Le réseau électrique au cœur de la transition énergétique

Le réseau élec­trique doit évo­luer et inno­ver pour satis­faire à sa mis­sion qui est d’as­su­rer à tous ses clients un accès à une ali­men­ta­tion élec­trique satis­fai­sante. A la pro­duc­tion loca­li­sée de grosses uni­tés s’a­joute pro­gres­si­ve­ment celle d’une mul­ti­tude de sources locales inter­mit­tentes et par­fois aléatoires. 

L’effi­ca­ci­té des mesures de maî­trise de la demande d’énergie, le déve­lop­pe­ment des éner­gies renou­ve­lables décen­tra­li­sées, aux­quels vien­dront sans doute s’ajouter la mon­tée de l’autoconsommation et le sto­ckage, conduisent à un ques­tion­ne­ment accru de la valeur appor­tée par les réseaux de trans­port et de dis­tri­bu­tion d’électricité.

UN PARTENARIAT ÉTROIT AVEC LES TERRITOIRES

50 lignes trans­fron­ta­lières connectent le réseau fran­çais à 33 pays européens.
© JONATHAN STUTZ / FOTOLIA.COM

His­to­ri­que­ment, le déve­lop­pe­ment des réseaux répond à une pré­oc­cu­pa­tion de soli­da­ri­té entre les ter­ri­toires : les réseaux per­mettent le rap­pro­che­ment de la pro­duc­tion et de la consom­ma­tion, notam­ment lorsque des dés­équi­libres existent entre les ter­ri­toires à la consom­ma­tion plus forte et ceux où sont loca­li­sés des moyens de production. 

Dans le sys­tème élec­trique qui se des­sine aujourd’hui, les cen­trales ther­miques de taille impor­tante laissent place à des res­sources plus répar­ties sur le ter­ri­toire. Les réseaux demeurent tou­te­fois un vec­teur de soli­da­ri­té entre des régions aux res­sources disparates. 

Ain­si, les capa­ci­tés de pro­duc­tion éolienne ins­tal­lées dans la région Hauts-de-France se mon­taient à fin décembre 2016 à près de 3 GW, sur un total de 12 GW en France, alors qu’elles étaient infé­rieures à 50 MW en Île-de-France ou en Pro­vence-Alpes-Côte d’Azur.

DES INVESTISSEMENTS CONSÉQUENTS POUR ACCUEILLIR LES ÉNERGIES RENOUVELABLES

En consé­quence, les ges­tion­naires de réseau s’impliquent pour accom­pa­gner les ter­ri­toires dans leur tran­si­tion éner­gé­tique : plus de deux mil­liards d’euros auront par exemple été inves­tis par RTE sur la décen­nie 2013–2022 en vue d’augmenter la capa­ci­té d’accueil des éner­gies renou­ve­lables de 27 GW. 

“ Les réseaux sont un vecteur de solidarité entre des régions aux ressources disparates ”

Méthodes et pro­ces­sus sont éga­le­ment adap­tés pour appor­ter des réponses ori­gi­nales et effi­caces aux attentes de la col­lec­ti­vi­té : on peut citer les Sché­mas régio­naux de rac­cor­de­ment au réseau des éner­gies renou­ve­lables (S3REnR), véri­tables outils d’aménagement d’un ter­ri­toire en pleine tran­si­tion énergétique. 

Éla­bo­ré par RTE et les ges­tion­naires de réseaux de dis­tri­bu­tion, ce dis­po­si­tif vise à anti­ci­per, pla­ni­fier et opti­mi­ser le déve­lop­pe­ment du réseau, sur la base des objec­tifs fixés dans les sché­mas régio­naux (Sché­mas régio­naux cli­mat air éner­gie aujourd’hui ; Sché­mas régio­naux d’aménagement, de déve­lop­pe­ment durable et d’égalité du ter­ri­toire demain). 

Les S3REnR sont pen­sés et construits en col­la­bo­ra­tion avec l’ensemble des par­ties pre­nantes locales : les fédé­ra­tions de pro­duc­teurs, la région, la chambre de com­merce et d’industrie, les populations. 

UN RÔLE ASSURANTIEL DE PLUS EN PLUS MARQUÉ

Tra­di­tion­nel­le­ment, les flux obser­vés sur le réseau de trans­port ali­men­taient clients indus­triels et réseaux de dis­tri­bu­tion depuis des moyens de pro­duc­tion de taille importante. 

“ Les réseaux permettent le foisonnement des phénomènes aléatoires ”

Avec le déve­lop­pe­ment de la pro­duc­tion décen­tra­li­sée, l’autoconsommation, et les éco­no­mies d’énergie, on observe une dimi­nu­tion de ces flux, en moyenne. 

Tou­te­fois, les réseaux sont tou­jours aus­si indis­pen­sables. D’une part, ils conservent plus que jamais une fonc­tion assu­ran­tielle de secours et de soli­da­ri­té éner­gé­tique entre ter­ri­toires : lorsque les éner­gies renou­ve­lables pro­duisent peu rela­ti­ve­ment à la consom­ma­tion locale, la sécu­ri­té d’alimentation repose sur les réseaux qui doivent mettre à dis­po­si­tion une capa­ci­té suf­fi­sante : en cas de fort déve­lop­pe­ment des éner­gies renou­ve­lables à une maille locale, la vola­ti­li­té des flux obser­vés sur les réseaux s’accroît, pour une pointe de consom­ma­tion qui reste stable. 

D’autre part, de nou­veaux flux appa­raissent, lorsque les trop-pleins d’énergie pro­duite loca­le­ment sont éva­cués depuis les réseaux de dis­tri­bu­tion vers le réseau de trans­port. La fonc­tion clas­sique d’acheminement de volumes d’énergie depuis des zones de pro­duc­tion vers des zones de consom­ma­tion laisse pro­gres­si­ve­ment la place à un rôle assu­ran­tiel d’alimentation de la consom­ma­tion qu’il y ait ou non de la pro­duc­tion locale. 

UN RÔLE D’OPTIMISATION DU SYSTÈME ACCRU

Foi­son­ne­ment de la pro­duc­tion pho­to­vol­taïque durant une jour­née type pour une ins­tal­la­tion seule, une région et la France. La pro­duc­tion à chaque maille est rap­por­tée à la pro­duc­tion maxi­male à cette maille durant la journée.
SOURCE : PANORAMA DES ÉNERGIES RENOUVELABLES 2015

RTE est le garant du bon fonc­tion­ne­ment du sys­tème élec­trique. Pour cela, RTE s’assure de main­te­nir à chaque ins­tant l’équilibre entre la consom­ma­tion et la pro­duc­tion d’électricité, y com­pris en cas d’aléas (panne sou­daine d’une cen­trale de pro­duc­tion, varia­bi­li­té de la pro­duc­tion d’énergies renou­ve­lables…). Cet équi­libre se fait à la maille nationale. 

Les réseaux, en reliant de nom­breuses ins­tal­la­tions de pro­duc­tion et de consom­ma­tion, per­mettent le foi­son­ne­ment des phé­no­mènes aléa­toires : la consom­ma­tion agré­gée à l’échelle de la France pré­sente des varia­tions rela­tives plus faibles, et une pré­vi­si­bi­li­té plus aisée que la consom­ma­tion iso­lée d’un poste indus­triel ou résidentiel. 

C’est éga­le­ment le cas de la pro­duc­tion des éner­gies renou­ve­lables, dont la ges­tion est plus aisée lorsque l’on passe de la maille locale à la maille régio­nale, puis à la maille natio­nale et euro­péenne. Le gra­phique ci-contre illustre cet effet : au cours d’une jour­née type, la pro­duc­tion d’une ins­tal­la­tion pho­to­vol­taïque iso­lée pré­sente des varia­tions rela­tives beau­coup plus impor­tantes que la pro­duc­tion à l’échelle régio­nale ou nationale. 

UNE MOBILISATION DE L’ENSEMBLE DES LEVIERS…

L’optimisation du fonc­tion­ne­ment du sys­tème élec­trique à la maille natio­nale néces­site la mobi­li­sa­tion de l’ensemble des leviers de flexi­bi­li­té dis­po­nibles, quel que soit le niveau de ten­sion auquel ils se situent : consom­ma­teurs actifs accep­tant d’effacer ou de dif­fé­rer leur consom­ma­tion, éner­gies renou­ve­lables four­nis­sant des ser­vices pour l’opération du système… 

RTE pro­pose des évo­lu­tions des règles de mar­ché, éta­blies en concer­ta­tion avec les acteurs et sou­mises à l’approbation de la Com­mis­sion de régu­la­tion de l’énergie, pour faci­li­ter la par­ti­ci­pa­tion des éner­gies renou­ve­lables à l’optimisation du sys­tème élec­trique, sur le modèle de ce qui a été fait pour les effa­ce­ments de consom­ma­tion (sou­plesses d’agrégation, moda­li­tés de cer­ti­fi­ca­tion adap­tées, pro­gram­ma­tion, etc.). 

… JUSQU’À L’ÉCHELLE EUROPÉENNE

Mutua­li­sa­tion et com­pen­sa­tion des varia­tions locales sont encore plus effi­caces à l’échelle euro­péenne : plus la zone est vaste, plus les res­sources sont hété­ro­gènes, plus la météo dif­fère, et plus les aléas foisonnent. 

Les infra­struc­tures phy­siques d’interconnexion exis­tant entre les dif­fé­rents pays euro­péens, ain­si que les pla­te­formes d’échange aux­quelles elles servent de sup­port, per­mettent d’absorber pics de pro­duc­tion solaire et aléas de la pro­duc­tion éolienne, tout en assu­rant à moindre coût la sécu­ri­té d’approvisionnement à l’échelle européenne. 

Ces échanges per­mettent éga­le­ment aux acteurs, qui contri­buent à l’équilibre natio­nal ou euro­péen, d’accéder à de nou­velles oppor­tu­ni­tés de valo­ri­sa­tion de leurs flexi­bi­li­tés. À titre d’exemple, lors des pics de pro­duc­tion des éner­gies renou­ve­lables en Alle­magne, l’énergie pro­duite est éva­cuée vers la France ; lorsque la pro­duc­tion des éner­gies renou­ve­lables est plus faible, l’énergie impor­tée depuis la France contri­bue à la sécu­ri­té d’alimentation de l’Allemagne.

DES PERTES MAÎTRISÉES

L’optimisation du fonc­tion­ne­ment du sys­tème élec­trique par des échanges à la maille régio­nale, natio­nale, ou euro­péenne, a un coût. Lorsque l’énergie cir­cule sur les réseaux de trans­port et de dis­tri­bu­tion, dif­fé­rents phé­no­mènes phy­siques sont à l’origine de déper­di­tions éner­gé­tiques, par exemple sous forme de cha­leur (effet Joule). 

L’existence d’un réseau suf­fi­sam­ment maillé, le réglage de la ten­sion et le choix de maté­riaux adap­tés per­mettent tou­te­fois de limi­ter ces pertes à des taux de l’ordre de 2 % de l’énergie injec­tée pour le réseau de trans­port, et de 6 % de l’énergie injec­tée pour les réseaux de distribution. 

La maî­trise des volumes de pertes s’inscrit dans une opti­mi­sa­tion glo­bale du déve­lop­pe­ment et de l’exploitation du réseau public de trans­port : les pertes induites par le fonc­tion­ne­ment du réseau sont par exemple prises en compte dans les déci­sions d’investissement.

DES RÉSEAUX COUPLANT INFRASTRUCTURES PHYSIQUE ET NUMÉRIQUE

Face à l’émergence de flux et de contraintes plus variables et moins pré­vi­sibles, le déve­lop­pe­ment d’infrastructure de réseau ne consti­tue pas une panacée. 

Dis­pat­cheur à son poste dans un centre de conduite du réseau.
© COLOMBEL VANESSA / RTE / 2012

Pour tirer le meilleur par­ti du réseau exis­tant et réus­sir à moindre coût la tran­si­tion éner­gé­tique, les ges­tion­naires de réseau élar­gissent leur palette de solu­tions : cap­teurs de mesure et outils de trai­te­ment des don­nées ou de modé­li­sa­tion per­met­tant un pilo­tage plus fin des flux, déploie­ment d’automates per­met­tant d’agir rapi­de­ment en cas d’incident.

Ces solu­tions sont d’ores et déjà déployées sur le réseau de trans­port. Le poste élec­trique de Blo­caux, mis en ser­vice en 2016 dans la Somme, est repré­sen­ta­tif des postes « Nou­velle Géné­ra­tion » qui seront déployés sur le ter­ri­toire dans la décen­nie à venir. Grâce à l’intégration des der­nières tech­no­lo­gies numé­riques, ces postes reçoivent, traitent et trans­mettent un ensemble d’informations, afin d’ajuster en temps réel la confi­gu­ra­tion du réseau aux besoins. 

Le déve­lop­pe­ment d’un réseau cou­plant infra­struc­tures élec­triques et numé­riques ren­force l’adaptabilité et la rési­lience du sys­tème élec­trique à des confi­gu­ra­tions inédites liées à la tran­si­tion énergétique. 

“ Pour réussir à moindre coût la transition énergétique, les gestionnaires de réseau élargissent leur palette de solutions ”

L’activation opti­mi­sée de l’ensemble des flexi­bi­li­tés per­met­tant d’assurer le bon fonc­tion­ne­ment du sys­tème élec­trique est ren­due pos­sible par la capa­ci­té à mesu­rer en per­ma­nence les per­for­mances et les flux, à exploi­ter ces don­nées pour éta­blir des modèles de pré­vi­sion les plus fiables pos­sible, et à trans­mettre des consignes pour mobi­li­ser rapi­de­ment les flexi­bi­li­tés les plus effi­caces pour résoudre les contraintes obser­vées ou anticipées. 

À infra­struc­ture égale, on estime que ces tech­no­lo­gies per­mettent d’accueillir jusqu’à 30 % d’énergie sup­plé­men­taire pro­duite par les éner­gies renouvelables. 

ANTICIPER LE RÉSEAU DE DEMAIN

Au-delà des tech­no­lo­gies déployées aujourd’hui sur les réseaux, des évo­lu­tions radi­cales sont éga­le­ment enga­gées pour rac­cor­der de nou­velles filières. Le réseau de demain, en se déve­lop­pant vers la mer, don­ne­ra accès à de nou­velles sources d’énergies renou­ve­lables : éolien off­shore, flot­tant, hydrolien. 

Pour tirer le meilleur par­ti du réseau exis­tant les ges­tion­naires de réseau déploient des auto­mates per­met­tant d’agir rapi­de­ment en cas d’incident.
© FOVIVAFOTO / FOTOLIA.COM

Le pro­jet RINGO vise quant à lui le déploie­ment d’équipements com­po­sés de tech­no­lo­gies de sto­ckage et de logi­ciels, qui seront uti­li­sés pour créer une « ligne vir­tuelle » per­met­tant de résor­ber les conges­tions inter­mit­tentes sur le réseau sans avoir à construire de ligne physique. 

“ Des évolutions radicales sont engagées pour raccorder de nouvelles filières ”

L’accueil de larges quan­ti­tés d’énergies renou­ve­lables impose par ailleurs de pen­ser dif­fé­rem­ment l’ensemble du sys­tème élec­trique. RTE anti­cipe ces évo­lu­tions en mobi­li­sant sa R & D sur des pro­jets pilotes, locaux et euro­péens. C’est par exemple le cas du pro­jet euro­péen MIGRATE, qui a pour but d’analyser l’impact de la péné­tra­tion crois­sante d’énergies renou­ve­lables rac­cor­dées via de l’électronique de puis­sance sur la sta­bi­li­té du sys­tème, et de déve­lop­per de nou­velles lois de commande. 

Ces tra­vaux d’anticipation per­met­tront de fran­chir les seuils théo­riques de péné­tra­tion des éner­gies renou­ve­lables admis aujourd’hui.

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