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L’open source se fraye une place dans les stratégies numériques des opérateurs de réseaux électriques

Publié le 22 Mars 2023


Si la transformation numérique est essentielle à la décarbonation des réseaux électriques, aucune entité ne peut à elle seule créer, tester et mettre à l’échelle le code nécessaire pour donner réalité à ce réseau intelligent. L’open source se fraye désormais une place dans les stratégies numériques des opérateurs de réseaux électriques. C’est au siège de RTE que se tiendra les 1er et 2 juin 2023 le LF Energy Summit : cet événement permettra de faire le point sur les avancées des technologies open source dans le secteur de l’énergie.

La plupart des industries fonctionnent aujourd’hui sur des modules de code Open Source, avec des API et des standards ouverts, qui peuvent être exploités, construits, testés et améliorés par une communauté mondiale de développeurs. L’open source s’invite désormais dans les stratégies numériques des opérateurs de réseaux électriques.

  • En 2022, l’Agence Internationale de l’Energie recommandait de donner la priorité à l’open source et à l’interopérabilité : « Les protocoles de communication propriétaires peuvent constituer une sérieuse pierre d’achoppement sur la voie de l’exploitation des solutions numériques pour la décarbonation et la résilience des systèmes énergétiques ».[1]
  • Dans son Plan d’action pour numériser le système énergétique, la Commission européenne prévoit « d’encourager et de soutenir l’utilisation de logiciels libres afin de garantir l’accessibilité et l’adoption par le marché»[2].
  • Au Royaume-Uni, la Task Force « Numérisation de l’énergie » recommande de « développer des actifs numériques d’intérêt public : Dans la mesure du possible, il est proposé que ces actifs soient basés sur des logiciels libres, des licences de données ouvertes et des normes ouvertes afin de maximiser l’utilité de l’investissement du secteur, d’augmenter la probabilité d’une adoption internationale et de minimiser les monopoles techniques »[3].
  • L’E.DSO, qui rassemble les gestionnaires de réseaux de distribution européens, pointait en septembre 2022, à l’issue d’un webinaire consacré à l’open source [4], le défi pour les distributeurs et les transporteurs « de s’émanciper des fournisseurs de solutions pour devenir eux-mêmes des intégrateurs de systèmes. Pour impliquer activement toutes les parties prenantes, le système énergétique doit être basé sur des normes ouvertes »[5].
  • Pour sa part, ENTSO-E (qui rassemble 43 gestionnaires de réseaux de transport) affichait, dès 2018, son intérêt pour l’open source en prenant part à la création de la Linux Foundation Energy. Son secrétaire général déclarait, à cette occasion : « l’ENTSO-E reconnaît les avantages de l’open source et du développement partagé pour développer l’agilité dans les futurs développements numériques, ce qui est essentiel pour ENTSO-E et notre communauté de transporteurs».

Certains segments du secteur de l’énergie se sont tournés depuis longtemps vers les logiciels libres. C’est notamment le cas dans le domaine de la modélisation des systèmes énergétiques et plus généralement dans les départements de R&D des énergéticiens qui travaillent et interagissent avec la recherche académique. La R&D d’EDF avait ainsi libéré, dès 2001, le code source du logiciel Aster de simulation numérique en mécanique des structures.[6]

[1] IEA: “Digitalisation: Energy system overview: More efforts needed”, septembre 2022.

[2] La Commission européenne révèle un plan d’action pour numériser le secteur de l’énergie

[3] Energy Digitalisation Taskforce: Energy Digitalisation: Delivering a Digitalised Energy System, 2022.

[4] “Open Source has been transforming many business sectors, and the percentage of open-source software behind our daily systems is growing at an unimaginable scale. When it comes to the energy sector, can we expect the Open Source approach to bring a disruptive effect on the grid operation?”.  E.DSO: “Is Open Source the next big Thing in Electricity Distribution ?”

[5] E.DSO : “Oh Yes: Open Source Is The Big Thing For DSO And TSO”, Septembre 2022.

[6] Ce logiciel, ASTER (Analyses des Structures et Thermomécanique pour des Études et des Recherches) avait développé principalement par le département « Électrotechnique et Mécanique des Structures » du service recherche et développement d’EDF.

 

RTE mise sur l’open source pour gérer les réseaux électriques

La DSI de RTE comprend 400 personnes dont une centaine de développeurs. Elle gère environ 400 applications et 200 projets en cours. Les développements logiciels de RTE y reposaient, comme ailleurs, sur l’alternative classique de « faire en interne ou acheter sur le marché » explique Lucian Balea, Directeur adjoint R&D et Directeur Open Source de RTE. « Acheter sur le marché, pour nous, cela implique de lancer des appels d’offres nécessairement rigides. Il est difficile et coûteux de faire ensuite évoluer les projets, les fournisseurs margeant davantage qu’au moment de la mise en concurrence avec l’appel d’offres. Quant à développer strictement en interne, c’est souvent redévelopper la roue sans garantie de faire mieux. L’open source, c’est le meilleur des deux mondes : nous ne faisons pas seuls mais, mieux, avec les autres, en réduisant les risques de verrouillage par des fournisseurs » [7]. « Nous avons simplement réalisé que l’open source était un levier de performance, d’accélération et d’innovation particulièrement efficace dans d’autres secteurs industriels. C’est une manière de collaborer dans le développement applicatif avec d’autres entreprises, y compris concurrentes, notamment pour mettre en commun des compétences rares ».

RTE décide ainsi en 2018 d’engager une démarche open source à l’image des autres industries. « L’enjeu n’est pas simplement d’ouvrir le code logiciel : il s’agit surtout de s’inscrire dans un cadre propice au développement d’une communauté, et ne pas réinventer la roue. ». RTE participe ainsi à la création de la Linux Fondation Energy (LF Energy) afin de contribuer à un « smart grid en open source ». Dans le cadre de la LF Energy, RTE et Savoir-faire Linux lancent conjointement la plateforme de virtualisation Seapath (Software Enabled Automation Platform and Artifacts). « Dans les réseaux électriques, nous déployons des systèmes de contrôle commande et d’automatisation qui visent à réagir à des aléas pouvant survenir (une ligne frappée par la foudre par exemple). Traditionnellement, ces systèmes d’automatismes, nous les déployons sous forme de composants matériels, à savoir des boîtiers que nous installons sur le terrain. Pour répondre aux enjeux de la transition énergétique, nous devons faire évoluer ces systèmes de contrôle commande pour les adapter fonctionnellement aux nouveaux usages. Nous avons la conviction que si nous pouvons convertir les fonctions qui sont aujourd’hui déployées sous forme de matériels en logiciels, nous gagnons en agilité et efficacité. En effet, il est beaucoup plus simple de déployer du logiciel sur une plateforme à distance que d’installer un équipement sur le terrain. Au-delà de l’agilité, cela apportera également des gains d’exploitation et de maintenance ainsi que la capacité d’avoir davantage d’innovations dans ces systèmes »[8]. RTE est impliqué dans sept projets de la LF Energy. RTE compte environ 40 employés impliqués dans des projets open source contre environ cinq personnes, il y a quelques années[9]. RTE a mis en place un DevStudio, basé sur un socle 100% open source et permettant de faciliter la transition vers un mode de développement ouvert[10].

RTE dressait en janvier 2022 le bilan suivant de son investissement dans l’open source :

« Un effet de levier émergent résultant des co-développements (avec des contributions tierces qui répondent notamment à des besoins que nos contraintes de ressources ne permettent pas d’aborder en première priorité).

  • Le bénéfice de compétences externes, de regards croisés, de cas d’usages élargis, contribuant à des développements de meilleure qualité, des réflexions plus riches
  • Un cadre forçant à adopter de bonnes pratiques (documentation, modularité, abstraction), payantes à moyen terme mais parfois difficiles à appliquer dans un fonctionnement interne contraint
  • De multiples facilités d’interaction, de collaboration, d’outillage qui améliorent la productivité et qui se sont révélées particulièrement résilientes au contexte de Covid
  • Une reconnaissance par les pairs, source de motivation
  • Une mise en visibilité des activités logicielles de l’entreprise »[11]

[7] RTE : Un investissement croissant dans les communautés open source

[8] Lucian Balea (RTE) : L’Open Source, au cœur de la transition énergétique

[9] Paving the way Paving the Way to Battle Climate Change: How Two Utilities Embraced Open Source to Speed Modernization of the Electric Grid. Mars 2022

[10] La stratégie open source de RTE

[11] Idem

 

Alliander : l’open source comme réponse aux enjeux de la transition énergétique

Alliander, gestionnaire du principal réseau de distribution des Pays Bas, développait, comme tous ses homologues, des logiciels propriétaires pour son propre usage.

En 2018, Arjan Stam, directeur des opérations système, a constaté les premiers signes indiquant qu’Alliander ne pourrait pas répondre à la demande en continuant à fonctionner comme si de rien n’était. « Nous savions que nous allions rencontrer davantage de problèmes de congestion plus rapidement que notre capacité logicielle à les traiter. De plus, le travail nécessitait des compétences spécialisées qui étaient difficiles à trouver. Nous avions besoin d’une solution différente pour accéder à des connaissances et à des compétences plus sophistiquées et pour intensifier le développement ». Alliander rejoint la LF Energy en 2020. A cette occasion, elle publiait sous licence ouverte le projet Grid eXchange Fabric (ex-Open Smart Grid Platform -OSGP), une plateforme qui permet aux opérateurs de réseau de surveiller, contrôler et gérer les dispositifs intelligents du réseau. « En confiant certains de nos projets à LF Energy, nous pouvons tirer parti du réseau qui se tisse autour d’elle, ce qui nous permet ensuite de trouver plus facilement des parties intéressées à utiliser, mais aussi à contribuer à nos logiciels open source ». Dans le cadre de la fondation, Alliander collabore étroitement avec RTE autour du projet : « Alliander et RTE ont uni leurs forces parce qu’ils étaient confrontés au même problème : accueillir davantage de sources d’énergie renouvelable dans des infrastructures qui n’ont pas été conçues à l’origine pour elles, et le faire à la vitesse et à l’échelle requises ». Alliander s’implique aussi dans le projet OperatorFabric[12] et anime plusieurs projets comme le Grid eXchange Fabric (GXF) et l’API Weather Provider[13]. « C’est la clé pour réussir et aller à la vitesse requise dans cette transition énergétique. Il ne faut pas réinventer les choses. Vous réutilisez ce qui est disponible et vous construisez sur cette base » conclut Arjan Stam[14]. Alliander mobilise 15 développeurs dédiés à l’open source, contre aucun il y a trois ans.

[12] Une plate-forme d’exploitation de réseau extensible et flexible qui offre une gestion stratégique de l’information grâce à une approche modulaire pour les applications, de nouvelles fonctionnalités faciles à ajouter et des API ouvertes

[13] Alliander and open source

[14] Paving the way Paving the Way to Battle Climate Change: How Two Utilities Embraced Open Source to Speed Modernization of the Electric Grid. Mars 2022

 

LF Energy, promoteur et incubateur de l’open source dans les réseaux électriques

RTE est, avec l’université américaine Vanderbilt, l’Electric Power Research Institute (EPRI) et Entso-e à l’origine de la Linux Fondation Energy (LF Energy) qui se donne l’objectif de « résoudre les problèmes complexes et interconnectés associés à la décarbonation de l’énergie en utilisant des logiciels open source résilients, sécurisés et flexibles ».

LF Energy compte désormais 58 membres : gestionnaires de réseaux (RTE, Alliander, Tennet, Vattenfall, Statnett), industriels (General Electric, Hitachi), acteurs du logiciel (Atos, Aveva), universités et centres de recherche (Electric Power Research Institute, Fraunhofer, RWTH Aachen University, Vanderbilt, EPFL, Stanford, Delft) et consortiums (OpenADR Alliance, FIWARE, Energy Foundation). Microsoft, Google et Shell l’ont rejointe en 2022, tous les trois en qualité de « membres stratégiques ».

Le portefeuille de projets de la LF Energy s’est considérablement élargi depuis 2019, avec une vingtaine de projets en cours :

  • Carbon Data Specification (CDS) : un dictionnaire de données pour les données brutes et une norme pour les exigences en matière de données qui permettent l’accès aux données sur l’énergie pour mesurer, quantifier et suivre les émissions de carbone provenant de la production et de la consommation d’énergie.
  • CoMPAS qui vise à développer des composants logiciels open source liés à la mise en œuvre du modèle CEI 61850, en particulier pour la gestion des profils et la configuration d’un système d’automatisation et de contrôle de la protection (PACS) dans le secteur de l’énergie.
  • Everest qui vise à développer et maintenir une pile logicielle open source pour l’infrastructure de recharge des véhicules électriques.
  • FledgePOWER : une passerelle de traduction multiprotocole pour les systèmes d’alimentation basée sur le projet industriel IoT LF Edge Fledge.
  • FlexMeasures : un système de gestion de l’énergie (EMS) qui prend en charge les applications de flexibilité énergétique en temps réel, rapidement et de manière évolutive.
  • Grid Capacity Map : une carte qui fournit des informations publiques sur la capacité du réseau et le coût de connexion au réseau afin de donner une indication précoce aux clients qui cherchent à se connecter au réseau.
  • Grid eXchange Fabric (GXF) : une plateforme logicielle qui permet la surveillance et le contrôle du matériel.
  • Hyphae qui vise à rendre le réseau plus résilient et plus flexible grâce aux micro-réseaux.
  • Architecture fonctionnelle de LF Energy : les membres et sympathisants de la Fondation LF Energy se sont réunis pour créer une architecture fonctionnelle commune définissant un réseau électrique adapté à l’avenir.
  • OpenEEmeter : une boîte à outils open source pour la mise en œuvre et le développement de méthodes standard pour le calcul de la consommation d’énergie mesurée normalisée (NMEC) et de l’utilisation d’énergie évitée.
  • OpenGEH (Green Energy Hub) qui vise un règlement rapide et flexible des mesures horaires de la production et de la consommation d’électricité.
  • openLEADR : une implémentation conforme d’OpenADR pour Python 3.
  • OpenSTEF qui fournit des pipelines d’apprentissage automatique pour fournir des prévisions précises, auto-correctrices et explicables de la charge sur le réseau pour les prochaines 48 heures.
  • OperatorFabric : une plate-forme d’exploitation de réseau extensible et flexible qui offre une gestion stratégique de l’information grâce à une approche modulaire pour les applications, de nouvelles fonctionnalités faciles à ajouter et des API ouvertes.
  • PowSyBl (Power System Blocks) : une bibliothèque de composants modulaires dédiée à la modélisation et à la simulation de réseaux électriques.
  • RTDIP (Real Time Data Ingestion Platform) : cette plateforme, développée à l’origine chez Shell, vise à fournir un accès facile à des données de processus historiques et en temps réel en grand volume pour pour les applications d’analyse, les ingénieurs et les scientifiques des données
  • SEAPATH (Software Enabled Automation Platform and Artifacts) qui vise à développer un « modèle de référence » et une plateforme temps réel open source de qualité industrielle pouvant exécuter des applications d’automatisation et de protection virtualisées, pour l’industrie des réseaux électriques en premier lieu)
  • Shapeshifter qui met en œuvre le cadre universel de l’énergie intelligente pour les processus de prévision de la flexibilité, d’offre, de commande et de règlement.
  • SOGNO (Service-based Open-source Grid automation platform for Network Operation of the future) qui vise à créer des micro-services plug-and-play, cloud-native, pour mettre en œuvre la prochaine génération de systèmes de surveillance et de contrôle basés sur les données.
  • Super Advanced Meter (SAM) : un projet de spécification open source axé sur une passerelle de données de compteur intelligent largement applicable.

La LF Energy annonçait en février 2023 le lancement de deux nouveaux projets sous son égide :

  • Dynawo, développé à l’origine par RTE : une suite hybride C++/Modelica d’outils de simulation open source pour les réseaux électriques. Il vise à fournir aux parties prenantes des réseaux électriques une suite d’outils de simulation transparente, flexible, interopérable et robuste qui pourrait faciliter la collaboration et la coopération dans la communauté des réseaux électriques.
  • OpenFIDO (« Open Framework for Integrated Data Operations ») qui vise à favoriser l’utilisation commerciale de la technologie GridLAB-D du ministère américain de l’énergie par les distributeurs, les chercheurs et les producteurs d’énergies renouvelables

Un outil mis au point par la LF Energy permet d’explorer l’écosystème des projets Open Source dans le secteur de l’énergie.

 

OS-Climate : l’open source pour atteindre les objectifs climatiques de Paris

OS-Climate (OS-C) est une communauté collaborative Open Source pour construire une plateforme de données et de logiciels destinés à lutter contre le changement climatique.

L’initiative regroupe les meilleures données et modélisations disponibles dans le monde entier dans un modèle physico-économique amélioré par l’IA qui fonctionne comme un système d’exploitation. Le projet est développé en collaboration avec BNP Paribas, Allianz, Airbus, Amazon, Red Hat, Ortec Finance et la Fondation Linux.

Les institutions financières, les entreprises, les ONG, les régulateurs et les universitaires peuvent accéder au code source des outils d’OS-Climate pour soutenir des décisions financières en faveur du climat.

 

Prédominance de l’open source dans les projets de blockchain dans l’énergie

Conçue pour sécuriser des transactions sans tiers de confiance, la technologie Blockchain suscite un grand nombre d’initiatives dans le domaine de l’énergie, notamment pour suivre les sources d’énergie renouvelables et s’assurer que l’énergie fournie est vraiment 100 % renouvelable[15]. Les promoteurs de la Blockchain privilégient le modèle collaboratif de l’open source dans la conduite de leurs projets (l’ouverture du code du Bitcoin a rendu possible le développement de nombreux autres cryptomonnaies). L’Energy Web Foundation s’est imposée comme le principal pôle pour l’identification des cas d’usage et le développement de solutions comme l’Energy Web Chain, une infrastructure numérique reliant opérateurs de réseaux, clients et actifs physiques, l’Energy Web-DOS, un système d’exploitation décentralisé, ou encore l’Energy Web Token (EWT) pour la gestion des transactions. Des énergéticiens de premier plan collaborent au sein de l’Energy Web Foundation, parmi lesquels Shell, EDF, Engie, Equinor, Siemens, E.on, Innogy et Centrica.

A noter que plusieurs projets de la LF Energy s’appuient sur des technologies Blockchain[16]. La LF Energy compte désormais parmi ses membres plusieurs acteurs de la Blockchain comme Blockchain Technology Partners, Cleartrace BC, Electricity Maps, Energinet, FlexiDAO, UtilityAPI ou encore WattCarbon.

« Le temps est révolu où nos systèmes électriques ne comprenaient que des entreprises intégrées verticalement et régies par des hiérarchies rigides. La production ne contrôle plus la demande. La transmission ne transporte pas toute la production. Les ressources distribuées, la production et la demande des clients, les véhicules électriques et le stockage local prennent des décisions « derrière le compteur ». La distribution n’est plus un tuyau passif à sens unique qui commence par les centrales de production d’énergie de niveau supérieur qui produisent et vendent leur produit », explique Jean-Michel Glachant, président de l’Association internationale des économistes de l’énergie (IAEE). « Alliander et RTE ont démontré les avantages substantiels déjà obtenus par la philosophie open source dans le secteur de la production et de la distribution d’électricité. De plus, cela montre combien de progrès supplémentaires pourraient être réalisés avec la collaboration de l’open source. Cette approche devrait être adoptée par les utilities du monde entier dès que possible ».

[15] Blockchain dans le domaine de l’énergie : où en est-on ?

[16] Blockchain at Work in the Energy Sector

 

Post-scriptum

La directrice exécutive de la LF Energy, Shuli Goodman, est décédée le 3 janvier 2023, a l’issue d’une une longue bataille contre le cancer. Shuli Goodman avait travaillé sans relâche pour développer les projets et les partenariats de la LF Energy et pour atteindre les objectifs urgents de décarbonation grâce à l’open source[17].

[17] In Memoriam: Dr. Shuli Goodman

 

Sources