Qu’est-ce que l’écrêtement des pointes ? Écrêtement ou déplacement de charge

L’écrêtement des pointes (peak shaving) réduit la puissance maximale mesurée d’un site, c’est-à-dire la moyenne en kW ou en kVA sur un intervalle de facturation, afin de faire baisser les frais de puissance, les redevances de capacité et les pénalités de dépassement. Le déplacement de charge reporte une consommation, en kWh, vers une période moins chère ou moins contrainte : il change le moment où l’énergie est consommée, pas forcément la hauteur de la pointe.

Deux sites peuvent réduire le même nombre de kWh et obtenir des économies très différentes : l’écrêtement des pointes et le déplacement de charge agissent sur des postes distincts de la facture. Une même action peut produire les deux effets. L’écrêtement réduit la puissance maximale facturée en kW ou en kVA : frais de puissance, redevance de capacité ou pénalité de dépassement de la limite de raccordement. Le déplacement de charge réduit le coût des kWh lorsque le prix unitaire varie selon l’heure. Avant de choisir, repérez lequel de ces postes pèse le plus sur la facture du site.

Comparaison

Qu’est-ce que la facturation de la puissance ?

Les frais de puissance facturent la puissance moyenne la plus élevée relevée sur un intervalle de comptage de la période de facturation, en €/kW, £/kVA ou $/kW par mois. Le compteur enregistre l’énergie de chaque intervalle, et le fournisseur ou le gestionnaire de réseau la divise par la durée de l’intervalle. À 10 €/kW par mois, un site dont la demi-heure la plus chargée atteint 180 kW en moyenne paie 1 800 € pour ce mois, même si toutes les autres demi-heures restent sous 120 kW.

Le nom et l’unité varient selon le marché :

L’écrêtement est rentable partout où l’un de ces postes pèse lourd. Un tarif facturé uniquement à l’énergie ne lui donne aucune valeur, sauf si le site est proche de sa limite de raccordement, où une pointe plus basse peut éviter un renforcement.

Exemple chiffré : déplacer un procédé

Un site appelle en permanence 100 kW le jour et 40 kW la nuit. Un procédé par lots ajoute 80 kW pendant 30 minutes à 17 h 30 chaque jour ouvré. Il est déplacé à 23 h 30 :

Le déplacement reporte 40 kWh et réduit aussi la pointe de 60 kW. Pour illustrer le calcul, prenons des frais de puissance de 10 €/kW par mois, un tarif de jour de 0,25 €/kWh, un tarif de nuit de 0,15 €/kWh et 22 jours ouvrés :

L’économie sur la puissance est presque sept fois celle sur l’énergie, car un événement de 30 minutes détermine la puissance facturée pour tout le mois. Dans le barème 2022/23 d’ESB Networks pour les groupes de puissance maximale DG7 à DG9b, un démarrage à 17 h 30 tombe aussi dans la plage tarifaire de pointe de 17 h à 19 h. Le tarif de nuit ne commence qu’à 23 h ; déplacer le procédé à 22 h laisserait donc son énergie au tarif de jour.

Exemple chiffré : une batterie

Le procédé reste à 17 h 30. Le contrôleur de batterie maintient l’importation du site à 130 kW. Pendant 30 minutes, le site a besoin de 180 kW : la batterie fournit donc 50 kW, soit 25 kWh. Avec un rendement aller-retour de 90 % mesuré aux bornes CA, elle doit prélever environ 28 kWh sur le réseau pour se recharger. Ses auxiliaires et sa climatisation s’y ajoutent, surtout lorsqu’elle effectue de petits cycles.

La recharge fait partie du dimensionnement. À 50 kW, 28 kWh demandent environ 34 minutes. La nuit, la charge du site est de 40 kW : l’importation pendant la recharge atteint 90 kW, sous le seuil. Si la batterie se recharge à 14 h alors que le talon diurne est de 100 kW, l’importation atteint 150 kW. Cette nouvelle pointe efface 20 kW des 50 kW gagnés.

Avec le même tarif illustratif, l’économie sur la puissance est de 50 kW × 10 € = 500 € par mois. Le poste énergie ne change que de 25 × 0,25 € − 28 × 0,15 € = 2,05 € par jour, soit environ 45 € par mois. La valeur de la batterie vient surtout de la puissance évitée.

Dimensionnez l’énergie nécessaire à partir de l’aire comprise entre la courbe de charge et le seuil, pendant la plus longue pointe attendue. Si le procédé dure 45 minutes, la batterie doit fournir 50 kW × 0,75 h = 37,5 kWh, et non 25 kWh. Ajoutez une marge pour les erreurs de prévision et un état de charge initial inférieur à 100 %, puis retranchez l’énergie réservée à d’autres services. Une fois la pointe du mois établie, relevez le seuil à cette valeur pour le reste de la période de facturation. Écrêter davantage n’économise plus rien sur la puissance facturée et use la batterie. Le guide BESS précise quel système gère chaque limite.

L’intervalle de comptage détermine la facture

La puissance facturée est la moyenne d’un intervalle de comptage, pas la pointe instantanée. L’intervalle dure généralement 15 ou 30 minutes. Une surpuissance de 60 kW pendant 2 minutes au-dessus d’un talon de 100 kW ajoute seulement 60 × 2 / 30 = 4 kW à la moyenne sur 30 minutes. Maintenue pendant les 30 minutes, elle ajoute 60 kW. Le calculateur de puissance par intervalle convertit l’énergie d’un intervalle en puissance moyenne. Avec cette brève surpuissance, la demi-heure contient 50 + 2 = 52 kWh :

Puisque la facture retient la moyenne, un contrôleur peut compenser une réaction tardive dans le même intervalle, si la batterie dispose d’une réserve de puissance. La section suivante détaille le calcul.

Certains tarifs conservent une pointe sur plus d’un mois. Le ministère américain de l’Énergie décrit des clauses de report où la puissance facturée est la plus élevée entre la pointe du mois et une fraction de la pointe des 11 mois précédents. D’autres tarifs ne facturent la puissance que pendant certaines heures ; une pointe hors de ces plages n’entraîne alors pas de frais de puissance.

Le calculateur de facteur de charge montre si le profil comporte des pointes marquées :

Un facteur de charge de 50 % signifie que la puissance moyenne vaut la moitié de la pointe. Il ne dit pas si l’écrêtement est économique : cela dépend de la forme de la pointe. Supprimer 50 kW sur une pointe quotidienne de 30 minutes au-dessus d’un talon plat demande 25 kWh de stockage. Supprimer les mêmes 50 kW d’un plateau de 8 h à 18 h, avec le même facteur de charge, demande 500 kWh. Le calculateur de coût de l’électricité chiffre les frais de puissance.

Quand la batterie réagit en retard

Un objectif de 130 kW sur un intervalle de 30 minutes autorise 130 × 0,5 = 65 kWh d’importation. Supposons que la batterie de l’exemple démarre avec 3 minutes de retard. Pendant ces 3 minutes, le site importe les 180 kW complets, soit 9 kWh. Il reste 56 kWh pour les 27 minutes restantes (0,45 h), soit une importation moyenne de 56 / 0,45 = 124,4 kW. La batterie doit donc se décharger à 180 − 124,4 = 55,6 kW, et non 50 kW, pendant le reste de l’intervalle.

Le rattrapage n’est possible que si la batterie peut fournir plus que la puissance prévue. Avec une limite de 50 kW, l’importation de l’intervalle vaut 9 + (180 − 50) × 0,45 = 67,5 kWh, soit 135 kW en moyenne. Un contrôleur qui ne suit que la valeur instantanée obtient les mêmes 135 kW.

Évaluez le résultat sous conditions. Si cet intervalle a fixé le maximum mensuel de 180 kW et qu’aucun autre intervalle ne dépasse 135 kW après l’action, le maximum facturé baisse de 45 kW, soit 450 € aux 10 €/kW par mois de l’exemple, au lieu de 500 € dans le cas à l’heure. Si un autre intervalle du mois dépasse 135 kW, la pointe facturée baisse moins, voire pas du tout. Une redevance de capacité sur une MIC convenue ne change que si la MIC est réduite.

Rechargez l’énergie réellement déchargée. Avec un rendement aller-retour idéalisé de 90 % aux bornes AC et un même état de charge au début et à la fin, 22,5 kWh demandent 22,5 / 0,90 = 25 kWh au réseau. À 50 kW constants, cela prend 30 minutes et porte l’importation à 90 kW sur la base de nuit de 40 kW. La valeur réelle inclut aussi les auxiliaires de la batterie et dépend de la température et du point où le rendement est mesuré. Vérifiez chaque intervalle traversé par la recharge : une recharge de 30 minutes commencée à 23 h 45 touche deux demi-heures.

Les 3 minutes sont un exemple. Le temps de réponse complet additionne la disponibilité de la mesure, le délai de décision, la transmission de la commande, la rampe de l’équipement et le temps avant que le changement apparaisse au point de raccordement. Un accusé de réception n’est pas une réponse physique : mesurez chaque étape à la mise en service. Le compteur du contrôleur n’est pas non plus celui de la facturation : rapprochez les deux sur plusieurs semaines et placez le seuil sous la cible de l’écart mesuré, augmenté de l’incertitude documentée des deux chaînes de mesure.

Redevances de capacité en Irlande et en Grande-Bretagne

Les tarifs de réseau irlandais et britanniques des grands sites professionnels comprennent une redevance sur la capacité maximale d’importation convenue avec le réseau, la MIC, exprimée en kVA. Selon ESB Networks, une MIC trop élevée fait payer une capacité inutilisée ; une MIC trop faible entraîne des frais de dépassement.

Une pointe plus basse ne réduit donc la redevance de capacité que si la MIC est elle aussi abaissée. UK Power Distribution, gestionnaire de réseau britannique, autorise une réduction tous les 12 mois et prévient que la capacité précédente pourrait ne pas être restituée sans renforcement du réseau (barème, paragraphes 2.40 et 2.41).

Le dépassement est le cas où une seule pointe coûte le plus. UK Power Distribution calcule les kVA de chaque demi-heure à partir de l’énergie active et réactive, puis retient le maximum de la période de facturation. Chaque kVA dépassant la MIC est facturé par jour pendant toute la période où le dépassement survient (paragraphes 2.43 à 2.45). En Irlande, le barème 2022/23 d’ESB Networks fixe, pour les sites à comptage par intervalles, une majoration égale à cinq fois le tarif de capacité sur chaque kVA excédentaire pendant la période de facturation (note 5, groupes DG6 à DG9b). Dans les deux cas, un seul intervalle peut fixer les frais de dépassement d’une période entière.

La limite étant en kVA, le facteur de puissance compte. À 0,9, 180 kW représentent 200 kVA. Les deux réseaux facturent aussi l’énergie réactive dépassant un tiers de l’énergie active, ce qui correspond à un facteur de puissance moyen d’environ 0,95. Un onduleur de batterie qui fournit de la puissance réactive, ou une correction du facteur de puissance, peut abaisser la pointe en kVA lorsqu’une réduction des seuls kW ne suffit pas.

Écrêtement des pointes ou effacement

L’écrêtement des pointes et l’effacement de consommation utilisent les mêmes charges, groupes et batteries, mais ne répondent pas aux mêmes acteurs.

Les deux interagissent. L’énergie réservée à un contrat d’effacement n’est pas disponible pour écrêter la pointe du site, et inversement. Un site qui écrête sa pointe chaque jour abaisse aussi la moyenne des jours récents qu’utilisent de nombreuses références d’effacement, si bien qu’une moindre part de l’événement suivant est comptée comme livrée. Le guide des références d’effacement montre comment chaque méthode le traite. Fixez l’ordre de priorité dans le contrôleur avant que le site rejoigne un programme.

Écrêtement des pointes ou lissage de la charge

Le lissage de la charge (load levelling) aplatit tout le profil vers sa moyenne. Le stockage se charge pendant les creux et se décharge pendant les périodes chargées, si bien que le site soutire une puissance presque constante. L’écrêtement n’agit qu’au-dessus d’un seuil et laisse le reste du profil inchangé.

La différence tient surtout à l’énergie. Dans l’exemple du facteur de charge ci-dessus, un site consomme 50 kW en moyenne pour une pointe de 100 kW. Écrêter une pointe de 50 kW de 30 minutes au-dessus d’une base plate demande 25 kWh. Lisser un site qui reste à 100 kW de 8 h à 18 h jusqu’à sa moyenne de 50 kW revient à déplacer 50 kW × 10 h = 500 kWh chaque jour ouvré et à les recharger dans le creux de la nuit. Le lissage convient à un site qui paie surtout l’énergie à des prix horosaisonniers, ou à un gestionnaire de réseau qui soulage un départ contraint. L’écrêtement convient à un site qui paie surtout son intervalle le plus élevé.

Surveiller l’effet de rattrapage

La plupart des charges délestées ou déplacées reviennent ensuite. Une charge devenue inutile, comme l’éclairage d’un local vide, fait exception. Une batterie doit se recharger. Les VE dont la recharge a été freinée demandent davantage de puissance plus tard ; le guide de recharge intelligente des VE l’explique. Les équipements thermiques compensent l’énergie non fournie.

Un bilan simple donne l’ordre de grandeur du rattrapage thermique. Un groupe frigorifique qui fonctionne normalement à 60 % de sa capacité et s’arrête 30 minutes doit rattraper 0,6 × 30 = 18 minutes de refroidissement à pleine capacité. Au redémarrage, seuls les 40 % au-dessus de son régime habituel servent au rattrapage : il tourne donc à pleine capacité pendant environ 18 / 0,4 = 45 minutes. C’est une borne basse ; retards au redémarrage et dépassement éventuel de la consigne s’y ajoutent. S’il appelle 50 kW à pleine charge contre 30 kW en moyenne, il ajoute 20 kW à la charge du site pendant un intervalle et demi après l’événement. Si ce rattrapage coïncide avec le procédé par lots, une nouvelle pointe apparaît.

Examinez les 30 à 60 minutes qui suivent chaque action aussi attentivement que la pointe elle-même. Le calculateur de capacité pour la recharge des VE vérifie, intervalle par intervalle, si les bornes restent sous la limite du site.

Mesurer avant et après

Relevez les données à l’intervalle utilisé par le tarif :

Comparez des périodes équivalentes : mêmes jours de semaine, météo comparable en degrés-jours et production similaire. Présentez séparément la réduction de pointe mesurée et sa valeur financière, qui dépend du contrat réel. Le guide sur la mesure des économies explique l’ajustement d’une référence.

Écrêtement des pointes avec EpiSensor

Les compteurs électriques ZEM, placés à l’arrivée et sur les grands circuits, montrent quels usages créent la pointe et combien de temps elle dure. Edge sur la Gateway exécute le seuil comme règle Automation locale : un déclencheur lié à l’importation du site, un délai d’activation qui ignore les brèves pointes et une commande d’appareil qui commute un relais ou écrit une consigne. La règle s’exécute sur la Gateway sans dépendre d’Internet. Edge vérifie les conditions de durée une fois par minute : avec ce délai, la règle agit au moins une minute après le franchissement du seuil. Tenez compte de cette marge pour fixer le seuil.

Les mêmes charges peuvent aussi fournir un service au réseau par l’intermédiaire d’un agrégateur. Le contrôleur de réponse à la demande ZDR associe la mesure à une réponse locale à la fréquence du réseau, par relais pour une charge ou un générateur, ou par consigne pour une batterie ou une alimentation sans interruption. Une centrale électrique virtuelle résulte de la coordination de ces actions ; la solution de réponse à la demande montre l’ensemble du système.