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La production distribuée au service des énergies renouvelables ?

7782 lectures / 1 commentaire24 février 2006, 10 h 05

La mise en œuvre désormais effective de la libéralisation de la production, de la distribution et du commerce de l’électricité, change complètement la donne sur le marché européen de l'énergie. A condition qu'elles arrivent à proposer des kilowattheures à des prix de plus en plus compétitifs, les énergies renouvelables ont une belle chance à saisir pour prendre leur place dans une approche innovante, dite de "production distribuée".

Depuis cinq ans, le consortium de 32 partenaires réunis dans le projet européen Dispower(1) a mené des recherches qui permettent aujourd'hui de proposer des solutions technologiques et des outils adaptés de gestion pour l'ouverture des réseaux, ainsi que des modèles économiques pour réussir ce pari.

Les Européens doivent arriver produire au moins 21% de leur électricité en recourant aux énergies renouvelables durant la décennie 2010-2020.
C'est un leitmotiv qui ne cesse d'être affirmé depuis des années et se renforce aujourd'hui, avec une vigueur accrue, dans le contexte du réchauffement climatique et sur la toile de fond de la croissance inéluctable de la demande d'énergie mondiale. Il faut que les énergies propres et renouvelables occupent une place beaucoup plus importante dans le bilan énergétique mondial. Cette priorité est, en tout cas, celle que se donne l'Europe.

Technologiquement, les conditions d'un tel décollage sont largement réunies. L'offre de génération énergétique à partir de ressources propres et renouvelables – dans les domaines des éoliennes, du solaire thermique photovoltaïque, de la valorisation de la biomasse, ou de la géothermie – est constituée actuellement d'une panoplie de moyens de plus en plus opérationnels et efficaces. D'autres voies se dessinent, par exemple, notamment grâce aux perspectives offertes par les piles à combustible.

Priorité réaffirmée
Dans les années 90', l'Union postulait, à l'horizon 2010, la nécessité d'un doublement de la part des énergies renouvelables dans le bilan énergétique européen, soit le franchissement d'un seuil de 10% de leur contribution aux besoins en énergie. Force est de constater qu'une montée réaliste vers cet objectif, moins de cinq avant l'échéance fixée, peine toujours à s'affirmer.

Paradoxalement, l'ambition est non seulement maintenue mais renforcée. "Les Européens doivent arriver produire au moins 21% de leur électricité en recourant aux énergies renouvelables durant la décennie 2010-2020, souligne Manuel Sanchez Jimenez, chargé des projets sur la production et la distribution de l'énergie à la DG Recherche. Et, à terme, c'est une plus grande proportion qui doit être visée."

Comment justifier cette réaffirmation volontariste ? "Un tel décollage des énergies renouvelables n'est pas irréaliste à partir du moment où l'on effectue le passage au système dit de production distribué, désormais jouable dans le cadre du nouveau marché libéralisé de l'électricité," poursuit Manuel Sanchez. Mené au cours de cinq dernière années, le projet européen Dispower, où les acteurs industriels du secteur ont été largement impliqués, apporte par ses résultats les moyens opérationnels pour réussir un tel pari. On peut ainsi arriver à ce que l'intégration des énergies durables contribuent à assurer l'équivalent de la croissance de la demande d'électricité, dont l'augmentation annuelle va se situer dans une fourchette de plus de 2 %."

L’ancien modèle pyramidal
Le système centralisé prévalant jusqu’à nos jours sur le marché européen de l'électricité est fondé sur une vision pyramidale, essentiellement ciblée sur le "devoir" de la distribution de ce vecteur énergétique essentiel.

La priorité actuelle est d'assurer la "descente" d'une "manne électrique", qu'il faut d'abord générer en amont dans de gigantesques unités de production, où prédominent les grandes centrales nucléaires – avec des réacteurs délivrant des puissances moyennes de l'ordre de 1300 MW – ou des centrales thermiques brûlant des quantités massives de combustibles fossiles. De là partent les lignes à très haute tension – via des réseaux interconnectés dont les tensions vont en décroissant – vers une myriade de points de consommation répartis sur de vastes zones géographiques de dimension nationale (ou transfrontières). Bien que ces points se différencient fortement selon qu'il s'agit de consommateurs industriels, tertiaires ou individuels, les besoins à satisfaire sont unis dans une entité unique perçue comme une demande "globale".

Une telle structure, bâtie sur le gigantisme, s'avère jusqu'à présent un obstacle quasi rédhibitoire au développement des énergies renouvelables qui, par nature, ne peuvent fournir de l'électricité que dans des gammes de petites ou très moyennes puissances. Les plus grosses éoliennes, par exemple, ont des capacités individuelles qui se situent dans les 3 à 5 MW. Leurs performances ne sont donc jugées "intégrables" que si elles s'alignent dans des "parcs" de taille importante(2).

Small is beautiful
L'ouverture du marché électrique suscite aujourd'hui une approche qui desserre le carcan de ces schémas technologiques et économiques traditionnels. Elle ouvre la voie à une perspective consistant à raisonner, non plus uniquement en considérant l'électricité comme un vecteur énergétique qu'il faut acheminer vers une "consommation distribuée", mais en prenant aussi en compte l'intérêt de fédérer les sources qui peuvent la produire.

A la base du projet Dispower, il s'agit de montrer que l'on peut promouvoir, dans la perspective de cette production distribuée, une politique dynamique et efficace d'implantations de multiples générateurs de tailles modérées ou même modestes – pouvant même descendre jusqu'à des puissances de quelques kW – destinés à satisfaire d'abord des consommations locales ou ponctuelles. Outre l'intérêt que représente une production décentralisée en termes de diminution des coûts de transport de l'énergie, l'immense avantage d'une telle approche réside dans la possibilité d'optimiser une grande variété de sources énergétiques primaires. Et il faut souligner que cette démarche, même si elle les concerne en premier lieu, n'a pas pour vocation exclusive de favoriser les énergies renouvelables. Elle englobe aussi des petites unités basées sur des générateurs diesel ou des turbines à gaz, destinées à la cogénération d’électricité et de chaleur, qui doublent l’efficacité énergétique.

Mais pour que leur contribution ait un poids réel au niveau de l'offre énergétique, une condition primordiale, consistant à garantir l'interconnexion de ces unités avec les réseaux classiques, doit être effective. Cette insertion est d'abord indispensable si on veut garantir aux consommateurs concernés une distribution d’électricité continue, suffisante et stable. Il faut donc compter sur le "parapluie" d'un réseau permettant d'abord de suppléer aux pointes de consommation – ce que les sources décentralisées ne peuvent satisfaire.

Le point clé du contresens
Pour réussir, ce cadre nouveau de la production distribuée et raccordée doit, en second lieu, relever un challenge technologiquement beaucoup plus épineux: sa rentabilité. Celle-ci repose, en effet, sur la possibilité pour les unités décentralisées de valoriser leurs surplus temporaires d'apports d'énergie en les "vendant" aux réseaux classiques. Le problème est particulièrement délicat pour les deux énergies renouvelables majeures, d'origine éolienne et solaire. Elles présentent l'inconvénient d'être, par nature, variables et intermittentes du fait de leur dépendance des conditions météorologiques – ce qui pose des questions complexes d'acceptabilité pour leur intégration aux réseaux "d'accueil".

"Le raccordement de systèmes de production distribuée d’électricité produit un véritable changement de sens du flux énergétique. Il faut prendre en compte ce type de fonctionnement à contresens, si bien que le système de protection du réseau doit être adapté. S’il y a de plus en plus de générateurs décentralisés qui y sont connectés, il faut veiller à la stabilité du courant qui circule, à l’équilibre entre le courant produit de manière centralisée et l’apport du décentralisé", explique Philipp Strauss, coordinateur de Dispower au sein de l’Institut für Solare Energieversorgunstechnik de l’université de Kassel (DE).

Bilan sur tous les fronts
La recherche collaborative menée à grande échelle par Dispower a jeté les bases de nombreuses pistes technologiquement viables et prometteuses pour relever ces défis de l’intégration d’une part croissante de production distribuée dans les réseaux européens interconnectés. Lors de la réunion de bilan des travaux menés, qui s'est tenue à Kassel en novembre 2005, les participants ont notamment présenté des résultats concrets ouvrant la voie à de nombreux développements innovants.

La fabrication de systèmes de stockage ou de production d’énergie électrique se concrétise, par exemple, à travers un générateur innovant, Eurodish, formé d’une parabole concentrant la lumière du soleil qui fait chauffer de l’hélium alimentant un moteur Stirling. Eurodish est installé depuis juillet 2002 au CESI (Centro Elettrotecnico Sperimentale) de Milan et relié au réseau local à basse tension. Autre exemple : l’adaptation d’outils informatiques de contrôle et de gestion des réseaux prenant en compte la production intermittente des énergies renouvelables, tel le logiciel Windpro de la société danoise EMD, qui propose une modélisation des effets du raccordement au réseau d’éoliennes. Les partenaires ont également fait le point sur les réglementations dans les différents pays européens, mis sur pied des installations pilotes en laboratoire et effectué des essais en grandeur réelle, par exemple sur l'utilisation d'éoliennes dans différentes îles françaises, britanniques et grecques.

Poursuivre une recherche commune
Dispower comportait plus d'une dizaine de sous-projets agissant en interaction étroite. "La plupart des résultats ont été le fruit de discussions transversales", explique Philipp Strauss. Les groupes de travail étaient organisés de telle sorte que plusieurs partenaires avec des expertises diversifiées se retrouvaient sur des thèmes partagés. Cette expérience d’une communauté de recherche à orientations multiples est vraiment très importante, même si ce n’est pas un résultat scientifique à proprement parler. Elle a permis que la question de la production distribuée d’électricité soit maintenant une problématique possédant une large visibilité au niveau de l'ensemble des acteurs européens."

Bien que Dispower se soit terminé à la fin l'année 2005, les partenaires se retrouveront dans de nouveaux projets, tels que le réseau d’excellence DER-LAB, pérennisant ainsi la collaboration des laboratoires. Ce n’est pas le moindre résultat du travail mené.

Notes
(1) Distributed Generation with High Penetration of Renewable Energy sources. Lancé en 2001 en réunissant quelques 32 acteurs partenaires avec un budget de près de 17 millions € (dont la moitié amenée par l'Union), Dispower est le premier rouage pionnier d'un cluster plus vaste baptisé IRED, auquel appartiennent aussi six autres recherches en relation avec la promotion de production distribuée d'électricité par les énergies renouvelables.
(2) De fait, une politique de développement d'immenses "fermes éoliennes" (notamment dans des infrastructures off-shore) s'est concrétisée dans quelques pays (en particulier en Allemagne, au Danemark, en Espagne, et dans une moindre mesure aux Pays-Bas et en Italie). L'apport énergétique de ces centrales a désormais rang de composante intégrée dans les approches des systèmes centralisés de production. A ce titre, elles ont été "sorties de la problématique de "micro" production distribuée au cœur des travaux de Dispower.

Liens

Site du projet DISPOWER (en anglais)

Auteur

© Communautés européennes, 1995-2012

Les opinions exprimées dans cet article n'engagent que leur auteur et ne reflètent pas nécessairement celles de notre-planete.info

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