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RÉSUMÉ
De nombreux scénarios énergétiques récents proposent des déploiements éolien et solaire massifs qui, au vu des données disponibles, vont induire des déséquilibres entre production et consommation instantanées d’électricité fréquents, importants et peu prévisibles. L’impact doit en être évalué en relation avec la capacité d’ajustement des moyens de production restant en soutien. Le basculement du défi actuel d’un pilotage des réseaux électriques satisfaisant les besoins d’électricité des consommateurs, à celui d’une compensation en temps réel des productions intermittentes, va s’imposer. Comme illustration, cet article évalue les effets sur le réseau français et les interconnections européennes du scénario proposé par l’ADEME de développement de l’éolien et du solaire à l’horizon 2030.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Hubert FLOCARD : Directeur de recherche CNRS en retraite, St Jean de Védas, France
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Jean-Pierre PERVÈS : Ingénieur A et INSTN en retraite - Ancien directeur du CEA Fontenay-aux Roses et du CEA/Saclay, Bures sur Yvette, France
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Jean-Paul HULOT : Ingénieur en retraite, CEA, Limours France
INTRODUCTION
Les expressions, « Il y a toujours du vent quelque part ». « Il y a du soleil en milieu de journée quand le besoin d'électricité est le plus fort », en général énoncées sans s'appuyer sur de quelconques observations chiffrées, semblent relever d'un solide bon sens populaire. Or, ces dernières années ces phrases, imprécises et de ce fait sans véritable utilité, se sont retrouvées élevées au rang de concepts par les promoteurs des énergies renouvelables électrogènes. On parle alors de « foisonnement » et, en ce qui concerne l'électricité photovoltaïque, d'« adéquation production/consommation», auxquels on attribue la vertu de lisser ou d'ajuster aux besoins la production d'un pays ou celle d'un continent. Le foisonnement représente donc la capacité que pourrait avoir la production d'une zone climatique de compenser un excès ou un déficit de production dans une autre zone climatique : cette notion s'applique à l'éolien comme au solaire.
Ce faisant, on cherche avant tout à minorer une faiblesse majeure de ces productions : elles sont essentiellement intermittentes (ce travail traite conjointement de l'intermittence climatique de l'éolien et du solaire et de la variabilité journalière et saisonnière de ce dernier) et très médiocrement prévisibles. On verra qu'elles deviennent difficilement gérables dès que leurs contributions dépassent un certain niveau. En effet, un examen des données de production détaillées, en France comme dans l'Europe interconnectée, montre que l'intermittence est toujours très prononcée. L'amplitude et la cinétique des variations de production peuvent, même pour des tailles modestes de parcs éolien ou solaire, rapidement dépasser celles de la consommation de sorte qu'ils ne répondent que très imparfaitement aux besoins et souvent en créent de nouveaux.
Les dictionnaires français associent le mot « foisonnement » à la seule notion de « prolifération ». Dans cet article, nous avons plutôt utilisé l'acception originale, plus technique et maintenant reprise de façon récurrente par des organismes publics comme l'ADEME ou RTE, de « réduction des fluctuations temporelles de la production éolienne ou solaire par une dispersion géographique de ses sites de production ». Le foisonnement ainsi défini attribue donc à une délocalisation spatiale de la production, la vertu de lisser son évolution en fonction du temps.
Pour illustrer ce concept, on montre, par exemple, que, sur un jour ou quelques jours soigneusement choisis, la production éolienne du Languedoc-Roussillon évolue plus ou moins en opposition de phase avec celle des régions du Nord de la France. Cependant, considéré d'un point de vue statistique, cet exemple n'est pas plus informatif de la réalité du foisonnement que l'observation de deux personnes qui lancent simultanément une pièce de monnaie : il arrive parfois que l'une tombe sur pile et l'autre sur face.
C'est donc sur un ensemble important de données correspondant à une longue période – une année par exemple et pour une résolution temporelle cohérente avec les besoins d'ajustement du réseau électrique (l'heure ou moins) – que la réalité du foisonnement doit être testée.
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Une Europe éolienne future ?
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2. Bases et caractéristiques des intermittences éolienne et solaire
Les intermittences de l'éolien et du solaire qui sont d'origine et de natures différentes sont d'abord examinées séparément, puis ensuite globalisées au niveau du pays.
Dans ce qui suit, nous appellerons puissance installée (P inst) pour l'éolien la puissance annoncée du parc éolien, et pour le solaire sa puissance crête. Ces puissances sont comparées aux puissances P effectivement livrées au réseau à tout instant ou en moyenne sur une certaine période (jour, semaine, mois année). Elles sont exprimées en MW ou GW. Les productions d'énergie sont exprimées en MWh, GWh ou TWh. Nous utilisons aussi la notion de facteur de charge qui renvoie à une performance de l'éolien ou du solaire spécifique d'un lieu, d'un pays indépendamment de la puissance installée. Il s'agit du rapport entre l'énergie livrée sur une période donnée et le produit de la puissance installée par la durée de la période. Le facteur de charge est une grandeur sans dimension comprise entre 0 et 1. Nous donnons sa valeur en % (de 0 à 100).
La figure 2 donne les caractéristiques de la production électrique française 2013 (tableau 1), issues du suivi par 1/2 d'heure de la production de RTE (site eCO2mix de RTE).
Le bilan de 539,4 TWh de la production d'électricité en France 2013 fait apparaître un excédent de production de 9,8 % : équilibre exportations moins importations (8,5 %) et alimentation des STEP (cf. définition ci-après) pour stockage d'électricité en excès (1,25 %). L'éolien et le solaire, avec une puissance installée de 12,4 GW fin 2013 ont fourni 3,8 % de l'énergie électrique. Par comparaison, si le nucléaire se voyait accorder la même priorité d'enlèvement, son taux de charge annuel moyen serait de 90 % (comme dans les pays voisins) et il produirait 3,9 fois plus d'électricité par GW installé.
Stations de transfert d'énergie par pompage STEP : en cas de surproduction d'électricité, l'eau d'un réservoir inférieur peut être pompée vers un réservoir supérieur où elle est stockée. Lorsque les besoins le nécessitent l'eau est turbinée et revient dans le réservoir inférieur : le rendement global varie de 76 à 85 %.
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Bases et caractéristiques des intermittences éolienne et solaire
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ACKET (C.), VAILLANT (J.) - Les énergies renouvelables : état des lieux et perspectives. - Éditions Technip (2011).
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(2) - La recherche scientifique face aux défis de l'énergie. - Académie des sciences, EDP sciences (2012).
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(3) - État des énergies renouvelables en Europe. - EurObserv'er, 12e bilan (2012).
-
(4) - Nucléaire et renouvelables dans la transition énergétique. - Revue générale nucléaire, no2, mars-avr. 2013.
-
(5) - SAFA (H.), BONIN (B.) - Quelle transition énergétique ? - EDP sciences (2013).
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(6) - Contribution de l'ADEME à l'élaboration de visions énergétiques 2030/2050. - ADEME, juin 2013.
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ANNEXES
Études Sauvons le climat http://www.sauvonsleclimat.org/etudes.html
Dossiers du Groupe de réflexion sur l'énergie au XXI e siècle (GR21) de la Société française d'énergie nucléaire (SFEN) http://www.sfen.org/-Dossiers-du-GR21-
Données sur la production d'électricité en France du Réseau de transport d'électricité (RTE), site eCO2mix https://www.rte-france.com/eco2mix
EEX transparency http://www.transparency.eex.com
Paul Frederik Bach http://www.pfbach.dk/
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
RTE
ErDF
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