Défi des énergies renouvelables : stabilité vs intermittence

• Les énergies renouvelables et leur montée en puissance
• Défis de l’intermittence des énergies renouvelables
• Conséquences économiques de l’intermittence des énergies renouvelables
• Solutions actuelles et innovations dans le stockage d’énergie
• Stratégies à long terme pour gérer l’intermittence des énergies renouvelables
• FAQ
• Sources et références

Nous sommes tous concernés par la transition vers des sources d’énergie plus vertes, et il est essentiel de comprendre leur rôle croissant dans notre quotidien. Les énergies renouvelables, comme le solaire, l’éolien, l’hydraulique, la géothermie et la biomasse, représentent non seulement une solution à la dépendance aux combustibles fossiles, mais aussi un moyen crucial de réduire les émissions de CO2 et de lutter contre le réchauffement climatique. Cependant, elles présentent dans le cas du solaire et de l’éolien un défi majeur : leur intermittence.

L’intermittence des énergies renouvelables, c’est-à-dire leur production variable et parfois imprévisible, pose un véritable casse-tête pour la stabilité des réseaux électriques. Imaginez un jour ensoleillé avec des éoliennes tournant à plein régime, suivie d’une période calme sans vent ni soleil. Comment gérer ces fluctuations et assurer un approvisionnement constant en électricité ? Cela a un impact direct sur la volatilité des prix de l’électricité et crée des tensions sur les réseaux électriques.

Nous allons plonger au cœur de cette problématique et explorer ensemble les solutions innovantes mises en place pour surmonter ces défis.

Les énergies renouvelables et leur montée en puissance

Aperçu global des capacités renouvelables

En 2022, le monde a enregistré un record dans l’installation de capacités renouvelables. L’hydroélectricité reste la principale source d’énergie renouvelable avec 1.250 gigawatts (GW), représentant 37% du total, tandis que le solaire et l’éolien représentent respectivement 31% et 27% du total des capacités renouvelables, qui s’élèvent à 3.372 GW à la fin de 2022. Ces chiffres illustrent l’importance croissante des énergies renouvelables dans le mix énergétique mondial. Par ailleurs, la part des différentes filières renouvelables dans la production totale d’électricité au premier semestre 2022 atteignait 30,5%, en hausse par rapport à 28,3% en 2021 (source: Le Monde de l’Energie, Connaissances des énergies).

Progression géographique

La Chine a joué un rôle de premier plan dans cette croissance, ajoutant 141 GW de nouvelles capacités en 2022, ce qui représente plus de la moitié du total mondial de nouvelles installations. L’Europe et l’Amérique du Nord ont également contribué avec une augmentation respective de 57,3 GW et 29,1 GW. La progression en Afrique et au Moyen-Orient, bien que plus modeste, a été notable (source: Le Monde de l’Energie).

Énergies renouvelables en 2023

En 2023, on observe une tendance à la hausse continue. La Chine a notamment mis en service une quantité impressionnante d’énergie solaire photovoltaïque, qui devrait représenter près de 60 % des nouvelles capacités renouvelables mondiales d’ici 2028. L’éolien et le solaire photovoltaïque devraient surpasser ensemble la production hydroélectrique au niveau mondial à partir de 2024. Les énergies renouvelables, dans leur ensemble, devraient devenir la première source de production d’électricité devant le charbon en 2025 (source: pv magazine France).

Statistiques régionales

En Amérique du Nord, bien qu’une augmentation de la demande pour les énergies fossiles ait été observée, elle a été contrebalancée par une réduction de l’usage du charbon et une légère hausse de la part des renouvelables. En Europe, la part des énergies renouvelables dans le mix énergétique a continué à augmenter malgré les défis géopolitiques et énergétiques. En Asie, la Chine et l’Inde ont montré une nette progression dans l’adoption des énergies renouvelables, contrastant avec la diminution de la consommation en Europe et en Amérique du Nord (source: SEFE Energy, Les Echos, Placedesenergies.com).

Ces statistiques démontrent une évolution rapide et significative dans l’adoption des énergies renouvelables à l’échelle mondiale, bien qu’il reste encore beaucoup à faire pour atteindre les objectifs climatiques mondiaux. Les pays et régions du monde continuent de s’adapter et d’innover pour intégrer davantage les énergies renouvelables dans leurs mix énergétiques, reflétant un engagement croissant envers un avenir énergétique durable.

Défis de l’intermittence des énergies renouvelables

Nature intermittente des sources d’énergies renouvelables

Les sources d’énergies renouvelables, bien qu’essentielles pour une transition énergétique durable, présentent un défi majeur en raison de leur nature intermittente. Cette intermittence se manifeste de différentes manières selon la source d’énergie :

• Énergie solaire : La production d’électricité solaire dépend de l’ensoleillement, variant tout au long de la journée et étant absente la nuit.
• Énergie éolienne : La production éolienne fluctue en fonction de la force et de la constance du vent.
• Énergie hydraulique : Bien que plus stable, elle peut être affectée par les variations saisonnières des niveaux d’eau.
• Géothermie et biomasse : Moins intermittentes, mais leur potentiel varie selon la géographie et la disponibilité des ressources.

Impact sur la stabilité des réseaux électriques

L’intermittence des énergies renouvelables pose des défis significatifs pour la stabilité des réseaux électriques :

• Variabilité de la production : Les fluctuations de la production d’énergies renouvelables peuvent entraîner une inadéquation entre l’offre et la demande d’électricité.
• Gestion de la demande : Les systèmes de gestion de l’énergie doivent s’adapter en temps réel pour équilibrer la demande avec une offre inconstante.
• Stockage d’énergie : Le besoin accru de solutions de stockage efficaces pour stocker l’énergie excédentaire et la redistribuer pendant les périodes de faible production.
• Réseau électrique : Nécessité d’améliorer les infrastructures de réseau pour intégrer de manière flexible les sources d’énergie intermittentes.

Solutions et innovations

Pour répondre à ces défis, diverses solutions sont explorées :

• Batteries et stockage d’énergie : Développement de technologies de stockage avancées pour lisser les fluctuations.
• Réseaux électriques intelligents : Utilisation de réseaux intelligents pour une gestion plus dynamique et efficace de la production et de la consommation d’énergie.
• Diversification des sources : Combinaison de différentes sources renouvelables pour réduire la dépendance à une seule source intermittente.

L’intermittence des énergies renouvelables reste un défi majeur dans la transition énergétique. Néanmoins, grâce aux avancées technologiques et à l’amélioration des infrastructures, il est possible de minimiser cet impact et de maximiser l’utilisation des énergies renouvelables pour un avenir durable.

Conséquences économiques de l’intermittence des énergies renouvelables

Impact sur les prix de l’électricité

L’intégration croissante des énergies renouvelables dans le mix énergétique a un impact significatif sur les prix de l’électricité :

• Volatilité des prix : L’intermittence des sources comme l’éolien et le solaire peut entraîner une volatilité des prix de l’électricité. Lorsque la production est élevée, les prix peuvent chuter, parfois même en dessous de zéro. Inversement, lors de faible production, les prix peuvent grimper considérablement.
• Coûts de l’équilibrage : Les opérateurs de réseau doivent investir dans des solutions d’équilibrage comme le stockage d’énergie ou les centrales à gaz pour pallier l’intermittence, ce qui peut augmenter les coûts opérationnels.
• Tarification dynamique : Certains marchés introduisent des modèles de tarification dynamique pour refléter ces fluctuations, impactant les consommateurs et les entreprises.

Coûts associés au stockage de l’énergie

Le stockage de l’énergie est crucial pour gérer l’intermittence des énergies renouvelables, mais il implique des coûts significatifs :

• Technologies de stockage : Les technologies telles que les batteries lithium-ion, les STEP (stations de transfert d’énergie par pompage), ou l’hydrogène vert sont des solutions potentielles, mais chacune avec ses propres coûts de développement et d’exploitation.
• Investissements en infrastructure : Le développement de nouvelles infrastructures de stockage nécessite d’importants investissements initiaux.
• Coûts de maintenance et d’exploitation : Ces systèmes de stockage nécessitent également des coûts de maintenance et d’exploitation continus pour garantir leur efficacité et leur durabilité.

L’intermittence des énergies renouvelables a des répercussions économiques notables sur les marchés de l’électricité. La gestion de cette intermittence nécessite des investissements considérables en technologies de stockage, ce qui influence les coûts globaux de l’énergie.

Solutions actuelles et innovations dans le stockage d’énergie

Technologies de stockage existantes

Le stockage d’énergie joue un rôle crucial dans l’atténuation de l’intermittence des énergies renouvelables. Voici quelques-unes des technologies clés actuellement en usage :

• STEP (Station de Transfert d’Énergie par Pompage) : Les STEP utilisent deux réservoirs d’eau à différentes altitudes pour stocker l’énergie. L’eau est pompée vers le réservoir supérieur lorsque l’électricité est abondante et relâchée pour produire de l’électricité lorsqu’elle est nécessaire.
• Batteries : Les batteries lithium-ion sont largement utilisées pour le stockage à petite échelle, comme dans les maisons ou pour la mobilité électrique. Les grandes batteries industrielles sont également utilisées pour équilibrer les réseaux électriques.
• Hydrogène vert : L’hydrogène produit par électrolyse de l’eau en utilisant de l’électricité renouvelable offre une solution prometteuse pour le stockage à long terme.
• Barrages : Les barrages hydroélectriques traditionnels continuent de jouer un rôle dans le stockage d’énergie, bien que leur impact environnemental soit un sujet de préoccupation.

Progrès dans la technologie de l’hydrogène vert

L’hydrogène vert est un domaine de recherche et de développement particulièrement actif :

• Réduction des coûts : Des efforts sont déployés pour rendre l’électrolyse plus efficace et moins coûteuse.
• Augmentation de l’efficacité : Des progrès technologiques sont réalisés pour améliorer l’efficacité de la production, du stockage et de la distribution de l’hydrogène vert.

Projets de stockage à grande échelle

Des projets ambitieux sont en cours pour développer des solutions de stockage d’énergie à grande échelle :

• Parcs de batteries industrielles : Des entreprises comme TotalEnergies développent des parcs de batteries pour fournir une réserve d’énergie et aider à stabiliser les réseaux électriques.
• Installations de production d’hydrogène vert : Des projets sont en cours pour établir de grandes installations de production d’hydrogène vert, souvent liées à des sources d’énergie renouvelable comme l’éolien ou le solaire.

Les volants à inertie

Dans le paysage dynamique des technologies de stockage d’énergie, les « volants à inertie » émergent comme une solution innovante et prometteuse. Ces dispositifs, fonctionnant sur le principe de conservation de l’énergie cinétique, offrent une alternative intéressante aux méthodes de stockage conventionnelles.

Un volant d’inertie stocke l’énergie mécanique sous forme de rotation. Lorsque de l’énergie est disponible en excès, par exemple lors de la production élevée d’énergie renouvelable, cette énergie est utilisée pour accélérer un volant massif à très haute vitesse, stockant ainsi l’énergie sous forme de mouvement. En période de demande, l’énergie cinétique du volant est convertie en énergie électrique via un générateur.

L’avantage principal des volants à inertie réside dans leur capacité à fournir et absorber rapidement de l’énergie, ce qui les rend particulièrement utiles pour des applications nécessitant une réponse rapide, telles que la régulation de la fréquence du réseau ou la fourniture de puissance de secours. De plus, contrairement aux batteries chimiques, les volants à inertie ne sont pas soumis à des dégradations significatives au fil du temps et peuvent supporter un grand nombre de cycles de charge et de décharge sans perte de performance.

L’innovation technologique dans ce domaine se concentre sur l’amélioration de l’efficacité énergétique, la réduction des coûts, et l’intégration de matériaux avancés pour augmenter la vitesse de rotation et donc la quantité d’énergie stockée. Ces progrès ouvrent de nouvelles perspectives pour le stockage d’énergie, particulièrement dans les systèmes intégrant une forte proportion d’énergies renouvelables intermittentes.

Tableau récapitulatif des solutions de stockage

Stratégies à long terme pour gérer l’intermittence des énergies renouvelables

Nécessité de politiques et réglementations adaptées

Les politiques et réglementations jouent un rôle crucial dans la gestion de l’intermittence des énergies renouvelables. Voici quelques approches clés :

• Incitations financières : Encourager l’investissement dans les technologies de stockage et les infrastructures de réseau par des subventions, des crédits d’impôt ou des tarifs de rachat garantis.
• Normes et réglementations : Établir des normes pour l’intégration des énergies renouvelables au réseau, incluant des exigences de stockage d’énergie ou de capacités de gestion de la demande.
• Coopération internationale : Renforcer la coopération entre les pays pour partager les ressources et les technologies, ainsi que pour développer des réseaux énergétiques transfrontaliers.

Solutions à long terme

Les solutions à long terme visent à minimiser l’impact de l’intermittence tout en optimisant l’utilisation des énergies renouvelables :

• Développement des Smart Grids : Les réseaux électriques intelligents peuvent gérer de manière plus efficace la variabilité des sources renouvelables, en ajustant la production et la consommation en temps réel.
• Diversification des sources renouvelables : Combiner diverses sources renouvelables (solaire, éolien, hydroélectrique) pour réduire la dépendance à une seule source et diminuer l’impact de l’intermittence.
• Investissement dans la R&D : Soutenir la recherche et le développement de nouvelles technologies de stockage d’énergie et d’optimisation du réseau.
• Formation et sensibilisation : Éduquer les parties prenantes et le public sur l’importance et les défis des énergies renouvelables pour favoriser l’acceptation et l’adoption.

Tableau des stratégies à long terme

Une stratégie à long terme pour minimiser l’intermittence des énergies renouvelables repose sur un mélange de politiques adaptées, d’innovations technologiques, de diversification des sources et d’une sensibilisation accrue. Ces approches nécessitent une collaboration étroite entre gouvernements, industries, et communautés pour assurer une transition énergétique durable et efficace.

FAQ

Qu’est-ce que l’intermittence des énergies renouvelables ?

L’intermittence fait référence à la nature variable et parfois imprévisible de la production d’énergie à partir de sources renouvelables, comme le soleil et le vent, qui ne sont pas toujours disponibles.

Pourquoi le stockage de l’énergie est-il important pour les énergies renouvelables ?

Le stockage de l’énergie est crucial car il permet de compenser l’intermittence des énergies renouvelables en stockant l’excès d’énergie produit pendant les périodes de forte production et en le redistribuant pendant les périodes de faible production.

Quels sont les principaux types de technologies de stockage d’énergie ?

Les principales technologies de stockage d’énergie comprennent les batteries (comme les batteries lithium-ion), les STEP (stations de transfert d’énergie par pompage), l’hydrogène vert et les barrages hydroélectriques.

Comment l’intermittence des énergies renouvelables affecte-t-elle les prix de l’électricité ?

L’intermittence peut entraîner une volatilité des prix de l’électricité, avec des baisses de prix lorsque la production est élevée et des augmentations lorsqu’elle est faible.

Quelles sont les politiques et réglementations nécessaires pour soutenir les énergies renouvelables ?

Les politiques nécessaires incluent les incitations financières pour le développement des énergies renouvelables et des technologies de stockage, ainsi que des réglementations pour intégrer de manière fiable ces énergies au réseau électrique.

En quoi consiste un réseau électrique intelligent (smart grid) ?

Un réseau électrique intelligent utilise la technologie et l’automatisation pour améliorer l’efficacité du réseau électrique, notamment en gérant de manière dynamique la production et la consommation d’énergie.

L’hydrogène vert est-il une solution viable pour le stockage d’énergie ?

Oui, l’hydrogène vert, produit à partir d’électricité renouvelable, est considéré comme une solution prometteuse pour le stockage d’énergie à long terme, bien que son coût et son infrastructure soient encore des défis à relever.

Quel est le rôle des STEP dans le stockage d’énergie ?

Les STEP permettent de stocker l’énergie en pompant de l’eau vers un réservoir en altitude pendant les périodes de faible demande et de la relâcher pour produire de l’électricité pendant les périodes de forte demande.

Les énergies renouvelables peuvent-elles être la seule source d’énergie pour un pays ?

Techniquement, c’est possible, mais cela nécessite une combinaison de diverses sources d’énergies renouvelables, des systèmes de stockage d’énergie efficaces et une gestion avancée du réseau électrique.

Comment les consommateurs peuvent-ils contribuer à la transition vers les énergies renouvelables ?

Les consommateurs peuvent contribuer en adoptant des technologies économes en énergie, en utilisant des sources d’énergie renouvelables pour leurs besoins personnels, et en soutenant les politiques et initiatives favorables aux énergies renouvelables.

Sources et références

La nouvelle stratégie énergétique de la France (Gouvernement.fr) : Cette source présente la stratégie énergétique française qui repose sur une combinaison d’énergies renouvelables et nucléaire. L’accent est mis sur le développement massif des énergies renouvelables telles que le solaire, l’éolien en mer, et l’éolien terrestre. Parallèlement, la France envisage de développer davantage son secteur nucléaire. Lien

France 2030 : accélérer le déploiement de l’hydrogène (Gouvernement.fr) : Cet article détaille la stratégie nationale française pour le développement de l’hydrogène décarboné, avec un soutien public de 9 milliards d’euros d’ici 2030. L’objectif est de développer les filières de l’électrolyse et de la mobilité lourde à l’hydrogène pour contribuer significativement à la décarbonation de l’industrie et des transports. Lien

Développement et Stockage (STEP) – EDF FR : EDF a engagé le développement massif des énergies renouvelables en France, notamment via les STEP. Ces installations jouent un rôle clé dans la transition énergétique, en stockant l’énergie pendant les périodes creuses pour la restituer en période de forte demande. Actuellement, EDF exploite six STEP en France, totalisant une puissance de 5 GW. Lien

Les Stations de Transfert d’Énergie par Pompage – EDF FR : Cette page explique le fonctionnement d’une STEP. L’eau est turbinée du bassin supérieur en période de forte demande d’électricité, puis pompée du bassin inférieur en période creuse, ce qui permet un stockage efficace de l’énergie. Lien

Hydroélectricité – Ministère de la Transition Écologique et de la Cohésion des Territoires : Ce site offre une vue d’ensemble sur la gestion des installations hydroélectriques en France, y compris les STEP. Il détaille les régimes de concessions et d’autorisations associés à l’exploitation de ces installations. Lien

European Commission – Guidance and Recommendation on Energy Storage : La Commission Européenne a publié ses premiers documents d’orientation sur une définition et des principes pour le stockage d’énergie, reflétés dans le paquet « Clean energy for all Europeans » adopté en 2019. Le stockage hydroélectrique par pompage est le principal réservoir d’énergie de stockage dans l’UE, mais les projets de batteries sont en hausse. Le rapport de 2022 inclut des sections sur la production d’hydrogène renouvelable et les batteries. Lien

Recommendations on Energy Storage – European Commission : Adoptées en mars 2023, ces recommandations abordent les problématiques les plus importantes pour un déploiement plus large du stockage d’énergie dans l’UE. Elles suggèrent d’augmenter la visibilité à long terme et la prévisibilité des revenus pour faciliter l’accès au financement. Lien

How the EU is Boosting Renewable Energy – European Parliament : Ce document du Parlement Européen décrit comment l’UE augmente sa part d’énergie renouvelable et décarbonise le secteur. L’objectif révisé de l’UE est de 42,5% de sources d’énergie renouvelables d’ici 2030. Lien

Energy Storage – European Commission (Research and Innovation) : Ce document aborde le soutien de l’UE à la recherche et à l’innovation en matière de stockage d’énergie. Il met en avant le rôle clé du stockage d’énergie dans la transition vers une économie neutre en carbone, avec un accent particulier sur l’hydrogène et les batteries. Lien

2022 Grid Energy Storage Technology Cost and Performance Assessment (U.S. Department of Energy) : Ce rapport fournit une analyse approfondie des coûts et performances actuels des technologies de stockage d’énergie. Il couvre un large éventail de technologies, y compris les batteries lithium-ion et les nouvelles technologies comme le stockage thermique et gravitationnel. Ce rapport est essentiel pour comprendre les coûts actuels et les perspectives d’évolution des différentes technologies de stockage d’énergie. Lien

Grid-Scale U.S. Storage Capacity Could Grow Five-Fold by 2050 (National Renewable Energy Laboratory) : Cette étude indique que la capacité de stockage d’énergie à grande échelle aux États-Unis pourrait augmenter de cinq fois d’ici 2050. Elle souligne l’importance croissante du stockage d’énergie pour gérer l’intégration des énergies renouvelables dans le réseau. Lien

Energy Storage (U.S. Department of Energy) : Cette page offre un aperçu complet des initiatives et programmes du Département de l’Énergie des États-Unis dans le domaine du stockage d’énergie. Elle met en lumière les efforts pour accélérer le développement des technologies de stockage d’énergie, y compris le défi « Long-Duration Energy Storage Earthshot » visant à réduire de 90% les coûts du stockage d’énergie à grande échelle d’ici une décennie. Lien

Storage Futures Study: Key Learnings for the Coming Decades (National Renewable Energy Laboratory) : Ce rapport synthétise les résultats d’une étude pluriannuelle sur le futur du stockage d’énergie. Il met en avant le rôle potentiellement critique du stockage d’énergie dans un réseau électrique flexible et résilient à faible émission de carbone. L’étude aborde les scénarios futurs et examine la compétitivité économique du stockage d’énergie. Lien

DOE Invests $27 Million in Battery Storage Technology and to Increase Storage Access (U.S. Department of Energy) : Ce communiqué de presse décrit l’investissement du Département de l’Énergie des États-Unis dans la recherche et le développement des technologies de stockage par batteries. Cela comprend un soutien aux batteries à flux et aux initiatives pour améliorer l’accès au stockage d’énergie dans les communautés défavorisées. Lien