Janvier 2013
sommaire
Responsabilité & Environnement
Gérer les énergies intermittentes électriques
Ce numéro a été coordonné
par Gilles BELLEC
N° 69
Avant-propos
Par Gilles BELLEC
Conseil général de l’Économie
1.1. Aspects techniques
Les caractéristiques des énergies intermittentes électriques sont-elles problématiques ? Les particularités techniques du solaire et de l’éolien
Par Jean-Louis BAL
Président du Syndicat des énergies renouvelables
et Cédric PHILIBERT
Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie
La variabilité (1) de certaines énergies renouvelables (principalement de l’éolien et du solaire photovoltaïque) pose des problèmes réels souvent mal compris et sures- timés. La variabilité n’est pas une nouveauté pour les gestionnaires de réseaux électriques. Ceux-ci doivent constamment faire face aux variations de la demande d’électricité ainsi qu’aux incidents susceptibles d’affecter les outils de production ou les réseaux de transport et de distribution. L’introduction dans les réseaux de renouvelables variables augmente certes le besoin de flexibilité, mais elle ne le crée pas, et l’on peut, par ailleurs, travailler à augmenter cette dernière. Examinons donc la situation française à court terme (à l’horizon 2020), puis les questions qui se posent pour la plupart des réseaux à plus long terme, avant de revenir sur les spécificités françaises. (1) Ce terme correspond mieux à la réalité du photovoltaïque et de l’éolien que celui d’intermittence, lequel évoque un fonctionnement aléatoire, de type « tout ou rien », plutôt qu’une variation continue et largement prévisible entre puissance nulle et pleine puissance
Gestion des énergies renouvelables intermittentes sur les marchés de l’électricité
Par Mathieu BONNET
Directeur général de la Compagnie Nationale du Rhône
À partir de la concession du Rhône et de la libéralisation du marché de l’électricité, la Compagnie Nationale du Rhône (CNR) a développé un modèle intégré de gestion des énergies renouvelables intermittentes hydrauliques, éoliennes et photovotaïques autour de la prévision, de l’optimisation et de l’accès aux marchés. S’il est beaucoup plus difficile de gérer ces énergies que les moyens thermiques classiques, ce n’est cependant pas impossible. Le système développé par la CNR lui permet de mieux valoriser sa production et de développer des capacités de stockage. Il est indispensable pour pouvoir « se servir utilement » de ces énergies anciennes issues de technologies nouvelles. Ce modèle forme aujourd’hui le cœur du process de CNR, à côté de l’exploitation et de la maintenance de ses installations, et constitue la base de son développement futur. Celui-ci passera par l’agrégation d’autres actifs et par la nécessaire anticipation des évolutions que le système électrique pourrait connaître avec l’émergence des réseaux intelligents (smart grids), la production distribuée et de nouvelles possibilités de stockage.
Gérer les énergies électriques intermittentes : les perspectives ouvertes par la recherche
Par Bernard BIGOT
Administrateur général du CEA
Au-delà de la difficile question des éventuels surcoûts prévisibles du kWh unitaire introduits sur le réseau et qu’il faut tenter de rendre aussi faibles que possible par l’amélioration des technologies de captage et de conversion, l’intégration en proportions croissantes d’électricité produite à partir d’énergies renouvelables dans notre consommation nationale, d’abord en substitution aux combustibles fossiles, pose à la recherche des défis afin de limiter les contraintes dues au caractère intermittent de la plupart des énergies précitées. Les solutions proposées passent par le développement de capacités de stockage local ou centralisé performantes sur le plan technique tout autant qu’économique et par l’introduction des technologies de l’information dans les réseaux et les équipements électriques afin d’inverser la logique qui prévaut actuellement, de façon à ce que la demande s’ajuste désormais à l’offre, et non l’inverse, certes dans des proportions sans doute limitées, mais indispensables.
1.2. Les modèles économiques
L’interaction entre les énergies nucléaire et renouvelables et ses effets systémiques dans les réseaux électriques bas carbone
Par Pr. Jan Horst KEPPLER
Professeur d’économie à l’Université Paris-Dauphine, directeur scientifique de la Chaire European Electricity Markets (CEEM) et codirecteur du Master Energie, Finance Carbone (EFC) (jusqu’au mois de février 2012)
et Marco COMETTO
Analyste en énergie nucléaire, Agence de l’Énergie Nucléaire (AEN) de l’OCDE
Nous présentons dans cet article une synthèse des résultats de l’étude « Énergies nucléaire et renouvelables : effets systémiques dans les réseaux électriques bas carbone » récemment publiée par l’Agence pour l’Énergie Nucléaire de l’OCDE. Cette étude analyse les interactions entre les technologies programmables et les énergies renouvelables variables (principalement l’éolien et le solaire), présente les principaux effets de ces interactions sur le système électrique et apporte des estimations empiriques systématiques des coûts associés pour six pays membres de l’OCDE.
L’impact des énergies intermittentes sur les prix de marché de l’électricité
Par Patrick ADIGBLI
Analyst, Product Design Department, EPEX SPOT
et Audrey MAHUET
Director of Product Design Department, EPEX SPOT
En parallèle au processus de libéralisation du marché de l’électricité, ces vingt dernières années ont été marquées par une forte expansion des énergies renouvelables en Europe. L’augmentation de la part des énergies renouvelables dans le mix énergétique, avec l’objectif de la Commission européenne de 20% de renouvelables d’ici à 2020, n’est pas sans incidence sur la formation des prix de marché. En effet, les énergies intermittentes subventionnées peuvent, de par l’effet « ordre de mérite », entraîner des réductions de prix sur le court terme, voire des prix négatifs à certaines périodes de l’année.
La contribution des énergies intermittentes à l’amélioration du bilan carbone
Par Jean-Louis BOBIN
Professeur émérite – Université Pierre et Marie Curie
Hubert FLOCARD
Directeur de recherche (DRCE) CNRS en retraite
Jean-Pierre PERVÈS
Ancien directeur des centres de recherche de Fontenay-aux-Roses et de Saclay du Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives
et Bernard TAMAIN
Professeur émérite – Université de Caen
Sources d’énergie renouvelable, le solaire et l’éolien sont par nature intermittents. La gestion de leur production d’électricité est donc un problème à solutions multiples. Toutes ne sont cependant pas compatibles avec la nécessité de réduire les émissions de gaz à effet de serre et de prévenir ainsi la menace d’un changement climatique.
2.1. Les réseaux électriques en France
Les énergies intermittentes : quel impact sur les réseaux de transport d’électricité ?
Par Dominique MAILLARD
Président du directoire de RTE (Réseau de Transport d’Electricité)
L’intégration des énergies renouvelables constitue l’un des enjeux les plus structurants pour l’évolution du système électrique dans les années à venir. Ainsi, il est indispensable de faire évoluer les modes d’exploitation des réseaux électriques en les rendant toujours plus « intelligents » (smart grids) et de renforcer la coordination entre les réseaux électriques à l’échelle de l’Europe. En outre, il convient de développer un réseau de transport adapté et interconnecté au niveau européen de façon à tirer parti des complémentarités énergétiques existant au sein de cette zone géographique.
Gérer les productions électriques intermittentes Au cœur des smart grids, les gestionnaires de réseaux de distribution
Par Gilles GALLÉAN
Membre du Comité exécutif d’Électricité Réseau Distribution France (ERDF), Directeur Technique
Une véritable révolution des systèmes électriques est en cours avec le développe- ment rapide de la production d’électricité décentralisée, l’émergence d’une gestion active de la demande, l’introduction annoncée de nouveaux moyens de stockage et l’apparition de nouveaux usages (comme les véhicules électriques). Ces transformations vont se concrétiser progressivement, de façon différenciée suivant les pays et les régions, mais elles vont se conjuguer pour former un système dont la gestion nécessitera beaucoup plus d’intelligence, d’automates et d’électronique. À la croisée entre la production et la consommation d’électricité, le gestionnaire de réseau de distribution doit maîtriser la complexité technique du nouveau système, limiter la hausse des coûts et garantir la qualité de service attendue par les clients et les acteurs du marché.
Gérer les énergies intermittentes pour la production d’électricité dans des îles
Par Bernard MAHIOU
Directeur Finances et Développement, EDF Systèmes Energétiques Insulaires
Les îles « électriques » françaises que sont les départements d’outre-mer et la Corse sont de petits systèmes électriques isolés faisant partie de la catégorie des zones non interconnectées (ZNI) au réseau métropolitain continental. Elles se caractérisent par une croissance importante de la consommation et un coût de l’électricité très élevé, largement subventionné grâce au dispositif de péréquation de l’électricité couvert par la contribution au service public de l’électricité (CSPE). Le développe- ment des énergies renouvelables (ENR) intermittentes, surtout d’origine photovoltaïque (PV), y a été exponentiel depuis 2008 grâce à un fort soutien par des poli- tiques publiques en termes d’objectifs, de tarifs d’
2.2. Les réseaux électriques en Europe
Le développement du réseau de transport électrique allemand : un défi majeur pour les gestionnaires
Par Olivier FEIX
Directeur Communication et Relations Publiques de 50Hertz, ges- tionnaire allemand de réseau de transport d’électricité
La catastrophe survenue dans la centrale nucléaire japonaise de Fukushima a changé la politique énergétique allemande de manière fondamentale. L’impact des informations émanant du Japon a poussé le gouvernement fédéral allemand à redoubler ses efforts pour augmenter encore plus rapidement la part des énergies renouvelables dans le mix énergétique allemand et mettre un terme à l’utilisation du nucléaire dans les plus brefs délais. Cette Energiewende, comme l’appellent les Allemands, est une des grandes priorités politiques du gouvernement et le projet par excellence qui mobilise l’ensemble de la société allemande. Ce changement de politique énergétique a poussé à revoir en un temps record bon nombre de lois pour cadrer cette transition énergétique. Si la plupart des acteurs s’attendaient à d’importants amendements des textes directement liés au parc de production, ce qui est remarquable – et sans doute aussi plus surprenant – c’est l’ampleur des changements concernant les lois relatives aux réseaux électriques, et plus particulièrement à la gestion et au développement du réseau de transport d’électricité.
L’intégration des énergies renouvelables au système électrique espagnol
Par Miguel R. DUVISON GARCÍA et Ana RIVAS CUENCA
Red Eléctrica de España (REE), Madrid, Espagne
La croissance de la quantité d’énergie d’origine renouvelable injectée dans le système électrique de la péninsule ibérique, associée à l’installation d’autres technologies, représente un défi en raison des particularités de ce type de technologies. Des solutions innovantes et de nouveaux paradigmes opérationnels peuvent s’avérer indispensables pour relever ce défi. Les réseaux doivent intégrer de nouvelles spécifications adaptées à ces technologies, et des stratégies de gestion de la demande doivent être intégrées aux centres de contrôle, de manière à maximiser la production d’électricité renouvelable tout en équilibrant le réseau et en en maintenant la sécurité. En temps réel, les progrès les plus susceptibles de faciliter l’intégration de ressources renouvelables sont l’introduction de l’observabilité et celle de la contrôlabilité, toutes deux fondamentales pour l’équilibrage du réseau et la gestion de l’impact des énergies renouvelables sur l’adéquation entre la production et la demande. À cet égard, le système électrique espagnol a chargé spécifiquement un centre de contrôle de la gestion de ces technologies, afin de maximiser la quantité d’électricité d’origine renouvelable.
Quelle politique européenne pour les réseaux électriques ?
Par Marc GLITA et Aurélien GAY
Ingénieur des Mines
Le développement des énergies alternatives se heurte à des difficultés économiques et politiques souvent insoupçonnées. Aux généreux tarifs de r
Le flexing électrique
Par Philip LOWE
Directeur général de la DG Énergie à la Commission européenne
et Mark Van STIPHOUT
Membre du cabinet du commissaire à l’Énergie à la Commission européenne
La part totale des renouvelables dans l’électricité de l’Union européenne devrait passer de 19,4% en 2010 à 34% en 2020. Les changements dans la manière de produire de l’électricité qu’implique l’engagement pris par l’Union européenne de réduire ses émissions de CO2 et d’augmenter la part des renouvelables dans son mix électrique requièrent de nos systèmes électriques qu’ils deviennent beaucoup plus flexibles qu’ils ne le sont aujourd’hui. (1) Le flexing (également appelé bone breaking) est un style de danse des rues originaire de Brooklyn, un quartier de New York. Il se caractérise par des mouvements rythmiques de contorsion combinés à des agitations des mains, à des glissements et à des entrechats. Les danseurs de flex, que l’on appelle les flexors, dansent souvent torse-nu et utilisent des chapeaux comme accessoires. Le flexing est essen- tiellement dansé sur de la musique hip-hop, mais il ne dérive pas de la danse hip-hop, ni de la culture hip-hop. Il est une évolution d’un style jamaïcain de danse des rues appelé bruk-up, qui est dansé sur des musiques dancehall et reggae (Source : www.wikipedia.org).
L’effacement diffus, une nouvelle filière électrique mondiale, née en France, va accompagner une transition énergétique juste
Par Pierre BIVAS
Président directeur général de Voltalis S.A.
Ouvrant la possibilité de piloter la demande pour participer à l’équilibre électrique, l’effacement diffus constitue une nouvelle filière électrique d’envergure mondiale. Ce métier permet de réaliser jusqu’à 15 % d’économies d’énergie (en supprimant les gaspillages) sans aucun frais pour les consommateurs ni pour les contribuables. Cette activité est rentable dès lors que l’on peut lui attribuer la valeur des économies qu’elle fait réaliser au système électrique dans son ensemble en termes d’énergie et d’investissements évités. Les fournisseurs s’y opposent, car leur raison d’être est de vendre plus d’énergie et plus cher. Ils feignent même de vouloir exerer ce métier nouveau, malgré un retard de plusieurs années sur la technologie et un conflit d’intérêts manifeste. Malgré cela, le cadre réglementaire se met en place avec le soutien courageux et lucide de la puissance publique. Cette filière créée par Voltalis en Europe est porteuse d’économies pour sept millions de foyers équipés au tout électrique en France, parmi lesquels les plus modestes, et est source de milliers d’emplois directs. Cette innovation à la fois technologique, écologique et sociale, incarne la transition énergétique juste engagée par notre pays.
3. La politique industrielle
L’industrie éolienne française
Par Alain LIGER
Ingénieur général des Mines, Conseil général de l’Économie, ministère de l’Économie et des Finances et ministère du Redressement productif
Présente en France depuis les années 1990, la production d’énergie électrique par la force du vent représentait une puissance raccordée de 6 750 MW à la fin 2011. Si l’essentiel des mises en service récentes et du parc total de machines est le fait de constructeurs étrangers, l’industrie française a été, ces dernières années, présente sur le marché ; en effet, des PME françaises y occupent des marchés de niche, et par ailleurs, l’industrie européenne incorpore de nombreux composants français ; enfin, deux grandes entreprises françaises ont pris récemment des positions industrielles de niveau européen. À ce titre, le développement actuel de l’éolien offshore représente pour les entreprises françaises une réelle opportunité stratégique, d’autant plus que la France, outre le fait qu’elle bénéficie de conditions géographiques favorables à l’implantation de tels parcs, dispose à travers son industrie parapétrolière d’un véritable savoir-faire en matière de travaux en mer.
Quelle politique industrielle en matière d’électricité solaire photovoltaïque ?
Par Fabrice DAMBRINE
Ingénieur général des Mines, Président de la section Innovation, compétitivité et modernisation du Conseil général de l’Économie, ministère de l’Economie et des Finances et ministère du Redressement productif
La production d’électricité photovoltaïque a connu une très forte expansion au cours de la dernière décennie, notamment en Europe et, en son sein, plus particulièrement en Allemagne et en Italie, sous la double impulsion de tarifs de r
Gérer les intermittences électriques (production et transmission d’électricité) : le point de vue d’un industriel
Par Jérôme PÉCRESSE
Jérôme PÉCRESSE
La combinaison d’un contexte de croissance de la demande mondiale en électricité, qui devrait progresser de 2,4 % sur la période 2006-2030, et d’une prise en compte des préoccupations environnementales dans les politiques énergétiques des Etats qui favorise le développement d’un mix énergétique intégrant beaucoup plus d’énergies renouvelables, nécessitent le développement de nouvelles solutions visant à accroître la flexibilité du système électrique, tant du point de vue de la gestion du réseau que des moyens de production.