Situation actuel et projections futures

Le système ENTSO-E (European Network of Transmission System Operators for Electricity) est un vaste réseau interconnecté composé de plusieurs régions (Fig.III.1) exploités par différents GRTs.

L'augmentation des activités économiques dans l'UE au cours des deux dernières décennies a entraîné une augmentation rapide de la consommation d'électricité. Néanmoins, en raison de la crise économique de 2008 et de ses conséquences sur la demande d'électricité, la majorité des pays de l'ENTSO-E ont observé une baisse de leur consommation entre 2009 et 2014 (voir la Fig.III.2). Cependant, en 2015, la consommation d'ENTSO-E a augmenté de 1,37% par rapport à l'année précédente. Comme, la croissance économique étant attendue dans la plupart des pays de l'ENTSO-E dans les années à venir, la consommation d'électricité dans l'UE continuera d'augmenter.

Fig.III.1. Une carte du système ENTSO-E (source: ENTSO-E) 3350 3100 3150 3200 3250 3300 3350 3400 2011 2012 _{2013 2014 2015} 3322 3288 3234 3278 TWh 3350 3100 3150 3200 3250 3300 3350 3400 2011 2012 _{2013 2014 2015} 3322 3288 3234 3278 TWh

Fig.III.2. Consommation d'énergie annuelle dans la zone ENTSO-E (source de données: ENTSO-E).

Table III.1 : Energy net generation (TWh) from 2011 to 2015 in the ENTSO-E area (data source: ENTSO-E).

Source 2011 2012 2013 2014 2015

Fossil fuels 1641 1562 1420 1344 1361

Renewable 323 382 438 470 553

Hydro 517 567 590 608 569

17 % 17 % 25 % 41 % Hydro Nuclear Fossil fuels Renewable 17 % 17 % 25 % 41 % Hydro Nuclear Fossil fuels Renewable

Fig.III.3. Production nette d'énergie (2015) dans la zone ENTSO-E (source de données: ENTSO-E).

Historiquement, le système énergétique de l'UE dépend fortement des combustibles fossiles, en particulier les pays ne disposant pas de ressources hydroélectriques ou des centrales nucléaires. Au cours des dernières années, la part de la production d'électricité à partir des combustibles fossiles et du nucléaire a diminué dans tous les pays ENTSO-E, tandis que la part des sources d'énergie renouvelables est en augmentation constante (voir le Tableau 3.1). Actuellement, la production d'énergie renouvelable, principalement solaire et éolienne, représente environ 17% de la consommation totale d'ENTSO-E (Fig.III.3). Il est clair que l'UE est en bonne voie pour atteindre ses objectifs de 2020 (une part de 20% d'énergie renouvelable, une réduction de 20% des émissions de gaz à effet de serre par rapport aux niveaux de 1990 et une augmentation de 20% de l'efficacité énergétique). Par conséquent, la part des sources d'énergie renouvelables (SER) dans le mix de production augmenterait rapidement dans les années à venir afin d'atteindre les objectifs à moyen et à long terme (2030 et 2050). Il serait particulièrement difficile pour le réseau européen pour faire face à ces défis majeurs. Les réseaux de transport seront exploités plus proches de leurs limites à l'avenir, ce qui réduit la sécurité du système. En effet, les réseaux existants en Europe sont déjà proches de leurs limites, ce qui est clairement confirmé par un certain nombre de blackouts au cours des deux dernières décennies [2,3]. Plusieurs lignes transfrontalières sont proches de leurs limites dans les régions de l'est et du centre-sud. Cela est principalement dû à des flux de puissance nord-sud élevés (voir la Fig.III.4), qui entraînent un certain nombre de goulets d'étranglement critiques dans les réseaux de transport transfrontaliers, en particulier à la frontière nord italienne et à la frontière germano-autrichienne [39,40].

Fig.III.4. Les flux de puissance transfrontaliers pour 21/01/2015 (jour) entre les pays ENTSO-E (Source: ENTSO-E).

Étant donné que de nombreux acteurs du marché utilisent le réseau en même temps, les flux de puissance réels peuvent différer considérablement de ce qui a été planifié à l'avance. Ceci est l'effet de boucle (ou parallèle) flux (voir la Fig.III.5), qui peut être décrit comme suit: alors que deux systèmes voisins (A et B) achètent et vendent de l'électricité contractée par l'intermédiaire des lignes d'interconnexion entre eux, une partie de la puissance traitée peut traverser d'autres systèmes (C sur la Fig.III.5) dans le système interconnecté [41-43]. Les facteurs de distribution de transfert de puissance (PTDF: Power Transfer Distribution Factors) sont les indices les plus couramment utilisés pour évaluer les problèmes de flux parallèles lorsqu'on considère des grands exportateurs ou importateurs d'énergie dans un réseau maillé. PTDFs montrent quel est le pourcentage d'un transfert qui apparaîtrait sur chaque interface si une puissance donnée est envoyée à partir d'une source spécifiée à un récepteur spécifié [44].

System A System C System B (Source) (Sink) System A System C System B (Source) (Sink) System A System C System B (Source) (Sink)

Fig.III.5. Effet de boucle flux.

Fig.III.6. (a) Valeurs PTDF pour une transaction France-Italie (source de données: [45]). (b) Valeurs PTDF pour une transaction Allemagne-Italie (source de données: [44]).

Comme un exemple, la Fig.III.6(a) montre des PTDFs dans des conditions de base lors d'une transaction entre la France et l'Italie avec des chiffres indiquant un pourcentage de flux à travers une frontière donnée. Seulement 39% de l'énergie contractée traverse la frontière franco-italienne alors que des flux parallèles apparaissent sur la Belgique, l'Allemagne, l'Autriche, la Slovénie et surtout la Suisse. Le réseau suisse est également fortement affecté par les exportations d'électricité de l'Allemagne vers l'Italie, comme on peut le voir sur la Fig.III.6(b). Le problème de flux parallèle est récemment devenu plus intense en raison de la difficulté à construire de nouvelles lignes de transmission. Afin d'assurer la sécurité de l'approvisionnement et d'améliorer la stabilité du système, il est absolument nécessaire d'augmenter les capacités de transport entre les États membres de l'UE et dans les zones régionales. Cependant, au cours de la dernière décennie, il n'y a pas eu d'augmentation

significative de la capacité de transport transfrontalier (voir la Fig.III.7(a)), alors que le flux transfrontalier a augmenté de manière significative (Fig.III.7(b)) [41,46].

Fig.III.7. (a) Capacité moyenne de transfert transfrontière nette (dans les deux sens), valeurs agrégées par région de 2010 à 2015 (source : [41]). (b) Échanges transfrontières dans la zone ENTSO-E (source: [46]).

De plus, le développement rapide des énergies renouvelables de nature intermittente dans différents coins de la région et loin des centres de charge crée des défis supplémentaires pour le réseau de transport européen. Selon le plan décennal de développement du réseau (TYNDP: ten-year network development plan), 80% des goulots d'étranglement en 2020 sont liés à l'intégration des SER.

Les réseaux électriques n'ont pas été conçus pour le commerce de l'énergie à grande échelle avec des conditions imprévisibles. Le Supergrid est l'outil qui a été considéré comme une solution magique pour soutenir la transition énergétique en Europe. Le Supergrid peut être défini comme un système de transport d'électricité qui reliera les réseaux nationaux avec les parcs éoliens offshore de la mer Baltique à la Méditerranée, en passant par la mer du Nord et l'Atlantique, ce qui permet la diffusion sûre de l'électricité entre les pays européens (Fig.III.8(a)). Dans certains scénarios, des connexions sous-marines sont proposées pour relier les centrales CSP dans les zones désertiques d'Afrique du Nord (voir la Fig.III.8(b)). Cependant, afin de construire un tel Supergrid, il y a plusieurs problèmes en suspens qui doivent être résolus. Les principaux défis et difficultés sont brièvement abordés dans la section suivante.

(a) (b)

(a) (b)

Fig.III.8. (a) Supergrid européen (source: Airtricity). (b) Le concept Desertec (source: [15])