Réseaux interconnectés : une optimisation technique et économique au service des transitions énergétiques en France et en Europe

27/12/2014
Auteurs :
Publication REE REE 2014-5
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2014-5:12026

Résumé

Réseaux interconnectés : une optimisation technique et économique au service des transitions énergétiques en France et en Europe

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REE N°5/2014 21 Introduction L e réseau de transport d’électricité est essentiel pour l’optimisation technique et économique du système électrique. Son rôle dépasse le seul cadre du transport de l’énergie électrique. Outil de mutualisation tant des moyens de production que des profils de consommation, il permet d’utiliser au mieux la com- plémentarité des différentes sources d’énergie et de limiter le recours à des capacités supplémentaires de production. Il constitue un vecteur essentiel de la sécurité de l’alimentation électrique. RTE, par la mise en œuvre de mécanismes de marché et par la disponibilité de ses infrastructures, permet un accès aux sources d’énergie les plus performantes, en France et en Europe, un atout pour préserver l’activité écono- mique française. Enfin, en l’absence de capacités de stockage disponibles à la bonne hauteur – pour l’heure circonscrites au pompage hydraulique, le réseau de transport d’électricité est le meilleur instrument de flexibilité aujourd’hui disponible pour la valorisation des énergies renouvelables (ENR), éo- lienne et photovoltaïque. Solidarité électrique : l’optimisation technique Tous les territoires ne sont pas logés à la même enseigne. Côté production, certains disposent naturellement de condi- tions géographiques et climatiques favorables à l’installation d’énergie éolienne, solaire ou hydraulique. Ailleurs, une forte augmentation de la consommation a justifié l’installation de moyens thermiques, par exemple nucléaire. Enfin, historique- ment des centrales à gaz ou à charbon se sont construites près des endroits où ces ressources étaient disponibles. De son côté, la consommation d’électricité dépend de nombreux facteurs : habitudes de vie, tissu industriel ou dy- namique de la démographie, etc. Les équilibres entre zones productrices et zones consom- matrices d’électricité peuvent s’inverser au cours d’une jour- née, des saisons ou de l’année. Par exemple, les panneaux photovoltaïques installés sur les toits des pavillons dans les quartiers résidentiels produisent, en journée, une électricité qui pourra être exportée et utilisée là et au moment où elle est nécessaire, dans les bureaux et les principaux centres de Réseaux interconnectés : une optimisation technique et économique au service des transitions énergétiques en France et en Europe L'ARTICLE INVITÉ DOMINIQUE MAILLARD Président du directoire de RTE Pilote du plan « Réseaux électriques intelligents » de la « Nouvelle France industrielle » The roles and missions of TSOs go way beyond the implicit meaning of the term "power transmission". At the heart of the power system, we are responsible to keep the balance between supply and demand. By ensuring that we have the ability to fulfill this role on a daily basis, we provide our customers with economical, reliable and clean access to power supply. Operating the power system is all about optimization. Firstly, by mutualizing energy sources at the European level, RTE insures “power” solidarity between regions and enhance renewable energy sources contribution. Secondly, the market mechanisms that we are developing make it possible to use the most competitive energy sources in France and in Europe. This optimal use of resources call for close cooperation with our European counterparts. These mechanisms support security of supply and economic optimization of the system, while also facilitating other ways to consume power. Overall, we promote solutions to help making decisions based on physical and economic parameters, always seeking the most advantageous solution and ensuring grid operability. RTE is constantly seeking ways of remaining a step ahead of changes within the power system. In the energy transition context, French economic competitiveness also relies on optimal efficiency of the power system. Our ambition is to developing a smart transmission system to support tomorrow’s economy and energy landscape, in conjunction with our partners. ABSTRACT 22 REE N°5/2014 L'ARTICLE INVITÉ consommation. En retour, ces zones résidentielles resteront alimentées la nuit tombée, grâce à une électricité provenant de zones plus éloignées. De même, une centrale thermique doit être régulièrement arrêtée pour des raisons de mainte- nance, modifiant le trajet des flux d’électricité autour d’elle. Le niveau des barrages évolue également au cours des saisons, ce qui modifie leur capacité à produire. On comprend donc que les équilibres entre production et consommation d’électricité ne sont ni figés dans le temps, ni dans l’espace. C’est bien la mutualisation des moyens de pro- duction et la complémentarité des sources d’énergie à l’échelle d’un territoire, d’un pays et d’un continent qui permettent d’as- surer la livraison à tout instant et en tout point d’une électricité sûre et fiable. Madrid, Paris, Berlin sont trois villes européennes qui témoignent à la fois de conditions climatiques et de modes de vie différents. Solaire du Sud, vent du Nord, dîners à 22 h, 20 h ou 18 h, sont autant de facteurs qui permettent de gérer intelligemment la courbe de consommation. Solidarité électrique et développement des ENR Aujourd’hui, en modifiant la carte de la production d’élec- tricité, le développement des énergies renouvelables accen- tue la nécessité d'une meilleure solidarité électrique. Ainsi, le pourtour méditerranéen est propice au développement du photovoltaïque alors que les conditions de vent favorisent l’implantation de parcs éoliens terrestres dans le nord-est, le centre, la vallée du Rhône, et offshore au large des côtes normandes ou de la côte atlantique. Les zones de dévelop- pement des énergies renouvelables sont souvent éloignées du réseau existant et des centres de consommation. Par ail- leurs, comme indiqué précédemment, leur production ne peut pas coïncider avec les besoins locaux de consomma- tion. Le réseau de transport d’électricité permet d’acheminer Figure 1 : Les échanges commerciaux d’électricité entre la France et les pays frontaliers le 1er décembre 2014 - Source : RTE. La France exportatrice en moyenne annuelle, importe régulièrement de ses voisins. Figure 2 : Les échanges commerciaux avec l’Allemagne du 27 novembre au 1er décembre 2014 - Source : RTE. Les échanges commerciaux sont très variables au cours d’une même journée. REE N°5/2014 23 L'ARTICLE INVITÉ la production des énergies renouvelables aux endroits où on en a besoin, que ce soit localement, plus loin en France et même en Europe, et de maintenir en continu l’alimentation électrique de ces mêmes zones lorsqu’il y a peu ou pas de vent ou de soleil. En mutualisant les moyens de production d’énergie renouvelable à l’échelle de l’Europe, le réseau lisse leur intermittence et valorise leur contribution. Des mécanismes de marché au service de l’optimisation économique Les réseaux de transport d’électricité permettent d’assu- rer la solidarité électrique, en optimisant lieux de production, de transport, de stockage et centres de consommation. A cette optimisation technique, s’ajoute une optimisation éco- nomique qui passe par des mécanismes de marché agis- Figure 4 : Consommation d’électricité en France du 27 novembre au 1er décembre 2014 - Source : RTE. La consommation d’électricité varie au cours de la journée avec des pointes en milieu de journée et le soir et présente un profil différent en semaine et le week-end. Figure 3 : Production française d’origine solaire du 27 novembre au 1er décembre 2014 - Source : RTE. Illustration de la variabilité de la production solaire au cours d’une journée et d’un jour à l’autre. Remarque à propos des figures 3 et 4 : jusqu’à un certain seuil, l’énergie solaire présente l’avantage de correspondre aux maxima de consommation en cours de journée mais ne couvre pas la pointe de consommation du soir. 24 REE N°5/2014 L'ARTICLE INVITÉ sant sur toute la chaîne de valeur de l’électricité à travers les signaux économiques qu’ils émettent. Ces mécanismes contribuent à la sécurité d’alimentation électrique, à l’optimi- sation économique du système et donc à de meilleurs prix pour les consommateurs. La gestion et la conception de ces mécanismes confèrent à RTE une responsabilité à l’égard de l’ensemble du système électrique et de ses acteurs, qu’ils soient producteurs, four- nisseurs, consommateurs ou négociants. Cette expertise est indispensable pour prendre en compte un contexte forte- ment évolutif, marqué par le développement d’énergies re- nouvelables intermittentes, une consommation d’électricité de plus en plus volatile et l’intégration des technologies de l’information et de la communication. Parmi les mécanismes de marché récemment dévelop- pés par RTE figurent « NEBEF1 », un mécanisme de valori- sation des effacements de consommation lancé par notre entreprise en 2013, et le mécanisme de capacité qui a pour objectif de sécuriser l’alimentation électrique à moyen terme en encourageant les investissements dans les moyens de production ou d’effacement. C’est là un changement de para- digme : l’effacement de consommation est désormais traité de la même façon que la production. Cette évolution est poussée par la flexibilité accrue rendue nécessaire par la part grandissante d’une production intermittente et par la volatilité de la consommation, notamment au moment des pointes de consommation hivernales. L’importance de larges zones interconnectées Les interconnexions, associées aux mécanismes de marché, permettent aux sources de production les moins chères sur la zone interconnectée de répondre aux besoins de consomma- tion de cette même zone, et ce, indépendamment des fron- tières politiques ou des limites de réseaux. Cette utilisation optimale des ressources nécessite une coopération étroite avec nos homologues européens. Les efforts de coordination des gestionnaires de réseaux de transport d’électricité se sont en effet intensifiés depuis une dizaine d’années, notamment par le biais d’ENTSO-E, l’association des GRT européens. Les opérateurs de réseau membres d’ENTSO-E œuvrent pour l’intégration du marché européen et pour le développement de mécanismes et de règles harmonisées, permettant entre autres de promouvoir la construction du marché européen de l’électricité. ENTSO-E est par exemple en charge de la rédac- tion des « codes de réseaux » qui comportent des standards d’exploitation et des règles paneuropéennes relatives au fonc- tionnement du marché intérieur de l’électricité et au raccorde- ment des installations de production et des consommateurs. 1 Notification d’échange de bloc d’effacement. L’architecture du marché européen de l’électricité a été pensée pour que les acteurs puissent commercer, optimiser leur portefeuille, gérer leurs risques, anticiper leurs positions, c’est-à-dire faire fonctionner efficacement les centrales de production et les réseaux en lien avec les sites de consom- mation. L’interconnexion des réseaux d’électricité européens contribue à optimiser le bouquet électrique existant au tra- vers des frontières en Europe. Le couplage des différentes zones de marché, qui a été étendu en mai dernier au marché ibérique, est une avancée majeure, résultat d’une coopé- ration avancée entre les différents gestionnaires de réseau et les bourses de l’électricité. En visant la convergence des prix de l’électricité sur l’ensemble des zones intégrées, il permet des économies significatives pour la collectivité évaluées à plusieurs centaines de millions d’euros par an pour toute l’Europe, ainsi qu’une compétitivité accrue pour tous les industriels européens. Par ailleurs, plus les réseaux de transport d’électricité sont interconnectés, plus la sécurité d’alimentation électrique est renforcée. L’analyse prévisionnelle offre-demande2 d’élec- tricité réalisée chaque année à l’approche de l’hiver, montre que la France pourra recourir aux importations pour couvrir 2 L'équilibre offre-demande d'électricité pour l'hiver 2014-2015. Figure 5 : Production d’électricité en France du 21 octobre 2014. Source : RTE. REE N°5/2014 25 L'ARTICLE INVITÉ la consommation du matin en janvier et que dans le même temps, les capacités d’exportation seront suffisantes sur toute la période hivernale, notamment pour pouvoir répondre aux éventuelles demandes de la Belgique, y compris si des contraintes devaient impacter le réseau de transport d’électri- cité français. Dans ce cas, le mécanisme d’ajustement pourra par exemple solliciter les effacements de consommation dis- ponibles. En cas de grande vague de froid (avec des tempéra- tures inférieures de 6 à 8 °C aux normales de saison), l’analyse de RTE montre que le niveau d’importation nécessaire pourrait atteindre 4 300 MW fin janvier. Cela reste compatible avec les capacités d’importation du réseau électrique français. Un travail similaire à cette analyse est effectué au niveau européen par l’ensemble des gestionnaires de réseau. Au travers du « Winter Outlook Report », RTE et ses homolo- gues européens informent l’ensemble des acteurs du mar- ché européen de l’électricité de l’analyse prévisionnelle de l’équilibre offre-demande pour l’hiver à venir. La coopération électrique est une composante forte des échanges mutuelle- ment profitables qui peuvent s’établir entre pays. L’intelligence du réseau de transport d’électricité au service de la transition énergétique L’interconnexion des réseaux de transport d’électricité et l’optimisation économique et technique qu’elle permet, constituent un atout au service de l’économie française et européenne. RTE compte parmi ses clients des industriels et une multitude d’acteurs économiques majeurs. La qualité et la continuité de l’alimentation électrique sont des éléments essentiels de la compétitivité des entreprises françaises. C’est aussi un enjeu pour les consommateurs finals, PME, PMI et particuliers, qui ne sont pas directement raccordés au réseau de transport d’électricité mais qui dépendent de son bon fonctionnement. Depuis plusieurs décennies, nous inté- grons le coût pour la société de « l’électricité non distribuée » dans nos choix d’investissement. Le coût économique d’une coupure de courant supérieure à trois minutes représente environ 200 fois le prix de la fourniture de cette même élec- tricité, ce qui est considérable. Si l’on souhaite réussir la transition énergétique, sans pour autant pénaliser la compétitivité des entreprises françaises, il est important de maîtriser les coûts liés au système élec- trique et de maintenir, voire améliorer la qualité de l’électrici- té. Le déploiement des réseaux électriques intelligents, dont le transport est une composante essentielle, est indispen- sable pour conjuguer compétitivité économique et évolution du bouquet énergétique. Le chemin est largement tracé, le système électrique est déjà intelligent : développement d’ou- tils d’observation et de surveillance en temps réel des flux de production éolienne et photovoltaïque sur le système élec- trique français (IPES, modèle de prévision de la production éolienne et photovoltaïque développé par RTE), insertion du courant continu dans un système synchrone en courant alter- natif. 40 000 données sont traitées chaque jour dans nos centres de conduite, le développement de démonstrateurs, de postes électriques intelligents capables de traiter davan- tage encore de données pour piloter plus finement les flux d’électricité, témoignent d’une orientation déjà engagée vers les réseaux de demain. Notre pays dispose de nombreux atouts, parmi lesquels figurent déjà des leaders mondiaux dans les technologies concernées (opérateurs de réseaux électriques et télécoms, équipementiers, producteurs de composants et d’ingénierie logicielle, universités et centres de recherche…). Le réseau électrique intelligent de demain se construit pièce par pièce en faisant appel à des acteurs extrêmement différents tant par leur taille que par leur domaine de com- pétences, en intégrant les NTIC (nouvelles technologies de l’information et de la communication) aux technologies de réseau électrique, en expérimentant des solutions innovantes notamment au travers de plates-formes mises en place sur des campus universitaires, en développant de nouveaux ou- tils, de nouveaux services dont les solutions domotiques. Les nombreux outils de flexibilité déjà existants et qui se dévelop- peront dans l’avenir n’annulent pas le besoin de plus de réseau de transport et de distribution d’électricité. En mettant davan- tage d’intelligence dans les réseaux, ils permettront d’anticiper et de mieux utiliser la production des énergies renouvelables. Ces outils transformeront la vie des consommateurs d’élec- tricité, faisant d’eux des consom’acteurs, davantage respon- sables de leur propre consommation, voire producteurs s’ils le peuvent et le veulent. Une coopération européenne indispensable au réseau de demain La dimension européenne est également un facteur de déploiement des réseaux intelligents. L’amélioration du fonc- tionnement du marché européen contribuera à la perfor- mance de l’économie européenne et au bien-être social. Le couplage des marchés sera étendu prochainement à l’Italie, à la Slovénie et à l’Autriche. Viendront ensuite les pays de l’Est, permettant de construire une zone unique d’échanges d’électricité en Europe. Un projet d’ampleur lancé à l’échelle Nord-Ouest-Europe devrait permettre des échanges d’élec- tricité au plus proche du temps réel (échéance dite infra- journalière). Ce système d’échanges existe déjà entre la France, l’Allemagne et la Suisse. Les opérateurs du système électrique mettent également en place des mécanismes de marché pour équilibrer l’offre et la demande au plus près du temps réel en faisant appel à des capacités d’ajustement au-delà de leurs frontières, leur permettant ainsi d’utiliser les 26 REE N°5/2014 L'ARTICLE INVITÉ sources d’énergie les plus performantes y compris au mo- ment de solliciter des réserves rapides. Autre domaine de coopération indispensable à l’intelli- gence des réseaux, le secteur de la recherche et du déve- loppement s’est structuré au niveau européen dans le cadre d’une initiative appelée « Horizon 2020 ». La R&D européenne s’attache par exemple à étudier et rendre possible l’intégra- tion massive d'énergies renouvelables intermittentes dans le système électrique européen tout en assurant sa stabilité, à encourager la gestion des effacements de consommation, à prolonger la durée de vie des infrastructures existantes et à travailler à l’acceptation de projets par la population. RTE joue un rôle moteur dans plusieurs projets européens de R&D européenne. Nous nous impliquons également dans des projets pilotes, initiatives et démonstrateurs, participant ainsi au développement des réseaux intelligents en Europe. Le projet « BestPaths » prend la suite du projet « Twenties » et met en œuvre de nouvelles solutions technologiques pour permettre l’intégration massive d’énergies renouvelables en particulier provenant de fermes éoliennes offshore. Dans ce cadre, RTE pilotera un démonstrateur essentiel dans le domaine très prometteur des réseaux à courant continu. Son objectif est de prouver et de poser les conditions pour qu’un tel réseau puisse se développer progressivement par assem- blage de solutions techniques proposées par les industriels différents. Mené et coordonné par RTE, « iTesla » vise à déve- lopper la prochaine génération de plates-formes d’étude de la stabilité du réseau européen. Les fortes variabilités attendues tant du côté de la production avec l’intermittence des ENR que du côté de la consommation (par exemple avec le déploiement des véhi- cules électriques) nous amènent à traiter un nombre croissant de données. Là où hier quelques simulations suffisaient à porter un diagnostic sur la stabilité et la sûreté du réseau, ce sont aujourd’hui des millions qui sont nécessaires. Autre outil de simulation, « Optimate » modélise le fonctionnement des différents marchés de l’électricité (marchés infrajournalier, day-ahead, ajustement et règlement des écarts), et le comportement des acteurs (producteurs, consommateurs, GRT, etc..) à l’échelle européenne. Il permettra de tester la robustesse des règles de marché existantes et d’en développer de nou- velles dans un contexte de pénétration significative d’ENR. Dernier exemple, RTE est partenaire du projet « INSPIRE-Grid », dont l’objectif est de mieux prendre en compte les dimensions sociales dans la concertation entre les opérateurs de réseau et les parties prenantes. Ce projet réunit des chercheurs de différentes disciplines, des gestionnaires de réseaux de transport et des ONG. Ils seront amenés à travailler ensemble sur une durée de trois ans pour mieux répondre aux enjeux d’acceptabilité sociétale des projets de développement de lignes. L’intelligence électrique au service de la croissance économique Outre des bénéfices économiques et écologiques pour les acteurs industriels et les consommateurs, les réseaux élec- triques intelligents constituent au niveau mondial un marché à forte croissance. A titre d’exemple, la filière française pourra représenter d’ici 2020, de 20 000 à 25 000 emplois directs pour un chiffre d’affaires de 6 milliards d’euros, soit 10 000 créations d’emplois principalement dans les secteurs de l’in- génierie, de la conception et des services. Les enjeux de la filière à l’exportation sont considérables. Le marché mondial des réseaux électriques intelligents est estimé à 30 milliards d’euros en 2015 avec un taux de croissance annuelle autour de 10 %. Les industries françaises, qui ont déjà 50 % de leur chiffre d’affaires à l’exportation dans ce domaine, doivent se positionner en chefs de file dans cette compétition mondiale stratégique. Opérateur du système électrique et acteur clé de son opti- misation, cet objectif mobilise les hommes et les femmes de RTE dès aujourd’hui pour intégrer davantage encore d’intelligence dans le système électrique. L’intelligence dépasse évidemment le seul secteur électrique. Davantage d’in- teractions entre les différentes sources d’énergie par exemple au travers de plates-formes informatiques qui permet- tront d’agréger des moyens répartis de production, de stockage, de consomma- tion pilotable avec plus de flexibilité et, in fine, plus d’optimisation économique sont aujourd’hui possibles. La conjugaison du numérique et des systèmes énergétiques est l’une des clés pour un modèle plus efficace, plus sobre, porteur de nouveaux horizons économiques et créateurs d’em- plois. L’avenir est donc à une intelligence énergétique collective qui permettra au système énergétique dans son ensemble de se transformer. Dominique Maillard est né à Paris, le 28 mars 1950, il est diplômé de l’Ecole Polytechnique et de l’École des Mines de Paris. Il a consacré la quasi- totalité de sa vie professionnelle au secteur de l’énergie. De 1998 à 2007, Il a notamment occupé le poste de Directeur général de l’énergie et des matières premières et a présidé le Conseil de direction de l’Agence inter- nationale de l’énergie (2002-2003). Depuis mai 2007, Dominique Maillard est Président du directoire de Réseau de Transport d’Electricité (RTE). Il a été reconduit dans ses fonctions pour cinq ans, le 1er septembre 2010. Il préside également depuis décembre 2012, la Fondation nationale entreprise et per- formance (FNEP).