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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