Archives mensuelles : octobre 2018

Elements d’un projet EMS

Un projet EMS est d’abord un projet informatique, il convient donc de respecter pour ce type de projets les démarches et jalons classiques du recueil des besoins à la recette. Ceci dit, au vu de l’architecture et de la nature d’un EMS, ces quelques lignes attirent l’attention sur quelques spécificités des projets EMS auquelles il est important de faire attention.

Les éléments d’un projet EMS

L’étude d’un projet EMS doit prendre en compte :

  • La mise en place des appareils et équipements intelligents pour remonter l’information.

  • L’eventuel interfaçage avec l’existant.

  • La fourniture des contrôleurs locaux, leure installation et leure maintenance.

  • La mise à disposition du serveur central:

    • Soit la fourniture, installation et maintenance sur l’intranet de l’entreprise.

    • Soit l’abonnement pour l’accès au serveur central sur le cloud.

  • La connexion réseau pour accéder au serveur central ou internet si le serveur central est chez le fournissuer EMS.

  • La connexion locale entre appareils intelligents et les controlleurs locaux (installation du réseau filaire ou sans fil, étude de la qualité du courant porteur …).

Les risques projet spécifiques à l’EMS

Tout d’abord, il faut analyser l’impact sur la continuité d’activité, surtoût quand le système ne fait pas que de la collecte passive d’information  :

  • Que se passe-t-il si le serveur central ne répond plus ou en cas de coupure de connexion? 

  • Que se passe-t-il si le controlleur local est en panne ?

Dans ces deux cas, il faut s’assurer que l’on peut continuer à travailler même si l’utilisation de l’énergie n’est pas optimisée. Un mode dégradé « hors connexion » doit donc être en place.

Ensuite il faut penser à la réversibilité : à quel point mon activité devient dépendante du fournisseur, quel impact si le fournisseur venait à arrêter son offre :

  • Pourrais-je continuer à travailler? 

  • L’offre est-elle assez ouverte pour basculer chez un autre ? 

  • Que dois-je refaire dans ce cas ? Juste le serveur central  ? Rempalcer les contrôleurs ? Racheter aussi tous les capteurs mis en place ?

La réversibilité mérite d’être étudiée non seulement pour maîtriser le risque d’arrêt d’activité du fournisseur mais surtoût pour éviter trop de dépendance vis à vis du fournisseur. Il faut en effet privilégier les offres ouvertes et se méfier des offres intentionellement « opaques ».

Enfin il y a le risque de sécurité :

  • Sécurité des données: quand les données sont remontées sur le serveur du fournisseur. Si les données sont sensibles, s’assurer qu’elles sont stockées et utilisées dans de bonnes conditions.

  • Sécurité physique: la possibilité que le système soit piraté et quel impact cela a. Il faut donc s’assurer que les protocoles d’échange sont sécurisés et authentifiés et s’assurer que le fournisseur propose aussi, dans le cadre de sa maintenance la mise à jour des composants (surtout les contrôleurs locaux) pour corriger les failles de sécurité.

Architecture technique d’un Système EMS

L'objectif d'un EMS est d'optimiser l'utilisation d'énergie de systèmes phyisques, un EMS est donc toujours une brique logicielle qui doit interagir avec le monde réel pour former un  "cyber-phyisical-system". Dans ce type de systèmes l'interaction entre le logique et physique se fait à travers deux types d'interfaces : les capteurs et les actuateurs. Les premiers remontent une information (ex. consommation instantannée d'énergie) à partir d'un objet physique vers un programme, Les seconds appliquent physiquement les consignes d'un programme (ex. arrêter / mettre en marche un climatiseur).

Les capteurs et actuateurs sont déployés directements à l'endroit ou le processus phyisque se produit. Pour permettre une contrôle centralisé, les capteurs vont remonter l'information jusqu'à un système central qui va collecter, croiser et analyser les informations, calculer un fonctionnement optimal et renvoyer aux actuateurs des commandes pour optimiser le fonctionnement. 

EMS une application Internet of Things

 

Plusieurs approches sont possibles pour ce type de systèmes, les plus modèrnes vont se baser sur une architecture IoT (internet of things). La gestion des données se fait alors sur le cloud et l'échange de données avec le système central passe par le réseau IP: internet ou intranet.

Concrêtement, il un serveur central doit être installé soit sur le site de l'entreprise soit sur le site du fournisseur (dans le cloud) et sur le terrain : 

  • soit des appareils intelligents, capables d'échanger des informations et des commandes avec le cloud (machines industrielle, équipement "nativement" intelligent, smartphones …)

  • soit des "add-on" permettant d'observer et contrôler les appareils existants. Les plus simples étant par exemple les prises et interrupteurs connectés et les compteurs intélligents.

  • soit, des postes de saisie (un smartphone par exemple). Un opérateur relève alors les informations terrain et reçois les instructions via ce poste.

Optimisation de coût et performace

Dana les systèmes IoT, il est possible que l'appareil intélligent se connecte directement au serveur, mais il s'agit d'un cas très rare : l'électronique pour se connecter à internet coute cher, sans compter l'éventuel abonnement internet sans fil et les risques de sécurité. La reference est donc la mise en place d'un controllereur local (edge controller). Il s'agit d'un boitier, installé sur site, connecté à internet pour échanger avec le serveur central et connecté aux appareils intelligents par des connexions moins coûteuses (blutooth, zigbee, courant porteur …). Ce boitier est en général fourni par le fournisseur de solution EMS et fonctionne en boite noire : l'entreprise n'a pas besoin de l'administrer. Dans des déploiement très larges, plusieurs controlleurs locaux sont mis en place. Parfois, une simple application sur une tablette ou smartphone peut jouer ce rôle.

L'edge-controller permet aussi de jouer plus actif dans un système de contrôle hierarchique, mais le besoin d'une telle fonction est rare pour les applications EMS. 

Et le SCADA ?

Le SCADA (ou Supervisory Control And Data Acquision) est un système qui s'est développé à partir des années 60 et qui a permis, avec les moyens de l'époque, de superviser et contrôler de façons centralisée des usines, des infrastructures, et plus tard, des batiments. Le SCADA a l'avantage et les défauts du "first-mover" : il est en effet  largement déployé, fiable et mature mais en même temps pas assez ouvert: les systèmes SCADA ne sont pas faciles à intégrer avec d'autres applications. 

On pourrait techniquement créer un EMS autour d'un SCADA, mais il y a tellement d'écarts entre les deux types de systèmes qu'il faut bien étudier avant de faire ce choix. Il faut notamment penser à :

  • L'historisation des données : Il faudrait mettre en place une historisation à long terme des données: un EMS doit permettre une analyse sur le long terme, le SCADA est d'abord conçu pour superviser et contrôler en temps réel. 

  • Les IHM d'analyse : les IHM SCADA ne sont pas construites pour de l'analyse à long terme, il faut donc prévoir la construction d'IHM spécifiques permettant d'exploiter les données historiques.

  • Généraliser l'accès aux données : Il faut aussi prendre en compte qu'un logiciel EMS n'est pas sensé être exploité uniquement depuis un "centre de contrôle" mais partout en entreprise : la direction financière pour contrôler ses factures, la direction technique pour détecter les dérives techniques, et tous les employés en général pour adopter un comportement moins énergivore.

  • Étendre le déploiement SCADA : un SCADA n'étant pas déployé pour optimiser l'utilisation de l'énergie, il faut aussi à des niveau plus bas ajouter de nouveaux capteurs et contrôleurs et les interfacer avec le SCADA pour remonter la bonne information, d'autant plus la gestion d'énergie ne concerne pas que l'usine mais tout les points de consommation y compris les bureaux, les entrepôts …

Construire un EMS basé sur SCADA serait techniquement possible mais il nécessite un effort de développement tel qu'il est souvent plus judicieux d'utiliser un EMS conçu autour d'une architecutre IoT et éventuellement l'interfacer avec le SCADA existant.

Comment utiliser son logiciel de gestion d’energie pour : maitriser sa facture électrique, l’optimiser puis saisir les nouvelles opportunites

La mise en oeuvre d'un logiciel de gestion d'energie (EMS) a pour but d'optimiser l'utilisation de l'énergie et mieux réagir à sa facture électrique.  Qu'entend-t-on par "optimiser l'utilisation de l'énergie" ? Pour répondre, nous avons distingué 3 niveaux : Comprendre et maîtriser sa facture, Optimiser sa consommation et enfin saisir les nouvelles opportunités. Pour chaque niveau nous détaillons les fonctions clé du logiciel EMS qui permettent de l'atteindre.

Le niveau 0 : Comprendre et maîtriser sa facture 

Les producteurs et distributeurs d'énergie ont besoin d'optimiser leur production et et effacer les pics de consommation. Pour cela, la facture énergétique se complexifie de plus en plus pour inciter les consommateurs à optimiser et adapter leur utilisation de l'énergie. Dans se contexte se posent alors des questions importantes :

  • Ma facture est-elle juste ?

  • Quel contrat ou fournisseur sera le meilleur pour mon besoin ? 

Mettre en oeuvre un EMS capable d'enregistrer l'historique détaillé de l'utilisation de l'énergie au sein de l'organisation permet de répondre à ces questions. 

En effet, l'enregistrement heure par heure de la consommation permet de vérifier les pics de consommations et ses caractéristiques et permet ainsi de valider la facture. 

De plus, le nombre de fournisseurs et de types de contrats de fourniture d'énergie se diversifient. Choisir le bon fournisseur et le bon contrat devient crucial. Pour cela il faut pouvoir prédire les paramètres de tarification proposés dans le contrat : pic de puissance, quantité et heure de consommation, dépassement de puissance souscrite, puissance réactive consommée …. Un EMS fournissant des courbes de charges au quart d'heure avec les caractéristiques nécessaires permet de simuler ces contrats sur l'historique de consommation pour faire le choix le plus optimal. 

Le niveau 1 : Améliorer sa performance énergétique

Qu'est ce qui explique tel ou tel pic de coût ? Puis-je le décaler ? Comment éviter tel dépassement de puissance souscrite ?

Certains EMS permettent de remonter des courbes de charge désagrégées, ainsi, site par site, atelier par atelier, voir machine par machine, l'industriel peut suivre la consommation d'énergie et comprendre ce qui a causé un pic de charge. A partir de cette analyse, il peut agir pour l'éviter. En effet, de gros coûts pourraient être évités en décalant des productions ou en ordonnançant autrement le travail.

En plus les EMS qui remontent l'information en temps réel et qui ont des règles d'alerte push, permettent d'avertir de l'atteinte de certains seuils pour permettre de façon pro-active de mener des actions d'optimisation.

Enfin, les EMS les plus avancés ayant une fonction d'actuation,  agissent eux même sur les sources de consommation pour optimiser l'usage de l'énergie. Il peuvent ainsi modifier la température de consigne d'une climatisation, adapter la cadence d'une machine, ou encore mettre en veille un serveur de façon automatique pour réduire le gaspillage et effacer les pics.

Le niveau 3 : Saisir les nouvelles opportunités

L'énergie est un secteur d'avenir, bien connaitre et maîtriser son profil de consommation est alors clé pour pouvoir saisir les nouvelles opportunités qui s'ouvrent.

Tout d'abord, l'ouverture à la concurrence de la production de l'énergie permet de trouver de nouveaux fournisseurs et négocier de nouveaux contrats. Connaitre avec précision quand et combien d'énergie mon entreprise consomme est donc clé pour un sourcing optimisé.

Par la suite, l'accès aux marchés spot d'énergie s'ouvre de plus en plus, là aussi, un EMS capable de rapidement adapter son profil de consommation permet un optimisation de l'achat de l'énergie.

Enfin, l'intégration des énergies intermittente augmente le besoin en services auxiliaires d'effacement, cela consiste à offrire une prime en contre partie de la baisse de consommation dans une periode de pique donnée. Souvent, la contre partie est une pénalité très couteuse si l'engagement n'est pas respecté. Là aussi, connaitre sa consommation dans le détail et pouvoir la maîtriser à tout moment permet de prendre de tels engagements et saisir de telles opportunités.

Bien entendu, certaines de ces opportunités sont encore embryonnaires, ou tributaires d'une évolution sociale et réglementaire encore longue, mais la machine est en marche et profiter de ce délais pour mettre en place les outils pour maitriser son utilisation de l'énergie permet de prendre un avantage compétitif.

Gestion d’énergie en entreprise, au delà de payer sa facture : savoir y réagir

La production électrique prends une part de plus en plus importante dans le mix énergétique mondial comme énergie finale au moment même où il devient nécessaire aux producteurs d'abandonner des sources classiques pour des sources plus propres et durables. Dans ce contexte, il devient nécessaire d'impliquer les consommateurs industriels et privés pour maintenir l'équilibre la production/consommation. Cela se traduit par le signal-prix, ou plus simplement dit, à travers la facture d'électricité. 

Le but n'est pas de payer plus, mais de consommer plus intelligemment

Quand on crée des heures de pointe où le prix du KWh est plus cher, l'objectif du producteur n'est pas de faire payer plus le consommateur mais plutôt de l'inciter à déplacer sa consommation d'énergie à un autre heure. Ainsi un tarif plus élevé à 20h devrais inciter un industriel à faire son soudage en journée et montage en soirée, ou un bureau d'étude à éteindre le chauffage électrique hors heures de bureau.

Une production plus difficile à contrôler

L'intégration des renouvelables est inéluctable, et cela vient avec des challenges nouveaux pour le producteurs dont :

  • L'augmentation de l'intermittence : la production va ainsi varier en fonction des conditions climatiques : en fonction du vent ou de la densité de nuages, une éolienne ou un panneau photovoltaïque ne produiront pas autant.

  • La réduction de la contrôlabilité : Autant il y a "un bouton qu'on peut tourner" pour faire produire à une centrale au gaz plus ou moins. Il n'y a pas de bouton pour faire plus de soleil ou plus de vent. Le sources renouvelables sont donc moins contrôlables que les sources classique.

Dans ce contexte, le stockage massif est une option option pour maintenir l'équilibre production/consommation, l'idée serait de stocker la surproduction d'électricité pour la réinjecter dans le réseau quand la production ne couvre plus le besoin. Au vu des technologies disponibles aujourd'hui, cette option a un coût financier et surtout écologique très élevé. 

Une consommation plus active nécessaire

Il devient donc important d'impliquer le consommateur dans l'équilibre production/consommation. Cela commence par l'inciter (financièrement) à adapter sa consommation. Par exemple en retardant l'utilisation de certaines machines à des heures creuses. 

Au delà, le consommateur est aussi invité à participer à l'effort de production, par exemple en mettant en place ses propres panneaux photovoltaïques pour produire une partie de son besoin. 

Nous ne sommes donc plus dans un modèle où un producteur produit de l'électricité et la revends mais bien dans un modèle où le consommateur est aussi appelé à réagir de façon proactive au contexte de production et adapter son organisation de travail en fonction de ce contexte. 

Une démarche de gestion d'énergie nécessaire

De plus en plus, la facture électrique se complexifie, de plus en plus aussi les contraintes légales et fiscales liées à l'émission de CO2 s'intensifient, et de plus en plus des nouvelles opportunités liés à l'ouverture des marchés spot de l'électricité et aux services auxiliaires s'ouvrent. 

Un industriel se doit donc de maîtriser l'aspect énergétique de ces processus et d'intégrer ce volet dans ses décisions. De la même manière qu'une direction financière analyse l'aspect financier et une direction technique maîtrise les aspects techniques, une organisation doit être mise en oeuvre pour gérer l'aspect énergétiques et les démarche de gestion d'énergie (EMS) sont là pour l'aider à mettre cela en place.

Energy Management Systems, logiciels et démarches

Energy Management System (EMS) peut faire référence soit à des démarches organisationnelles d’optimisation de la gestion de l’énergie soit aux logiciels et systèmes informatiques permettant de mettre en oeuvre ces démarches.

Les Démarches EMS :

Le terme EMS (ou EnMS) peut faire référence à une démarche conduite au sein d’une organisation pour améliorer en continu son efficacité énergétique. Il s’agit donc de s’organiser pour mesurer le détail de la consommation d’énergie d’une entreprise, identifier les leviers d’amélioration, planifier ces améliorations et les exécuter puis réévaluer, en continu. La norme ISO 50001 sur l’Energie Management est un standard qui pourrait être pris comme guide pour ce type de démarches. 

https://www.youtube.com/watch?v=Pq8-pcTr1rc

 

Le terme EMS peut aussi des fois faire référence à la démarche qu’entreprend un producteur d’énergie pour répondre à la demande de la façon la plus optimale. Ce producteur peut être de toute taille : de l’autoproduction pour un foyer ou une entreprise jusqu’au réseau national en passant par les échelles intermédiaires de Micro-grid ou de Virtual Power Plant. Il s’agit donc de l’organisation et des règles pour :

  • Choisir de produire ou de faire appel au marché.

  • Choisir sur quel moyens produire.

  • Choisir de stocker ou revendre la sur-production.

  • Investir de nouveaux moyens de production.

  • Planifier la maintenance des moyens de production et transport.

Les EMS en tant que systèmes informatiques

Le terme EMS en parlant de systèmes informatiques fait référence en général à des Systèmes Informatiques qui viennent en support des démarches EMS ci dessous. 

Le plus souvent, ce terme va faire référence à des systèmes logiciels qui permettent à une organisation de mesurer le détail de sa consommation d’énergie, en analyser les causes et suivre son évolution en temps réel. Ils comprennent aussi parfois des fonctions plus ou moins avancées pour piloter cette consommation, mais cela est très dépendant de l’existence d’appareils intelligents capables de recevoir et traiter les instructions de l’EMS. Dans cette catégorie d’EMS s’inscrivent aussi les logiciels de Building Energy Management (BEM), ce sont des EMS spécialisés dans la gestion d’énergie au niveau bâtiment. Ces logiciels optimisent l’éclairage, le chauffage, la climatisation et peuvent aussi gérer l’autoproduction, le stockage local d’énergie … C’est certainement un type d’EMS pertinent pour le secteur résidentiel ou tertiaire.

Au delà de ces logiciels supportant les démarges EMS au niveau opérationnel ou managérial, d’autre systèmes informations peuvent venir en support à un niveau plus stratégique ou plus technique. Cela peut être :

  • Des logiciels d’aide à la décision pour faire les choix à long terme dans un contexte énergétique mondial et local en mutation.

  • Des logiciels de conception et d’ingénierie pour concevoir des systèmes énergétiques stables et optimisés, surtout quand il s’agit d’intégrer des énergies renouvelables, de la mobilité électrique, des marchés locaux d’énergie ou de services auxiliaires.

  • Des logiciels de contrôle pour maintenir la stabilité des réseaux électriques, surtout les réseaux à petit échelle, surtout en cas d’absence de connexion à un réseau national ou de défaillance de ce réseau.

  • Des logiciels de simulation économique et d’optimisation pour aider aux choix opérationnels au jour le jour, notamment dans un marché énergétique ouvert.