Mais pourquoi faire ? Quelles sont les perspectives et les leviers de performance qu’on peut en attendre ? Il s’agit d’obtenir des informations supplémentaires, pertinentes, historisées, corrélables, pour l’aide à la décision, en termes de :

• Exploitation -> exploiter notre outil industriel plus près de ses limites, par exemple le Dynamic Line Rating (ampacité)

• Maintenance -> nouvelles méthodes de collecte d’information pour la maintenance conditionnelle, collecte qui peut devenir continue. Ouverture vers la maintenance prédictive grâce à l’expertise et la data science.
• Gestion de la durée de vie -> quel est l’âge réel de nos actifs, en fonction de leur histoire, de leur environnement ? Quels renouvellements sont prioritaires, peuvent être repoussés ?

Le Projet d’entreprise  RTE  « Impulsion & vision » vise à mettre à profit cette dynamique pour coupler les infrastructures électriques et numériques, avec l’objectif d’ici 2030 de déployer du contrôle numérique dans tous les postes RTE et d’équiper par une solution de monitoring 50 % du réseau RTE.

La bonne nouvelle pour 2017 est qu’une partie de l’infrastructure nécessaire est déjà disponible à RTE :

Ceci n’est pas suffisant pour déployer un système industriel pour l’IOT (dont tout le monde parle, mais peu ou pas réellement mis en œuvre), mais c’est l’opportunité de tester très rapidement les usages, les architectures, les organisations, afin de concevoir l’internet industriel de RTE  et d’apporter des éléments de réponse aux « questions structurantes » par des expérimentations rapides mais réalistes :

• Quel urbanisme choisir pour l’intégration de l’I², du Contrôle commande local au SI en passant par les systèmes télécommunication / cloud. Quelles fonctions et où ?
• Quelle(s) architecture(s) technique(s) ? Quels protocoles et standards (voire normes) de communication et d’échange ? Quelle synchronisation ? Peut-on utiliser INUIT ? Des solutions verticalement intégrées ?
• Quel niveau de sécurité, et comment l’atteindre ?
• Gouvernance des données : Quels formats (échanges, stockage) ? Stockage dans le cloud et/ou dans le SI de RTE ? Comment corréler les données I² avec les autres données (patrimoine, téléconduite,…)
• Comment gérer le parc, matériel et connectivité, de l’I² ? Supervision des systèmes de capteurs, passerelles, connexions,… Faire / faire faire, domaines de responsabilité associés ?
• Quels impacts sur les outils et méthodes de conduite ?
• Quel outil industriel de maintenance : accès en poste, en centralisé, fonctions de base, intégration de fonctions avancées postes électriques « sur étagère » ?
• Qu’achète-t-on ? Que déploie-t-on ? Comment ?
• Etudier et choisir les cas d’usage prioritaires, les déploiements prioritaires, les méthodes de travail, politiques d’achat, de déploiement...
• Quels impacts sur les métiers ?

III. Au centre comme toujours : les télécommunication (extraits d’une présentation IoT de Pauline GENY de la Direction Technique d’Enedis)

Quelques sigles utiles :

• IoT, Internet des objets, Connecte des objets à d’autres objets, des applications, des humains. En 2016 5,5 millions de nouveaux objets connectés par jour, 6,4 milliards au total.
• M2M , Machine to Machine, Connecte des objets entre eux.
• LTN = Low Throughput Network, LPWAN = Low Power Wide Area Network Réseaux radio bas débit qui connectent des objets à : Bas débit, Faible consommation, Longue Portée

Tout réseau de télécommunications peut être utilisé pour connecter des objets mais la véritable rupture des 5 dernières années est l’apparition et le déploiement des réseaux radio LPWAN pour la connexion des capteurs M2M qui se caractérisent par une longue portée (40km) une basse consommation d’où une grande autonomie sur piles (jusqu’à 10 ans avec une pile 1 A/h), une forte sensibilité des récepteurs d’où une bonne couverture y compris « indoor » et un faible coût réseau et d’abonnement (10€/an/capteur ?). L’économie d’énergie est obtenue notamment par la coupure des circuits d’émission / réception dès la fin de la transmission.

L’opportunité pour les électriciens est l’instrumentation avec des capteurs connectés de tout équipement / ouvrage pour l’exploitation ou la maintenance dans des conditions technico économique inatteignables avec les méthodes traditionnelles.

En France deux offres issues de startups sont disponibles et utilisables, le faible coût (160€) et la facilité d’installation des relais permettant un déploiement rapide. 5000 antennes procurent une bonne couverture de la France métropolitaine dans la bande libre de 868 MHz :

Sigfox : en bande étroite, canal de 100Hz, 100bps, messages de 12 octets émis 3 fois vers 3 points hauts sur 3 fréquences. La sécurisation offerte en base est minimale.

LoRA : en étalement de spectre, 300 à 5500 bps, plus énergivore mais disposant de base d’une sécurisation évoluée. Pour la petite histoire le brevet fondateur de la technique d’étalement de spectre par saut de fréquence a été déposé en 1941 par une grande star de l’époque d’or de Hollywood, Hedy Lamarr, pour la robustesse du radioguidage des torpilles. La méthode Lamarr est utilisée par tous les réseaux radio modernes civils et militaires, dont le GSM, le GPS, le WiFi....

L’effort de normalisation au 3GPP verra peut être les LPWAN aller dans le giron des opérateurs télécom par évolution logicielle des technologies existantes 2G GPRS et/ou LTE 4G ou 5G.

Enedis préconise l’utilisation pour ses usages industriels de réseaux télécom en propre pour des objets critiques et des réseaux opérés bas coûts pour les autres objets. Exemples possibles d’utilisation : Détecteurs de défaut HTA, Capteur d’inondation, Poteau connecté, Parafoudre connecté, Détecteur de vibration, Suivi GPS de matériel, Groupe électrogène connecté, Capteur de température, Ouverture de porte.

IV.  « Dans la soute, les capteurs »

Le concours RTE ouvert à tous « REI réseau électrique intelligent 2015 »  a fait appel à des solutions innovantes devant contribuer à un ou plusieurs des domaines d’application suivants :

1. Capter des grandeurs et phénomènes physiques du réseau électriques et de son environnement,
2. Traiter des mesures et les transformer en données exploitables, à valeur ajoutée pour RTR,
3. Transmettre des données issues de capteurs installés sur tous types d’ouvrages du réseau électriques (postes, liaisons aériennes ou souterraines)
4. Adapter les composantes du monitoring aux contraintes et à l’environnement du réseau électrique
5. Alimenter en énergie les capteurs et autres composants de la chaîne de monitoring

Il a conduit au montage d’un démonstrateur « bac à sable », localisé dans la région sud-ouest (Lot-Et-Garonne), constitué de 4 expérimentations :

• INTESENS               Instrumentation d’un conducteur de liaison aérienne
• HIKOB                    Station météo installable sur un pylône ou dans un poste
• SENSeOR              Sectionneurs, transformateurs de puissance
• VISUEL CONCEPT (2017)                A préciser (domaine poste électrique)

Certains capteurs innovants utilisés sont du type « à la mode » passif sans alimentation : ils sont « éclairés » par un dispositif scrutateur (émetteur radio ou laser, caméra IR, …) situé à distance de l’ouvrage (BI) qui peut lire en retour la grandeur surveillée (température, position, ...) obtenue par un processus physique (piezzo, déformation géométrique …) avec le capteur. Les réseaux de collecte utilisés sont LoRA, Sigfox, Inuit …. L’installation des capteurs est compatible avec les travaux sous tension.

La présentation complète :