Défis techniques et solutions envisageables

L'intégration d'électricité produite à partir de sources d'énergie renouvelables place le sys-tème - qui s'est développé sur des décennies et qui a été conçu pour distribuer l'électricité produite par les grandes centrales - face à de nouveaux défis. Le paradigme du transport d'électricité unidirectionnel se modifie toujours plus: en plus de l'approvisionnement des

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sommateurs finaux, toujours plus de petits producteurs sont raccordés au réseau de distri-bution. Les réseaux de distribution doivent donc reprendre l'électricité produite par ces petits producteurs et la transporter. Sous l'effet de l'injection d'électricité produite dans des installa-tions d'énergie renouvelable décentralisées, la tension augmente dans certaines secinstalla-tions des réseaux de distribution, avec le risque d'atteindre des valeurs non autorisées. Ces pro-blèmes dits de maintien de la tension surgissent avant tout au niveau de réseau 7, soit au niveau le plus bas. Si la puissance totale injectée par des installations produisant de l'énergie renouvelable dans un ou plusieurs ternes d'approvisionnement du réseau de distribution ex-cède la demande d'électricité, la direction du flux de courant change. Ce dernier peut donc devenir bidirectionnel. Le cas échéant, l'électricité qui n'est pas utilisée sur place est trans-portée dans des niveaux de réseau supérieurs; autrement dit, elle est «réinjectée». Les ré-seaux de moyenne et haute tensions et, le cas échéant, les réré-seaux de transport, doivent absorber l'électricité réinjectée en plus de l'électricité produite par les centrales raccordées et la transporter vers des centres de consommation plus éloignés. Outre à des problèmes de maintien de la tension, cette procédure peut provoquer une insuffisance de capacités aux niveaux supérieurs des réseaux de distribution. Il existe par ailleurs d'autres défis, tels que qualité de la tension, puissance de court-circuit, localisation des pannes, ainsi que dispositifs de protection des moyens d'exploitation et de l'homme. Souvent, ces dispositifs de protection doivent être adaptés en fonction du changement de direction du flux du courant ou des ca-ractéristiques techniques des sources renouvelables.

La garantie d'un équilibre permanent entre production et consommation, autrement dit la garantie du bilan du système, représente un autre défi posé par les sources d'énergie renou-velables. Le maintien du bilan du système est primordial pour la stabilité de l'exploitation du réseau électrique. La dépendance de l'offre et le difficile réglage des sources d'énergie re-nouvelables compliquent le maintien du bilan du système à différentes échelles temporelles (p. ex. heures à secondes). Si, en raison de l'offre, la production d'électricité d'origine photo-voltaïque ou éolienne augmente ou diminue de façon inattendue, il peut arriver qu'elle ne puisse pas être compensée par une diminution de la puissance de centrales thermiques ni être stockée (p. ex. centrales d'accumulation ou d'accumulation par pompage). Lorsqu'un tel déséquilibre intervient pendant des heures durant la journée, il peut p. ex. en résulter des prix négatifs. Dans un tel cas, une plus grande quantité d'électricité que nécessaire est pro-duite et injectée dans le réseau. Les prix négatifs stimulent une consommation additionnelle ou une production moindre. Sur les échelles temporelles plus courtes, lorsque p. ex. la pro-duction des installations photovoltaïques diminue suite à la formation imprévue de nuages, les centrales ou centrales d'accumulation flexibles, dont la production est donc réglable à court terme (p. ex. centrales à accumulation ou centrales à accumulation par pompage, cen-trales à cycle combiné ou demand side management) doivent compenser ces fluctuations rapidement. Ce type d'installation joue également un rôle primordial dans le contexte inter-national, parce qu'elles favorisent la stabilité de l'ensemble du système (Académies suisses des sciences, 2012). La diversification géographique des installations d'énergie renouvelable telles que les installations photovoltaïques ou éoliennes peut cependant contribuer à mieux équilibrer le bilan du système, puisque les effets de l'offre de ressources naturelles sont alors compensés.

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La mise en œuvre de mesures techniques appropriées permet de relever ces défis (dena, 2012) (Consentec, 2012). Ce faisant, il faut distinguer les défis concernant le maintien du bilan du système des défis ayant trait à la garantie d'une exploitation sûre du réseau. La mise en œuvre de telles mesures doit être coordonnée de manière à ne pas aggraver la si-tuation dans un autre domaine. Pour ce qui concerne le réseau, des mesures de renforce-ment classiques, soit le renforcerenforce-ment des capacités des lignes et des transformateurs, peu-vent déjà s’avérer fructueuses. Par ailleurs, d'autres mesures «innovantes» permettent d'ac-croître la capacité d'absorption des réseaux électriques pour la production d'électricité dé-centralisée. Ces mesures peuvent intervenir au niveau des éléments régulateurs de tension (réglage aux postes de transformation de moyenne/basse tension ou de haute/moyenne ten-sion) ou au niveau des éléments et mesures modifiant la charge (accumulateur, power 2 gas²⁸, accumulateur de chaleur, contrôle de l'injection et régulation active de la consomma-tion²⁹) (Consentec, 2013). Ces concepts et leur interaction sont regroupés sous le terme smart grids.

Le demand side management (DSM) constitue un autre type de mesures permettant de mo-difier la charge. Il concerne en l'occurrence essentiellement le comportement des consom-mateurs d'électricité, qui peut être activement influencé par le biais de mécanismes de con-trôle appropriés. Déjà courante, la commande centralisée qui par exemple vise à réduire les charges de pointe, est un ancêtre du DSM. Développée davantage, cette technologie recèle un potentiel encore plus grand: elle permettrait par exemple d'accroître la demande durant les périodes d'injection maximale (provenant p. ex. du secteur photovoltaïque), et atténuerait ainsi les effets sur le maintien de la tension et la réinjection. D'autre part, le DSM peut éga-lement être rendu opérationnel pour maintenir le bilan du système. Dans les exemples cités ci-dessus, le recoupement des domaines d'application potentiels de cette technologie est évident. Si le DSM devait être mis en œuvre pour équilibrer le bilan du système, il devrait être conforme au réseau.

Durant les périodes d'importante injection d'électricité provenant de sources décentralisées, la gestion de l'injection vise à diminuer l'injection de courant renouvelable, afin de ne pas charger les réseaux électriques au-delà de leurs limites techniques. Ce faisant cependant, une part des énergies renouvelables est irrémédiablement perdue. Au sens large, le DSM et la gestion de l'injection sont également considérés comme des mesures appartenant aux smart grids.

Outre la mise en œuvre de multiples technologies visant à maintenir le bilan du système, il est très important de disposer de prévisions précises sur la production à partir d'énergies renouvelables. Plus les prévisions sont précises, plus l'écart par rapport à l'équilibre entre production et consommation initialement planifié sera faible. De bonnes prévisions garantis-sent également la minimisation des capacités requises pour compenser les déséquilibres.

Ces capacités peuvent être sollicitées sous forme de prestations de système et d'énergie de réglage. La mise à disposition d'énergie de réglage est une opération onéreuse et

28 Selon ce concept, l'excédent d'électricité renouvelable injecté est transféré dans le système gazier, pour reproduire de l'électricité par la suite, lorsqu'elle est nécessaire.

29Active demand (demande active): repose sur le principe qu'en cas d'importante production photovoltaïque, la demande d'électricité augmente pour atténuer la réinjection.

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quement complexe. Si les capacités d'énergie de réserve sont moins sollicitées grâce à de meilleures prévisions, les coûts diminuent et une meilleure sécurité de l'approvisionnement est assurée, puisqu'il est toujours possible d'agir dans les limites de la réserve prévue à cet effet.