Stabiliser le réseau via la modulation de consommation

Éclipse solaire et résilience du réseau : Exploiter la modulation de consommation pour sa stabilité

Une éclipse solaire survient lorsque la lune s’interpose entre la Terre et le soleil, provoquant ainsi une obscuration partielle ou totale de ce dernier. Lors de cet événement, l’ombre de la lune traverse une région spécifique de la Terre, entraînant une période d’obscurité temporaire qui peut durer plusieurs minutes. Un tel phénomène, comme celui observé en Amérique du Nord le 8 avril 2024, a des répercussions importantes sur le réseau électrique de la région, en raison des fluctuations soudaines de l’ensoleillement (National Aeronautics and Space Administration [NASA]).

Les États-Unis, en particulier les 12 États directement sous la trajectoire de l’éclipse, ont été témoins d’une chute spectaculaire de la production d’énergie solaire lorsque le soleil a disparu derrière la lune. Cela pose un défi unique car l’énergie solaire est devenue une source d’électricité de plus en plus importante à travers le pays. Selon l’Association des Industries de l’Énergie Solaire (SEIA), les États-Unis disposent de plus de 127,5 gigawatts (GW) de capacité photovoltaïque solaire installée à la fin de 2023. De nombreux États, en particulier ceux dotés d’une grande capacité solaire comme le Texas, la Floride et la Caroline du Nord, dépendent fortement de cette source d’énergie propre pendant les heures de pointe en journée.

Mais les éclipses ne sont pas les seuls évènements pouvant créer ce genre de défi, avec l’avènement des énergies renouvelables – et non pilotables – un peu partout dans le monde, la production d’électricité est devenue fortement dépendante des conditions météorologiques au jour le jour comme en cas d’évènement exceptionnel tel qu’une éclipse.

Cet article explore la relation complexe entre lors d’événements de demande maximale ou de phénomènes naturels tels que les événements météorologiques extrêmes, les défaillances de l’infrastructure électrique, les augmentations/diminutions soudaines de l’offre/demande, les menaces de cybersécurité et les événements géopolitiques. Nous examinerons la situation spécifique des pays disposant d’une infrastructure renouvelable importante et comment la chute soudaine de la production ou l’augmentation de la demande peuvent menacer la stabilité du réseau. De plus, nous examinerons une solution prometteuse – les mécanismes d’effacement – et comment ils peuvent être utilisés pour atténuer ces défis et garantir un réseau plus résilient face aux événements extrêmes.

Source: iae.org

 

L’essor des énergies renouvelables et la dépendance au réseau :

L’Europe et les États-Unis ont connu une augmentation l’adoption des énergies renouvelables ces dernières années. Alimentées par la baisse des coûts d’installation, les incitations gouvernementales et la préoccupation croissante pour l’environnement, les énergies renouvelables sont devenues une source d’électricité courante. Cela représente une augmentation significative par rapport aux années précédentes, mettant en évidence la croissance rapide des énergies solaires et éoliennes dans le mix énergétique national.

Cependant, cette dépendance croissante aux énergies renouvelables présente un nouveau défi pour les opérateurs de réseau : l’intermittence.

Contrairement aux centrales électriques traditionnelles telles que le charbon ou le gaz naturel, les panneaux solaires ne produisent de l’électricité que lorsque le soleil brille et les éoliennes lorsque le vent souffle. Cette variabilité inhérente peut perturber l’équilibre délicat entre l’offre et la demande d’électricité sur le réseau, surtout pendant les périodes de pic de production d’énergie suivies de chutes soudaines, telles que celles causées par des événements imprévus comme l’éclipse solaire ou d’autres variations météorologiques.

Le défi réside dans l’intégration harmonieuse de cette source d’énergie renouvelable fluctuante avec un réseau historiquement conçu pour une production d’énergie plus prévisible et pilotable. Les sections suivantes exploreront les difficultés posées par des évènements extrême sur un réseau fortement dépendant des énergies renouvelables, et comment des solutions innovantes comme les mécanismes d’effacement.

Problèmes rencontrés par le réseau électrique :

Par exemple, une éclipse solaire vient perturber la danse minutieusement orchestrée de l’offre et de la demande d’électricité sur le réseau. Bien que le phénomène en lui-même puisse être impressionnant, il présente un défi unique pour les opérateurs de réseau. Voici pourquoi :

  • Baisse soudaine de la production d’énergie solaire : Pendant une éclipse totale, les panneaux solaires cessent de produire de l’électricité. Lors de l’éclipse d’avril 2024, la production d’énergie solaire a chuté jusqu’à 71 % dans certaines régions fortement dépendantes de l’énergie solaire, comme le Texas (étude sur l’éclipse du NREL).
  • Perturbation de l’équilibre du réseau : Les réseaux électriques reposent sur des ajustements en temps réel pour maintenir un équilibre constant entre l’offre et la demande d’électricité. La perte soudaine et significative d’énergie solaire perturbe cet équilibre, pouvant entraîner des fluctuations de tension et, dans les cas extrêmes, des pannes de courant.

D’autres défis courants auxquels est confronté le réseau :

  • Événements météorologiques : Les événements météorologiques, notamment les ouragans, les tempêtes, les vagues de chaleur extrême et les vagues de froid, mettent sérieusement à l’épreuve la stabilité et la fiabilité du réseau électrique. L’Europe et les Etats Unis, avec leurs régions climatiques diverses, sont particulièrement vulnérables. Ces événements peuvent entraîner des pannes de courant généralisées et des perturbations du réseau.

Ces dernières années, plusieurs événements météorologiques graves ont directement affecté le réseau européen. Par exemple, les tempêtes Ciara et Dennis en 2019 ont ravagé l’Europe occidentale, causant d’importants dommages aux infrastructures électriques dans des pays comme le Royaume-Uni, la France et l’Allemagne, entraînant des pannes de courant pour des millions de personnes. Les données de l’Agence européenne pour l’environnement révèlent une tendance préoccupante : la fréquence et l’intensité des événements météorologiques extrêmes en Europe augmentent en raison du changement climatique, le nombre ayant doublé entre 1980 et 2019.

  • L’infrastructure vieillissante : Elle représente un défi de taille pour la stabilité et la fiabilité du réseau électrique, dont une grande partie remonte à des décennies. À mesure que ces systèmes se détériorent, leur vulnérabilité aux défaillances augmente, entraînant des pannes et des interruptions de l’alimentation électrique. De nombreux pays européens et États américains s’appuient sur des centrales électriques, des postes électriques et des lignes de transmission vieillissants, dont certains dépassent leur durée de vie initiale. Par exemple, une partie significative du réseau électrique du Royaume-Uni, installée dans les années 1950 et 1960, nécessite désormais d’être remplacées ou rénovées. Les données du Réseau Européen Des Gestionnaires De Réseau De Transport D’électricité (ENTSO-E) mettent en garde contre le fait qu’une partie importante de l’infrastructure de réseau de transmission de l’Europe a plus de 40 ans, ce qui augmente le risque de défaillance des équipements et d’instabilité du réseau. La canicule européenne de 2019 illustre les conséquences de l’infrastructure vieillissante, avec des équipements plus anciens peinant sous une demande accrue et des températures élevées, entraînant des pannes de courant généralisées.
  • L’intégration des énergies renouvelables : présente un scénario complexe pour l’infrastructure énergétique de l’Europe et des États-Unis. Pour atteindre des objectifs ambitieux de réduction des gaz à effet de serre, les pays étendent rapidement leurs sources d’énergie éolienne, solaire et hydroélectrique. Cependant, ces énergies renouvelables sont intermittentes et variables, ce qui pose des défis vis-à-vis de la stabilité du réseau. Les fluctuations de la production d’énergie éolienne et solaire peuvent entraîner des déséquilibres entre l’offre et la demande en temps réel. Par exemple, l’Europe a connu des situations où une production élevée d’énergie renouvelable a entraîné des prix négatifs de l’électricité. Dans des pays comme l’Allemagne et le Danemark, où le vent et le solaire dépassent parfois la demande, des congestions du réseau et des déséquilibres sur le marché surviennent.

 

Source: NREL

Ici, nous pouvons clairement observer la chute massive de la production solaire causée par l’éclipse.

 

 

Introduction au programme d’effacement  :

En Europe, les usines et les grands consommateurs d’énergie comme les entrepôts frigorifiques ont des cibles privilégiées pour les programmes d’effacement (= modulation de consommation). Ces programmes sont conçus pour réduire la pression sur le réseau électrique pendant les périodes de pointe, comme les chaudes après-midis d’été où tout le monde met en marche ses climatiseurs. Les industries peuvent bénéficier de l’effacement de plusieurs façons. En réduisant stratégiquement leur consommation d’électricité pendant les heures de pointe, elles peuvent réduire considérablement leur facture d’électricité. Certains programmes les rémunèrent même pour cette réduction de consommation, créant ainsi une nouvelle source de revenus. De plus, participer à l’effacement contribue à protéger l’environnement en réduisant la dépendance à l’égard de ces centrales électriques/Charbon polluantes en période de pointe.

Comment cela fonctionne-t-il ?

L’effacement électrique, qu’il soit appliqué aux sites industriels ou aux bâtiments tertiaires comme les supermarchés ou les bureaux, comporte des règles à respecter. Il faut d’abord s’assurer de pouvoir réduire la consommation d’électricité en réponse à des signaux. Cela implique en général une organisation interne et une formation du personnel pour agir rapidement sans perturber le travail quotidien.

Il faut également prendre en compte les aspects économiques. En arrêtant temporairement certains processus, on peut subir des pertes de production, de qualité ou avoir des dépenses de maintenance supplémentaires. Il faut donc évaluer les coûts par rapport aux économies potentielles sur la facture d’électricité.

En plus de la rémunération de base, une prime supplémentaire, appelée Complément AOE, peut être ajoutée. Cette prime vise à encourager davantage l’effacement. Le montant de cette prime dépend de deux choses : votre choix de conditions (qui peut influencer la prime) ou de la quantité d’énergie que vous effacez (mesurée en Nombre d’Heures d’Engagement).

               Source : RTE

Comment le mécanisme de l’effacement peut atténuer les problèmes du réseau électrique :

L’effacement jour un rôle crucial dans l’atténuation des problèmes du réseau tels que la congestion, la forte ou faible demande et le risque de black-out en ajustant dynamiquement les schémas de consommation d’électricité en réponse aux conditions du réseau. Voici comment ils abordent chacun de ces problèmes :

  • Gestion de la congestion : L’effacement est essentiel pour soulager la congestion du réseau électrique à travers l’Europe en encourageant les , notamment pendant les périodes de pointe. Par exemple, dans des pays comme l’Italie, où la demande d’énergie atteint son pic pendant les mois d’été en raison de l’utilisation de la climatisation, les initiatives de réponse à la demande incitent les consommateurs à réduire leur consommation pendant ces périodes de forte demande. Selon une étude de la Commission européenne (2022), la réponse à la demande a contribué à une réduction de 7 % de la demande de pointe dans plusieurs pays européens en 2022. En redistribuant l’utilisation de l’électricité loin des périodes de pointe, ces programmes soulagent la pression sur l’infrastructure du réseau, améliorent la fiabilité du système et soutiennent l’intégration des sources d’énergie renouvelable (Commission européenne, 2022).
  • Forte demande : Pendant les périodes de forte demande en Europe, notamment pendant les jours froids d’hiver lorsque la demande de chauffage atteint son pic, l’Etat encourage les consommateurs à réduire leur consommation d’électricité. Par exemple, dans des pays comme la France et l’Allemagne, où la demande de chauffage augmente considérablement pendant les mois d’hiver, les initiatives de flexibilité incitent les consommateurs à réduire leur consommation pendant ces périodes de pointe. Cette approche proactive contribue à éviter la surcharge du réseau, réduit la nécessité d’investissements coûteux dans des capacités de production supplémentaires et maintient la stabilité du système. Selon un rapport de la Commission européenne, les programmes d’effacement en Europe se sont révélés efficaces pour atténuer les impacts de la forte demande hivernale sur le réseau électrique, contribuant ainsi à renforcer la fiabilité et la résilience (Commission européenne, 2023).
  • Faible demande : À l’inverse, pendant les périodes de faible demande en Europe, comme la nuit ou les week-ends lorsque l’activité industrielle diminue et la consommation résidentielle baisse, peuvent jouer un rôle crucial dans la stimulation de la consommation d’électricité. Par exemple, dans des pays comme l’Allemagne et les Pays-Bas, où une capacité importante d’énergie renouvelable entraîne un surplus de production pendant certaines périodes, les initiatives de réponse à la demande offrent des incitations à une utilisation accrue de l’électricité pendant les heures creuses. En incitant les consommateurs à utiliser la capacité de production excédentaire, ces programmes optimisent l’efficacité des centrales électriques et améliorent la stabilité du réseau pendant les périodes de faible demande. Selon une étude menée par l’Agence de l’Union européenne pour la coopération des régulateurs de l’énergie (ACER), les mesures d’effacement ont réussi à promouvoir une utilisation efficace des ressources et à améliorer la fiabilité du réseau pendant les périodes de faible demande (ACER, 2023).
  • Risque de black-out : Les programmes d’effacement constituent des outils indispensables pour les opérateurs de réseau en Europe afin de gérer et de prévenir efficacement les black-outs. En réduisant stratégiquement la demande pendant les moments critiques, tels que les événements météorologiques extrêmes ou les interruptions inattendues de l’approvisionnement, ou en redistribuant la demande à différents moments de la journée, ces programmes renforcent la résilience et la fiabilité du réseau. Par exemple, au Royaume-Uni, le National Grid Electricity System Operator (ESO) s’appuie sur des initiatives d’effacement pour équilibrer l’offre et la demande et atténuer le risque de blackouts pendant les périodes de stress élevé sur le réseau.

Conclusion :

En conclusion, la montée des énergies renouvelables présente à la fois des opportunités et des défis pour les opérateurs de réseau en Europe et aux États-Unis. Alors que l’adoption des sources d’énergie renouvelables est motivée par des facteurs tels que la baisse des coûts et les préoccupations environnementales, elle a introduit des complexités liées à la dépendance au réseau et à l’intermittence.

L’article met en évidence les défis auxquels sont confrontés les réseaux, notamment les baisses soudaines de la production d’énergie solaire lors d’événements tels que les éclipses solaires, les conditions météorologiques extrêmes et le vieillissement de l’infrastructure. Cependant, l’introduction de programmes d’effacement offre une solution prometteuse pour atténuer ces défis. En incitant les industries à ajuster leur consommation d’électricité pendant les périodes de pointe, les programmes d’effacement contribuent à la stabilité et à la résilience du réseau. Grâce à des ajustements dynamiques en réponse aux conditions du réseau, les programmes contribuent aussi à résoudre la congestion, à gérer les périodes de forte et de faible demande, et à réduire le risque de black-out.

À l’avenir, l’intégration des énergies renouvelables et l’adoption généralisée des programmes de réponse à la demande seront cruciales pour garantir la fiabilité et la durabilité du réseau électrique en Europe et au-delà.

 

References:

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