Les hauts et les bas de la gestion de la pointe

Évolution des tarifs

Au cours de l’expansion d’après-guerre des années 1940 et 1950, les frais basés sur la puissance appelée sont devenus la norme pour la majorité des grands clients commerciaux et industriels. Dans les années 1960, grâce aux progrès réalisés dans les technologies de comptage de l’électricité, l’Amérique du Nord a vu apparaître les premiers tarifs selon l’heure d’utilisation (tarifs HEU). Tout comme les frais liés à la puissance appelée, ces structures tarifaires étaient d’abord appliquées aux grands clients industriels et commerciaux. Leur objectif était de réduire les pointes de consommation sur le réseau électrique. Et ce, en incitant les utilisateurs à consommer de l’électricité en dehors des heures de pointe. Sous l’effet de la crise énergétique des années 1970, l’utilisation combinée des tarifs selon l’heure d’utilisation et des frais liés à la puissance appelée s’est étendue à un plus grand nombre de clients.

Aujourd’hui, alors que nous entrons dans la seconde moitié des années 2020, les structures tarifaires de l’électricité pour les entreprises, et même pour les particuliers, sont devenues plus complexes. Elles intègrent à la fois des éléments liés à la puissance appelée et des variations de prix selon l’heure d’utilisation. Les distributeurs d’électricité perfectionnent leurs grilles tarifaires pour mieux refléter la puissance maximale réellement appelée par leurs clients. En contrepartie, ils offrent aussi des incitatifs supplémentaires pour encourager la gestion de cette puissance, tant sur le plan de son amplitude que de son moment d’occurrence.

Au même moment, de plus en plus de réglementations, de subventions et d’initiatives en matière de développement durable encouragent les bâtiments à abandonner les combustibles fossiles au profit de l’électricité. Or, les distributeurs d’électricité, préoccupés par les contraintes de capacité de leur réseau, augmentent le coût du raccordement pour des charges supplémentaires à leur réseau. Les propriétaires de bâtiments doivent donc intégrer une stratégie de gestion de la puissance de pointe dans leurs projets d’électrification afin de respecter leurs contraintes de capacité actuelles.

Approches

La stratégie de gestion des coûts électriques repose sur deux approches générales : la réduction de charge et le transfert de charge. Une stratégie efficace combinera des éléments des deux approches.

Réduction de charge

La réduction de charge consiste, comme son nom l’indique, à réduire la consommation électrique globale. Les exploitants de bâtiments y parviennent souvent en améliorant l’efficacité énergétique, en renouvelant les équipements ou en modifiant les contrôles opérationnels afin de réduire à la fois la puissance appelée et l’énergie consommée.

Transfert de charge

Le transfert de charge consiste à modifier le moment où l’électricité est consommée afin de profiter des périodes où les tarifs sont plus bas ou la demande sur le réseau est moindre. La consommation totale d’énergie n’est pas nécessairement réduite avec une approche de transfert de charge, mais en raison de la structure tarifaire, le coût total de cette consommation est moindre.
Lorsque les tarifs selon l’heure d’utilisation ou les frais liés à la puissance appelée varient selon la période, la capacité de contrôler le moment de la consommation devient un levier important pour réduire les coûts.

Technologies

Les moyens de mettre en œuvre ces stratégies sont nombreux et doivent être adaptés à la réalité de chaque bâtiment. Certaines des technologies les plus couramment utilisées sont énumérées ci-dessous. Une stratégie de gestion des pointes réussie peut en intégrer plusieurs :

Les systèmes de stockage d’énergie par batterie sont la forme la plus simple d’équipement de transfert de charge. Ils utilisent un stockage par batterie sur site pour fournir au moins une partie des besoins en énergie d’une installation pendant les pointes ou lorsque les tarifs sont les plus élevés. Ensuite, lorsque les tarifs et les frais de pointe sont moins élevés, généralement pendant la nuit, les batteries sont rechargées.

Le stockage thermique est une autre forme de transfert de charge. Pendant les heures où le coût de l’électricité est moins élevé, les technologies de stockage thermique accumulent une réserve de capacité de chauffage ou de refroidissement qui est ensuite utilisée lorsque les coûts sont plus élevés. Le stockage de glace, le stockage thermique à briques chaudes ou à changement de phase et les grands réservoirs de stockage peuvent tous être intégrés dans une stratégie de gestion de pointe.

Les panneaux solaires photovoltaïques (PV) sont utilisés pour produire de l’électricité sur place, ce qui permet de réduire la demande sur le réseau électrique. Utilisés en combinaison avec d’autres technologies, telles que les systèmes de stockage d’énergie par batterie , l’électricité qu’ils produisent peut être stockée pour être utilisée au moment opportun.

D’autres sources de production sur place, telles que les générateurs au gaz naturel et les centrales de cogénération , peuvent être utilisées pour réduire la puissance appelée. Cependant, ces approches sont devenues moins viables ces dernières années en raison de l’augmentation (et de l’incertitude) des prix des combustibles, ainsi que des réglementations nationales, régionales et locales sur les émissions de gaz à effet de serre.

La réduction de charge prédictive est de plus en plus populaire. Elle vise à prévoir les périodes de pointe à l’échelle du réseau pour ajuster la consommation en conséquence.

Nouvelles technologies

De nouvelles technologies sont constamment développées pour ce type d’applications. Les batteries à gravité, les centrales hydroélectriques à accumulation par pompage de nouvelle génération, les systèmes photovoltaïques intégrés aux bâtiments et les nouvelles technologies de batteries telles que les batteries à flux et les batteries sodium-soufre ne sont que quelques-uns des produits qui pourraient jouer un rôle dans les stratégies de gestion de pointe dans un avenir proche.

Stratégie adaptée

Pour qu’une stratégie de gestion de puissance soit efficace, elle doit être adaptée au bâtiment ou à l’installation concernée. Il faut notamment tenir compte de la structure tarifaire de l’électricité, de l’utilisation et du fonctionnement du bâtiment, des équipements existants, des contraintes physiques et des programmes de subventions disponibles. Ces facteurs doivent déterminer l’équilibre entre les approches (réduction de charge/transfert de charge) et les technologies appliquées.
Il n’existe pas de solution universelle. Ce qui fonctionne à un endroit peut ne pas convenir à un autre, même juste à côté. Pour illustrer la grande diversité des stratégies de gestion de puissance, examinons quelques exemples simplifiés.

Campus scolaire public – Long Island, New York

Cet établissement dispose d’une structure tarifaire électrique comportant des frais liés à la puissance appelée et à l’énergie consommée selon l’heure d’utilisation. Le tableau ci-dessous montre les économies importantes réalisables en réduisant la puissance appelée ou en transférant les charges vers les heures creuses de la journée.

Dans cet exemple, chaque tranche de 100 kW normalement appelées lors de la période de pointe transférée vers la période creuse génère une économie mensuelle de 4 500 $. De même, le transfert de la consommation d’énergie de la période de pointe vers la période creuse permet d’économiser plus de 80 % du coût par kWh.

Avec cette structure tarifaire en place, cette école a choisi d’installer des panneaux photovoltaïques (PV) et un système de stockage d’énergie par batterie. Le stockage thermique n’était pas adapté à cette situation. Pour être efficace, il aurait fallu remplacer et modifier en profondeur les systèmes CVC existants.

S’agissant d’un district scolaire de banlieue, celui-ci disposait déjà d’une surface de toiture suffisante pour installer des panneaux PV à un coût abordable. (Il convient également de noter que, bien que les crédits d’impôt fédéraux pour les panneaux PV soient progressivement supprimés aux États-Unis, ce district scolaire a pu commencer la construction avant le 4 juillet 2026, afin de bénéficier du crédit d’impôt pour le district scolaire).

Grâce à ce nouvel équipement et à une stratégie intégrée de gestion de puissance, le district scolaire utilise le photovoltaïque pendant la journée pour réduire la puissance appelée, en particulier pendant les périodes de pointe. Le système de stockage par batterie est rechargé pendant les heures creuses et déchargé pendant la journée afin de réduire à la fois la facture mensuelle d’énergie et de puissance.

Hôpital – Toronto, Ontario

Un grand hôpital offrant tous les services dans la région de Toronto souhaitait réduire ses coûts annuels d’électricité. Ses coûts d’électricité correspondent à la somme de trois frais : sa consommation réelle, des frais mensuels liés à la puissance appelée et des frais d’ajustement global (GA).

L’ajustement global est une approche quelque peu novatrice visant à répartir équitablement le coût des infrastructures électriques selon la contribution des clients aux cinq plus fortes pointes annuelles. En d’autres termes, si la demande moyenne d’un client pendant les cinq pointes est de 2 %, il sera facturé 2 % du GA pour les 12 mois à venir.

Pour la plupart des clients bénéficiant d’un ajustement global, cette partie de leur facture peut représenter 30 à 40 % du coût total de leur électricité. Il est clairement avantageux pour un client GA de pouvoir anticiper ces pointes du réseau et de réduire sa consommation d’électricité pendant ces périodes.

Cet hôpital avait déjà mis en œuvre de nombreuses mesures d’efficacité énergétique. En raison de ses activités de soins de santé 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, il ne recherchait pas de stratégies supplémentaires de réduction de charque. Il a plutôt adopté une nouvelle stratégie de transfert de charge qui utilise le stockage d’eau réfrigérée. Selon la période de l’année, l’eau réfrigérée peut être produite lorsque les tarifs d’utilisation sont les plus bas et lorsque les pointes d’ajustement global sont peu probables. Cette énergie stockée est ensuite utilisée pendant les périodes de la journée où l’énergie est la plus chère et lorsque les pointes d’ajustement global sont probables.

Dans cet hôpital, la production et le stockage d’eau réfrigérée pendant la nuit permettent de déplacer le refroidissement vers les heures nocturnes, ce qui permet de réaliser des économies en utilisant l’électricité lorsqu’elle est moins chère et en réduisant les frais d’ajustement global qui en découlent.

Immeuble de bureaux commercial – Montréal, Québec

Un immeuble de bureaux de grande taille situé en milieu urbain présente des défis particuliers liés à son emplacement et à l’espace disponible. De plus, son fonctionnement diffère de celui d’une école ou d’un hôpital. Une stratégie efficace de gestion des pointes doit tenir compte des conditions d’exploitation ainsi que de la structure tarifaire du service public d’électricité, en l’occurrence Hydro-Québec.

À Montréal, le service public d’électricité Hydro-Québec, ne pratique pas encore la tarification selon l’heure d’utilisation. Les clients paient donc selon l’énergie consommée et la puissance appelée mensuellement. Il est parfois possible d’utiliser des stratégies de transfert de charge pour réduire la demande de pointe mensuelle d’un client, mais sans incitatifs basés sur le moment de la consommation d’électricité, la plupart des stratégies de transfert de charge ne sont pas rentables.

Toutefois, les clients commerciaux et industriels de Montréal qui souhaitent réduire davantage leurs factures d’électricité peuvent choisir de participer au programme de gestion de pointe du service public gestion de la demande de puissance (Option GDP) d’Hydro-Québec. Les clients inscrits à ce programme reçoivent un crédit sur leur facture d’électricité pour avoir réduit leur consommation d’électricité pendant les périodes de pointe ou avoir déplacé une bonne partie de leur consommation en dehors de ces périodes. Les économies sont calculées en dollars par kW en dessous du niveau de référence pendant les périodes concernées.

La plupart des bâtiments à Montréal sont au moins partiellement chauffés à l’électricité. Cette situation, combinée à un climat plus nordique, signifie que contrairement à la plupart des centres urbains aux États-Unis, c’est pendant les mois d’hiver que le service public d’électricité qu’Hydro-Québec enregistre la demande la plus élevée à l’échelle du réseau. Comme on pouvait s’y attendre, les événements de gestion de pointe à Montréal ont toujours lieu pendant les mois d’hiver, généralement entre 6 h et 9 h et entre 16 h et 20 h.

Avantages des immeubles de bureaux

L’un des avantages des immeubles de bureaux commerciaux par rapport à d’autres installations, telles que les écoles et les hôpitaux, est leur capacité à réduire la puissance appelée pendant les périodes particulièrement coûteuses de la journée. Dans un gratte-ciel commercial à Montréal, les systèmes et les commandes du bâtiment sont modifiés pour :

• Utiliser la chaudière à gaz existante afin de réduire autant que possible le chauffage électrique.
• Augmenter les points de consigne du chauffage dans l’immeuble pendant la période précédant la fenêtre de trois ou quatre heures, puis utiliser des points de consigne abaissés pendant l’événement de pointe de la demande.
• Réduire temporairement la ventilation pendant l’événement de pointe.
• Faire fonctionner le générateur de secours comme source d’alimentation supplémentaire pendant les événements de pointe.
• Contrôler certains éclairages et certaines zones CVC à l’aide de détecteurs de mouvement afin que les espaces inoccupés ne consomment pas inutilement de l’électricité.

Outre les factures mensuelles d’électricité, des stratégies de gestion de pointe peuvent s’avérer nécessaires lors de l’étude de projets d’infrastructure immobilière. Afin de dissuader toute charge supplémentaire sur leurs réseaux de distribution, de nombreux fournisseurs d’électricité, en particulier dans les centres urbains, ont considérablement augmenté les frais de raccordement pour la puissance additionnelle d’un bâtiment existant. Pour un immeuble commercial de grande taille ou tout autre bâtiment situé dans une zone urbaine dense, une stratégie de gestion de pointes tenant compte de tous les facteurs peut s’avérer nécessaire avant de se lancer dans de nouveaux projets d’installation d’équipements supplémentaires.

Un aperçu de l’avenir

Une stratégie de gestion de la puissance de pointe devrait faire partie intégrante de l’exploitation de tout bâtiment assujetti à un tarif d’électricité plus complexe qu’un simple tarif fixe au kWh. De nos jours, cela concerne la majorité des grands immeubles.
Malheureusement, il n’existe aucune solution universelle en matière de gestion de la puissance de pointe. La stratégie appropriée doit tenir compte non seulement de la structure tarifaire applicable, mais aussi des caractéristiques propres au bâtiment, son usage, sa superficie, son emplacement et les équipements déjà en place.

À mesure que les distributeurs d’électricité deviennent plus créatifs dans leur façon de facturer la consommation, les clients doivent eux aussi faire preuve d’ingéniosité dans la gestion de leur utilisation de l’énergie.