Les enjeux de l’intégration photovoltaïque dans les réseaux électriques

Le monde de l’énergie évolue rapidement, et avec lui, l’intégration des sources d’énergie renouvelables dans les réseaux électriques. Les panneaux solaires photovoltaïques, que l’on retrouve de plus en plus sur nos toits, jouent un rôle essentiel dans cette transformation. Mais qu’implique vraiment cette transition vers une énergie plus verte ? Quelles sont les défis et opportunités qui se présentent alors que nous scrutons l’avenir énergétique, notamment d’ici 2025 ? Cet article explorera les enjeux fondamentaux de l’intégration photovoltaïque.

Les énergies renouvelables : vers un nouveau paysage électrique

En 2017, les énergies renouvelables ont représenté environ 25 % de la production mondiale d’électricité, plaçant ces sources derrière le charbon, qui domine avec 38 %. En France, l’hydroélectricité reste la source renouvelable la plus importante, bien que sa part ait diminué au fil des ans. Elle compte environ 10 % de la production française, tandis que d’autres pays comme la Norvège, la Nouvelle-Zélande et le Brésil affichent des chiffres impressionnants avec jusqu’à 98 % d’hydroélectricité.

Alors que l’hydroélectricité peut être partiellement pilotable grâce à la capacité de stockage dans les barrages, les autres sources renouvelables, comme l’énergie éolienne et solaire, font face à des défis différents. Ces sources, considérées comme intermittentes ou variables, dépendent grandement des conditions météorologiques et du cycle jour/nuit. Par conséquent, les gestionnaires des réseaux électriques doivent s’adapter à cette variabilité pour maintenir l’équilibre entre la production et la consommation d’énergie.

La France se distingue par sa “thermosensibilité”, où le chauffage électrique est omniprésent dans presque la moitié des habitations. Ainsi, une légère baisse de température en hiver peut entraîner une augmentation significative de la consommation d’électricité, équivalente à la capacité de 2 à 3 réacteurs nucléaires. Ces défis soulignent l’importance d’une adaptation continue et d’une meilleure anticipation des variations météorologiques pour l’équilibre des réseaux.

Les défis de l’intégration photovoltaïque

L’intégration à grande échelle des sources d’énergie non pilotables pose plusieurs défis. L’un des principaux est la corrélation entre l’offre et la demande. Les périodes où la production d’énergie ne coïncide pas avec les pics de consommation peuvent conduire à des surplus ou des déficits d’énergie. Voici quelques questions clés :

• Comment garantir un approvisionnement constant malgré des variations de production ?
• Quelles technologies peuvent être utilisées pour stocker l’énergie excédentaire ?
• Les interconnexions entre réseaux peuvent-elles suffire à équilibrer les variations de production ?

Afin de répondre à ces enjeux, il est crucial d’explorer la complémentarité des sources d’énergie. Le photovoltaïque ne produit pas la nuit, mais l’éolien peut fournir de l’électricité durant cette période. Cette interconnexion entre différentes sources d’énergie renouvelable peut atténuer les fluctuations, tout en reliant les systèmes électriques entre pays pour un partage d’énergie plus efficace.

Malgré ces stratégies, le défi persiste : disposer de mécanismes efficaces pour gérer les périodes où la production d’énergie dépasse ou tombe en dessous des besoins. Des solutions comme le stockage, l’exportation d’électricité ou l’arrêt volontaire de certaines productions sont envisageables. En effet, des études montrent que les outils de flexibilité actuels pourraient maintenir l’équilibre demande-offre jusqu’à 70-80 % de taux de pénétration des sources d’énergie renouvelables.

Prévisibilité et adaptation des systèmes énergétiques

Un autre défi majeur pour l’intégration photovoltaïque est la prévisibilité de la production solaire et éolienne. Les gestionnaires de réseau doivent prévoir avec suffisamment d’anticipation pour garantir que les réserves sont adéquates, surtout lorsque la production des sources renouvelables est fluctuante. La nécessité d’améliorer ces prévisions est donc une préoccupation constante pour les acteurs du secteur.

Depuis 2009, RTE a développé un outil de prévision appelé IPES, qui optimise l’insertion de la production photovoltaïque et éolienne dans le réseau. Cet outil devient particulièrement efficace au fur et à mesure que l’expérience s’accumule. Cela souligne également l’importance de collaborer avec des entreprises telles que Q CELLS et SMA Solar Technology, qui travaillent sur des technologies de prévision avancées.

Il existe plusieurs facteurs qui influencent la précision des prévisions :

• Horizon temporel : Le temps d’anticipation pour lequel la prévision est établie.
• Périmètre : La portée géographique de la prévision, plus elle est vaste, mieux elle peut capter les fluctuations.
• Méthodologie : Les modèles mathématiques utilisés pour estimer et calculer les erreurs de prévision.

Des méthodes variées permettent d’estimer la production à différents horizons temporels, des caméras de type “fish-eye” pour les prévisions très courtes aux modèles statistiques pour des prévisions plus longues. Une telle diversité dans les outils est essentielle pour s’adapter aux variations de la production exceptionnellement rapide des panneaux photovoltaïques.

Participation des sources renouvelables aux services système

Tant que le taux de pénétration des énergies renouvelables reste limité, les autres systèmes de production peuvent compenser les fluctuations sans trop de difficulté. Mais avec une augmentation des parts d’énergies renouvelables, les besoins deviennent plus pressants. Les services système comprennent la régulation de la tension, la fréquence et l’ajustement de la production.

Pour faire face à cette évolution, des projets comme Framatiq, qui explorent la capacité des énergies renouvelables à participer aux services système, montrent que l’intégration des renouvelables peut s’aligner sur les exigences des réseaux classiques. Ces projets démontrent également que, malgré des performances passées moins convaincantes, des systèmes intégrés peuvent offrir des résultats comparables à ceux des installations conventionnelles, dans un cadre de centrale virtuelle.

En somme, pour maintenir un réseau électrique stable, il est capital que toutes les sources d’énergie, y compris le photovoltaïque, participent aux services système, en garantissant une intégration plus harmonieuse dans le mix énergétique actuel.

Stabilité des réseaux et défis futurs

À mesure que l’intégration de l’énergie photovoltaïque dans les réseaux électriques mondial se développe, la question de la stabilité des réseaux devient primordiale. La fluctuation de la production d’énergie renouvelable affecte non seulement la gestion quotidienne des ressources, mais exige également des infrastructures robustes qui peuvent s’adapter aux changements constants. Integrer davantage d’énergies renouvelables requiert une réflexion ainsi qu’une action collective sur les méthodes de gestion des réseaux.

Les avancées technologiques à venir, telles que celles proposées par Engie, TotalEnergies, et SunPower, visent à développer des systèmes de stockage d’énergie intersaisonnier massifs, tels que le “power-to-gas”, afin de transformer l’excédent de production en hydrogène ou en méthane de synthèse pour l’utiliser ultérieurement. Ces solutions faciliteront une gestion plus équilibrée des réseaux électriques.

Afin de conserver une meilleure stabilité du réseau, plusieurs axes d’action sont à envisager alors que nous nous dirigeons vers 2025 :

• Investissement dans les technologies de stockage pour garantir que l’excédent d’énergie est utilisé efficacement.
• Promotion de l’interconnexion entre différents réseaux pour une répartition optimale de l’électricité.
• Amélioration des outils de prévision pour une anticipation plus précise des productions renouvelables.

Les défis à relever pour assurer une intégration réussie de l’énergie photovoltaïque nécessitent collaboration, innovation et volonté politique. En somme, l’avenir de nos réseaux électriques repose sur notre capacité à intégrer ces sources renouvelables tout en garantissant une continuité et une fiabilité sans précédent dans la fourniture d’énergie.