technologies & enjeux / éolien ET système électrique
L’éolien et les réseaux électriques
D’ici à 2028, en France, la Programmation Pluriannuelle de l’Energie prévoit une capacité éolienne raccordée au réseau électrique de 34 100 à 35 600 MW à terre et de 4 700 à 5 200 MW depuis la mer.
Au centre de la gestion des flux d’électricité se trouvent le système électrique et les réseaux de transport et de distribution de l’électricité. Historiquement conçus pour transporter l’énergie électrique de sites de production centralisés jusqu’aux consommateurs, ces réseaux doivent aujourd’hui s’adapter aux caractéristiques d’une production de plus en plus décentralisée. Il faudra introduire davantage de flexibilité dans les systèmes électriques, tant du côté de la production que de la consommation pour répondre aux enjeux d’un mix électrique plus durable.
Des solutions pour s’adapter à la variabilité de la production éolienne
L’éolien, au même titre que le photovoltaïque, est une énergie variable, dont la production dépend des conditions météorologiques et peut donc évoluer avec le temps. En parallèle, la consommation d’électricité est également variable. La gestion de la variabilité est fondamentale pour le pilotage d’un système électrique qui doit s’assurer en permanence de l’équilibre entre production et consommation. Cette problèmatique n’est pas apparue avec l’éolien et le photovoltaïque : le système électrique conventionnel demandait de gérer la variabilité de la consommation. Dans un système à plus grande part d’EnR, la production et la consommation sont variables.
Toutes les énergies renouvelables électriques ne présentent pas un caractère de variabilité. Des technologies comme le biogaz, les centrales électriques à partir de biomasse solide, l’hydraulique ou la géothermie sont des moyens de production qui peuvent se piloter de façon équivalente aux centrales conventionnelles.
Par ailleurs, le foisonnement des sources de production, sur l’ensemble du territoire, permet de diminuer l’impact de la variabilité de chacun des sites. Il est rare que le vent ne souffle pas sur l’ensemble du territoire national, les installations de production ne sont donc pas à l’arrêt toutes en même temps. Pour l’éolien, par exemple, les données publiques de production fournies par RTE montrent que, si la variabilité de production à l’échelle d’une éolienne est forte, cette variabilité est lissée à l’échelle régionale et, d’autant plus, à l’échelle nationale, du fait notamment des trois régimes de vent indépendants présents sur le territoire français (méditerranéen, continental et océanique).
Enfin, l’effet de foisonnement est amplifié lorsque l’on considère deux technologies aux gisements complémentaires d’un point de vue météorologique comme l’éolien et le solaire.
La gestion de la variabilité est-elle un problème ?
Malgré une forte pénétration des énergies renouvelables variables dans le mix de production électrique français au cours des dix dernières années, le risque d’un problème majeur en cas de défaillance massive des technologies éoliennes et photovoltaïque est très faible. En effet, à fin 2015, les capacités nationales disponibles de production électrique des technologies dites flexibles, c’est-à-dire de sites dont la production est totalement pilotable et qui peuvent être mises à disposition dans un délai de 15 minutes (centrales gaz, pétrole, lignite, charbon, biomasse solide, pompage-turbinage) représentaient 2,9 fois les puissances totales éoliennes et photovoltaïques en activité 1. De plus, ce ratio se rapporte à une défaillance hypothétique et extrêmement peu probable de 100 % de l’ensemble des installations éoliennes et photovoltaïques métropolitaines.
1 Source : État des énergies renouvelables en Europe 2016 – indicateurs sur la flexibilité du système électrique
Pour gérer la variabilité de la production électrique éolienne, les réseaux utilisent différents outils :
RTE utilise la plateforme IPES Insertion de la production éolienne et photovoltaïque sur le système (IPES) pour la gestion du PV et de l’éolien sur le réseau électrique. Cet outil permet de maintenir l’équilibre offre-demande en gérant les prévisions de production EnR de manière précise jusqu’à trois jours en avance. Après un an d’utilisation de la plate-forme expérimentale, il a été constaté un écart type prévisions / réalisations sur l’ensemble de la France de 3 % à l’échéance d’une heure et de 7 % à l’échéance de 72h ce qui est satisfaisant pour la maîtrise de l’équilibre offre-demande.
Ces nouvelles formes de réseau de distribution d’électricité s’appuient sur la circulation d’information entre les producteurs, les fournisseurs et les consommateurs afin de dégager des marges de flexibilité. Les futurs systèmes électriques s’appuient sur un comptage de l’énergie plus précis. Avec une anticipation des productions EnR et des consommations, ils pourront activer le pilotage de la demande (ballons d’eau chaude, recharge des véhicules électriques, stockage, etc.).
Le stockage est un moyen pilotable supplémentaire, utilisé à la fois pour absorber les surplus d’électricité et pour les restituer aux heures de productions EnR les plus faibles. Différentes technologies sont à l’étude en fonction des quantités d’électricité à stocker et des durées des cycles de stockage – déstockage.
L’éolien, acteur de l’équilibre du réseau
Des pays comme l’Allemagne ou le Danemark montrent qu’à mesure que la part de l’éolien augmente dans le mix électrique d’un pays, son rôle évolue jusqu’à devenir un rouage actif de l’équilibre du réseau électrique.
Dans ces pays, une part de la puissance éolienne raccordée au réseau est intégrée aux réserves de puissance dont disposent les opérateurs pour ajuster, à la hausse ou à la baisse, la fréquence du réseau. Ainsi, l’éolien devient un vecteur fiable de pilotage du réseau électrique.
LEXIQUE
Réseau : infrastructure acheminant l’électricité des sites de production vers les consommateurs.
RTE (Réseau de Transport d’Electricité): filiale d’EDF qui gère le réseau de transport d’électricité haute tension et très haute tension pour le territoire métropolitain français.
Enedis : filiale d’EDF qui gère et aménage le réseau de distribution d’électricité pour le territoire métropolitain français.