La technologie comme solution clé

Réseau et stockage de l’électricité

Si les experts en énergie sont unanimes quant à la nécessité d'une extension du réseau électrique allemand pour faire face à la croissance de la part des énergies renouvelables dans l'approvisionnement énergétique, aucun consensus n’existe sur la façon d’y parvenir. Si certains estiment nécessaire la construction de 4 500 km de nouvelles lignes, d’autres pensent que la moitié devrait suffire. Le réseau allemand se compose à l’heure actuelle de 35 000 kilomètres de lignes de transmission à très haute tension, et de 95 000 km de lignes à haute tension. Il est entièrement construit pour le secteur énergétique conventionnel. Le nombre de nouvelles lignes nécessaires pour le développement des renouvelables est donc comparativement minime. On compte 510 000 kilomètres de lignes électriques à moyenne tension et environ 1,1 million de kilomètres de lignes de distribution à basse tension.

Les énergies éolienne et solaire n’étant pas flexibles, le passage à l’électricité renouvelable représente un défi technique. En effet, la production des turbines éoliennes et des panneaux solaires ne peut, en cas de hausse de la demande, être aussi facilement augmentée que la production des centrales à charbon et des centrales nucléaires. Un certain nombre de solutions existent.

Il est absolument impératif que le volume exact d’électricité nécessaire soit disponible, à tout moment, sans quoi il y a un risque d'effondrement du réseau. La production d’électricité a donc toujours été adaptée à la demande. Un certain nombre d’options de stockage sont à l’étude. Elles vont de l’air comprimé sous terre dans des cavernes naturelles centrales de au pompage-turbinage (STEP), les volants d’inertie et les batteries. Par ailleurs, l’Allemagne prévoit d’utiliser le gaz naturel comme carburant de transition, pour le remplacer un jour par du biogaz et de l’hydrogène durables fabriqués à partir des excédents éolien et solaire. Les énergies solaire et éolienne pourraient en effet être stockées sous forme de gaz (procédé « Power-to-Gas » ou P2G), pouvant être utilisé comme carburant pour les techniques de chaleur, ou pour produire de l’énergie au moment où il y en a besoin. Enfin, les « réseaux intelligents » permettront d’adapter la demande énergétique à l’offre disponible d’énergie renouvelable.

Le stockage de l’énergie est une nécessité

L’intégration européenne pourrait être une solution, notamment pour remédier à la capacité limitée de stations de pompage-turbinage (STEP) de l’Allemagne. Il a été proposé à l’Allemagne d’exporter par exemple de grandes quantités d’énergie vers la Norvège et la Suisse, dont le potentiel d’hydro-stockage est énorme, mais pour le moment les connexions sont insuffisantes. Les travaux sont en cours : en 2015, des plans ont été finalisés pour une nouvelle connexion de 1,4 gigawatts entre la Norvège et l’Allemagne. Baptisé Nordlink, ce câble doit être mis en service en 2020. Il reste aussi à vérifier toutefois si la Norvège ou la Suisse (qui ne sont pas membres de l’UE) seraient disposées à inonder davantage leurs vallées et leurs fjords vierges, afin que les Allemands puissent bénéficier d’un approvisionnement stable en électricité renouvelable.

La plupart des experts estiment qu’à mi-parcours, le besoin de stockage d’énergie sera minime en Allemagne. Une étude réalisée our le WWF révèle qu’il n’y aura pas de marché de technologies de stockage conséquent avant 2030, et que selon l’organisation VDE d’ingénierie allemande, il n’y aura pas de demande importante en termes de stockage avant que la part des énergies renouvelables en Allemagne n’atteigne 40 pour cent, objectif susceptible d’être atteint au mieux en 2020. Par ailleurs, l'institut Fraunhofer ISE souligne le fait que le niveau de stockage requis n’est pas uniquement lié à la part fluctuante d’énergie renouvelable, mais plutôt à la combinaison entre les énergies renouvelables fluctuantes et l’énergie dite "de base", peu flexible. En d’autres termes, le besoin en stockage d’énergie peut être réduit en diminuant la capacité de production de charge de base, principalement les centrales à charbon et les centrales nucléaires.

Mettre l’extension du réseau aux renouvelables dans son contexte

Remettons le sujet dans son contexte. D’abord, l’Allemagne est passée de 3 pour cent d’énergie renouvelable au début des années 1990 à 32 pour cent en 2016, sans avoir dû apporter de grands changements à son réseau. L’énergie éolienne, la biomasse et l’énergie solaire sont après tout des sources d’énergie largement disséminées – tout au moins dans le cas de l'Allemagne.

Les détracteurs des énergies renouvelables voient d'un œil critique la nécessité de l’extension du réseau pour les renouvelables. Selon eux, « le problème avec les parcs éoliens, c’est qu'ils sont construits dans des endroits où il n’y a pas besoin d’électricité. L’électricité produite doit donc ensuite être transportée ailleurs ».

En réalité, ceci correspond davantage à l’énergie à base de charbon qu’à l’énergie éolienne. Le solaire, l’éolien et la biomasse peuvent, plus que les énergies conventionnelles, être répartis assez uniformément dans le paysage. Les centrales au lignite, par contre, ne sont jamais construites là où le besoin d’électricité existe, mais plutôt là où a lieu l'extraction du lignite. Il en est de même pour les centrales à houille (pourtant désormais également produite et achetée dans le monde entier), qui ont été construites traditionnellement près des gisements de charbon, comme dans le Ruhrgebiet (la région de la Ruhr). Il est pourtant beaucoup plus facile et moins coûteux de transporter de grandes quantités d’énergie à travers des lignes haute tension que d'extraire du sol des tonnes de charbon. Celui qui affirme que les centrales au charbon se situent souvent à proximité de l’industrie (comme c’est le cas dans la région de la Ruhr), met la charrue avant les bœufs. En effet, il y a 200 ans, au début de l’industrialisation, la plupart des villes du Ruhrgebiet étaient des petits villages. Les centrales au charbon n’ont donc pas été construites dans la Ruhr à cause de l’industrie, mais plutôt parce que la zone était dotée de réserves de charbon que l’industrie s’y est développée.

En outre, si les centrales nucléaires sont plutôt construites là où le besoin d’énergie existe et non là où l’uranium est extrait, leur taille est tellement énorme qu’elles exigent une extension du réseau. Les nouvelles centrales nucléaires des années 1960 et 1970 en Allemagne, ont non seulement entraîné une extension du réseau mais aussi conduit à l’installation d’un grand nombre de systèmes de chauffage électrique dans les foyers, produisant de la chaleur pendant la nuit afin d'éviter de devoir ralentir les centrales nucléaires chaque jour. Un approvisionnement en énergie renouvelable décentralisé est une approche beaucoup plus douce, avec un impact réduit sur l’environnement. L’expert allemand sur les énergies renouvelables, Hermann Scheer, a comparé l’approvisionnement décentralisé à la distribution centralisée en disant que cette dernière était comme une méthode qui revenait à « couper le beurre avec une tronçonneuse. »

Extension du réseau

Malgré le consensus sur l’extension du réseau électrique pour l’intégration de plus d’énergies renouvelables, un certain nombre de questions comme le nombre de lignes à ajouter, leur localisation, et le type de lignes à utiliser, ne trouvent toujours pas de réponse. Par ailleurs, le secteur des énergies renouvelables, dont l’intérêt est que la transition énergétique reste abordable, a mis au point un certain nombre d’alternatives peu coûteuses à une extension considérable du réseau. Etant donné que certaines populations ne désirent pas vivre à proximité de lignes à haute tension, la participation du public est une nécessité. Cela exige davantage de transparence.

Le réseau électrique actuel se divise comme suit :

Le réseau de transport se compose de quelque 35 000 kilomètres de lignes de 220 et de 380 kV. Le niveau de connexion de l’Allemagne à ses voisins et celui du transport à longues distances est un niveau d’ultra haute tension. Le réseau de distribution est composé des éléments suivants :

  1. Quelque 95 000 kilomètres de lignes haute tension (60 à 110 kV) pour les agglomérations et l’industrie à grande échelle.
  2. Quelque 500 000 kilomètres de lignes moyenne tension (6 à 30 kV) pour beaucoup d’installations de grande taille comme les hôpitaux.
  3. Environ 1 100 000 km de **lignes basse tension ** (230 V et 400) pour les ménages et les petites entreprises.

L’Allemagne compte quatre opérateurs publics, composés d’actionnaires exploitant les quatre sections du réseau de transport, mais aussi quelques 900 gestionnaires de réseaux de distribution.

Combien de kilomètres ?

Que faut-il faire pour l’Energiewende du pays ? Pour l’instant, le nord du pays produit beaucoup d’énergie éolienne et le sud du pays produit beaucoup de solaire. Deux études (Étude de réseau I et II) publiées par l’Agence allemande de l’énergie (dena) estiment que si l’Allemagne veut augmenter sa capacité éolienne de 27 à 51 gigawatts en 2020 (dont 10 gigawatts en mer du Nord et mer Baltique), un supplément de 4 500 kilomètres de lignes ultra haute tension sera nécessaire. Certains experts dans le secteur des énergies renouvelables pensent au contraire que cette extension peut être réduite de plus de la moitié. Démarrant en 2016, le plan d'extension du réseau doit être révisé tous les deux ans. Il concerne actuellement 22 projets couvrant un total de 1 876 kilomètres de lignes nouvelles, dont 487 étaient achevés à la mi-2015.

En réalité, ces plans ont suscité des critiques virulentes chez les partisans des énergies renouvelables principalement à cause de la non-publication des données sous-jacentes, ce qui empêchait un examen minutieux des résultats. Il semblerait en réalité que si l'on atteigne l'objectif de doubler la capacité éolienne, une extension du réseau de transport de 13 pour cent suffise. En outre, si le gouvernement encourageait davantage l’éolien sur terre dans le sud plutôt que le déploiement d’éolien offshore et terrestre dans le nord, un grand nombre de ces lignes ne seraient pas nécessaires. L’industrie éolienne a mis au point ces dernières années des turbines particulières avec des mâts plus hauts et des lames plus longues, conçues spécialement pour des endroits où le vent est faible, comme dans le sud de l’Allemagne. Ce type d’éoliennes terrestres n’exigerait pas un grand nombre de lignes électriques. Ce qui réduit de fait le coût global de la transition énergétique allemande. En outre, l’éolien terrestre est beaucoup moins cher à installer que l’éolien offshore.

Certains partisans de l’énergie solaire souhaiteraient par ailleurs l’ajustement par région des tarifs de rachat pour le photovoltaïque (comme c’est le cas en France), afin d’en installer davantage dans le nord, et faciliter ainsi l’intégration au réseau.

La modernisation du réseau se heurte souvent à une opposition locale (les gens ne souhaitant pas habiter à proximité de lignes électriques aériennes) et la complexité des démarches administratives et du financement ralentit également les choses. Les câbles souterrains constituent bien une solution, mais ils sont plus chers. En 2016, le gouvernement a pris la décision de favoriser les câbles souterrains par rapport aux câbles aériens pour les lignes de courant continu à haute tension, installées pour relier le nord et le sud de l'Allemagne. En ce qui concerne les lignes de courant alternatif, le nombre de câbles souterrains a également augmenté par rapport aux équipements plus anciens. Dans le cadre de la loi révisée sur l'énergie renouvelable, il a également été question de réduire le nombre de nouvelles installations d'énergie éolienne soumises à une offre dans les zones de goulets d'étranglement du réseau.

Il faut garder à l'esprit, encore une fois, qu’il s’agit d’ajouter environ 1 900 kilomètres à un réseau électrique d’une centaine de milliers de kilomètres déjà, mis en place pour l’approvisionnement du pays en énergie nucléaire et fossile, exclusivement.

En 2017, l’Agence fédérale des réseaux a annoncé que les trois lignes principales nord-sud devant être ajoutées seront terminées d’ici à 2025. D’ici là, l’Allemagne entend combler les manques à l’aide de centrales de réserve. Quelque 10,4 gigawatts ont ainsi été mis de côté en vue de l’hiver 2017/18.

Alternatives à l’extension du réseau électrique

Le secteur allemand des énergies renouvelables ne se contente pas d’attendre que le gouvernement invente le réseau électrique de l’avenir. Le secteur solaire a mis au point une façon d’augmenter l’efficacité de l’utilisation des lignes à très haute tension: les centrales solaires peuvent ainsi agir comme « oscillateurs à déphasage », afin de stabiliser la fréquence du réseau. Le secteur solaire espère que cette approche permettra de réduire le nombre de lignes à construire.

Le secteur éolien regorge aussi d’idées. Selon le droit allemand, une réglementation appelée « n +1 », exige qu’à chaque mise en place d’une ligne, soit prévue une ligne de réserve capable de reprendre la capacité de la première en cas d’échecs. Le secteur éolien a mis au point une solution qui pourrait rendre cette exigence inutile : des lignes électriques dédiées à l’intégration des énergies renouvelables..

En outre, l'Union européenne – dans le cadre de son projet d’Union de l’énergie – ambitionne d'accroître les interconnexions entre les pays afin de renforcer la sécurité énergétique et de maintenir les prix bas sur le continent. Cela étant, la surproduction d’énergie éolienne et solaire est déjà envoyée en Pologne et en République tchèque. Un intégration renforcée serait donc un défi pour ces pays. Des déphaseurs ont par ailleurs été installés sur la frontière germano-polonaise pour que les Polonais puissent mieux maîtriser leur propre réseau.