Amélioration des effets du foisonnement par la production cumulée éolien et solaire

Selon une étude du service météorologique allemand DWD (Deutscher Wetterdienst), publiée en mars 2018, l´intermittence de l’éolien et du solaire peut être atténuée en Allemagne comme dans l’Europe interconnectée par la combinaison de ces deux technologies.

 Les météorologues ont étudié à quelle fréquence au cours des derniers 20 ans la production moyenne en Allemagne et en Europe des énergies renouvelables intermittentes a été inférieure à 10% de la capacité installée pendant 48 heures. Selon le DWD, l´effet de foisonnement augmente au fur et à mesure que la zone géographique s’agrandit.

Mais les énergies renouvelables intermittentes, à elles seules, ne seront sans doute pas en mesures d´ assurer la sécurité d´approvisionnement en électricité malgré l´amélioration des effets de foisonnement grâce aux interconnexions européennes accrues. Il faut toujours une technologie complémentaire, soit des centrales conventionnelles en backup soit des accumulateurs d’énergie.

La production cumulée d´éolien terrestre + offshore + photovoltaïque, combinée avec une interconnexion européenne accrue, pourrait réduire considérablement les risques des épisodes de faible production de ces énergies renouvelables intermittentes. C´est la conclusion essentielle d´une étude du service météorologique allemand DWD (Deutscher Wetterdienst) publiée en mars 2018 /1/ pour répondre au défi des énergies renouvelables intermittentes en étudiant leur variabilité journalière et saisonnière sur la base d´ informations météorologiques détaillées.

Analyse détaillée des conditions météorologiques en haute résolution de 6 km  

L´examen de l´intermittence de la production éolien + solaire nécessite des données spatiales et temporelles détaillées des conditions météorologiques sur une longue période.

DWD a utilisé des approches différentes/1/.  Pour la saisie du rayonnement solaire en Europe avec une résolution spatiale de 6 km les données du satellite européen de météorologie EUMETSAT ont été analysées. Compte tenu du fait que les données de plusieurs décennies sont maintenant disponibles, on dispose même  d´analyses statistiquement fiables des phénomènes extrêmes

Le gisement éolien est essentiellement caractérisé par la vitesse et la direction du vent (voir aussi /2/) ce qui nécessite la collecte des conditions de vent au niveau du moyeu d´une éolienne moderne, à savoir environ 120 m. Compte tenu du fait que ni les satellites ni les stations au sol, mesurant la vitesse de vent à la hauteur de 10 m, ne peuvent fournir ces informations, DWD a utilisé un modèle appelé la réanalyse météorologique. DWD obtient avec cette réanalyse – comme pour les données du satellite – une résolution spatiale de 6 km.

Le potentiel des énergies renouvelables ne dépend pas seulement de la vitesse du vent ou du rayonnement solaire mais aussi de la technologie adoptée. Les études de DWD reposent sur l’hypothèse d´une éolienne moderne de 7,5 MW et d´un module photovoltaïque en silicium sur un toit incliné orienté vers le sud.

L´éolien offshore en mer du Nord et mer Baltique stabilise la production d´énergies renouvelables en Allemagne

La figure 1 montre les conditions de production moyenne depuis de nombreuses années en Allemagne.

Abb 1_1
Figure 1 : Facteur de charge moyen pour éolien et solaire en Allemagne (valeur moyenne 1995 à 2015)

Les deux cas montrent des conditions sans surprise. Concernant l´éolien (graphique de gauche) les vitesses moyennes du vent au bord de la mer ou dans les massifs  conduisent à des facteurs de charge plus élevés. En d’autres termes, l´éolien offshore contribue d´un point de vue météorologique à la sécurité d´approvisionnement en électricité. Concernant le photovoltaïque (graphique de droite), les facteurs de charge les plus élevés se trouvent dans le sud de l´Allemagne.

Abb 2_1
Figure 2 : Evolution moyenne annuelle des facteurs de charge éolien et solaire en Allemagne

La figure 2 montre l´évolution moyenne annuelle des facteurs de charge éolien et solaire en Allemagne. Pour les deux on observe une courbe annuelle avec un maximum en été pour le photovoltaïque et un maximum en hiver pour l´éolien. Les deux groupés montrent une compensation significative – matérialisée sur le graphique par  ligne et points noirs.  L´utilisation combinée « éolien + photovoltaïque » conduit à un facteur de charge relativement homogène.

Les données de DWD permettent aussi une vue sur l´Europe. La figure 3 montre les conditions moyennes éolien – solaire.

Abb 3_1
Figure 3 : Facteur de charge moyen pour éolien et solaire en Europe (valeur moyenne 1995 à 2015)

Compte tenu du rôle mineur du solaire dans les états nordiques, cette région n’entre pas en considération. Comme pour l´Allemagne, les résultats en Europe sont conformes aux attentes. Les régions d’intérêt majeur pour l’éolien se trouvent en Europe du nord et celles du solaire en Europe de sud.

Bien qu´en moyenne éolien et solaire se complètent bien, il y des situations où la production de ces deux  formes d’énergies renouvelables peut baisser simultanément. La question se pose de la fréquence des épisodes prolongés de faible production d´éolien et de solaire. DWD a analysé à titre d´exemple des épisodes de 48 h.

La combinaison d´éolien terrestre et offshore avec le photovoltaïque semble utile

La figure 4 montre le nombre annuel d´épisodes de faible production éolienne et solaire d´une durée de 48 heures. On a dépouillé les épisodes avec un facteur de charge inférieur à 0,1, correspondant à une production moyenne inférieure à 10% de la capacité installée dans la région considérée.

Abb 4_1
Figure 4 : L´interconnexion européenne minimise les défaillances de la production d´énergies renouvelables

Le seuil de 10% a été choisi de façon représentative. Le résultat est reproductible avec des périodes et/ ou des seuils différents.

La figure 4 montre les modifications de la fréquence des défaillances de production d´éolien et de solaire dans les différentes constellations. La barre verticale à gauche  montre les conditions pour les éoliennes terrestres en Allemagne. On peut observer 23 épisodes annuels avec un facteur de charge inférieur à 10% pendant plus de 48 heures. En ajoutant les éoliennes offshore on compte encore 13 épisodes par an. La combinaison « éolien + photovoltaïque » conduit à 2 épisodes par an sous l´hypothèse que les deux technologies contribuent à parts égales à la production. Cela correspond à 4 jours de production d´éolien et de solaire quasi nulle chaque année.

A titre de comparaison, l´association VGB PowerTech a publié une étude sur la performance des éoliennes en Allemagne /3/. Le résultat des études sur la fréquence des épisodes de production d´éolien et de solaire quasi nulle montre entre 2010 et 2016 environ 160 épisodes de 5 jours avec une production éolienne inférieure à 5 GW et pour chaque année un épisode de 10 à 14 jours de vents faibles.

En prenant en compte l´interconnexion européenne (barre à droite sur la figure 4)  le cas de référence apparaissait du point de vue statistique 0,2 fois par an. Cela correspond statistiquement toujours à 10 heures de production d´éolien et de solaire quasi nulle en Europe par an.

Conclusion 

Compte tenu des aléas météorologiques, DWD ne peut pas exclure des épisodes de faible production d´éolien combinée avec une phase pauvre en ensoleillement.

Pour réaliser le potentiel de foisonnement des productions d´énergies renouvelables il faudrait en plus un super-réseau international de lignes à haute tension. Mais cela demeure encore très éloigné de la réalité en Europe.

Le Conseil européen d’octobre 2014 a appelé tous les États membres à atteindre une interconnexion d’au moins 10 % de leur capacité installée de production d’électricité d’ici à 2020 /4/. L’UE étudie la possibilité de faire passer l’objectif à 15 % d’ici à 2030 car « … parvenir juste au minimum de 10 % risque de ne pas être suffisant selon la situation géographique d’un pays et la composition de son bouquet énergétique, par exemple la part que représentent les énergies renouvelables… ».

Le potentiel théorique de foisonnement calculé par les experts de DWD dans des conditions optimales est donc dans les limbes car il faut encore tenir compte du délai de développement du réseau international et de l´ancienneté des équipements d´énergies renouvelables en service.

L’éolien et le photovoltaïque ne seront sans doute pas en mesure d´assurer à eux seuls la sécurité d´approvisionnement en Europe occidentale. Une technologie complémentaire, soit centrales conventionnelles backup soit accumulateurs d’énergie, reste indispensable.

Référence

/1/ DWD (Deutscher Wetterdienst) : Pressemitteilung zur Klima-Pressekonferenz 2018 des DWD, Mars 2018, « Wetterbedingte Risiken der Stromproduktion aus erneuerbaren Energien durch kombinierten Einsatz von Windkraft und Photovoltaik reduzieren » https://www.dwd.de/DE/presse/pressekonferenzen/DE/2018/PK_06_03_2018/pressemitteilung_20180306.pdf?__blob=publicationFile&v=4

/2/ OFATE : « Mesures et expertises de vent pour l´évaluation des sites d´éoliennes terrestres : méthodes et analyse », Note de synthèse, Aout 2017, https://energie-fr-de.eu/fr/energie-eolienne/actualites/lecteur/note-de-synthese-sur-les-mesures-et-expertises-de-vent-pour-levaluation-de-sites-deoliennes-terrestres.html

/3/ VGB PowerTech, « VGB-Studie: Windenergie in Deutschland und Europa », Juin 2017 https://www.vgb.org/studie_windenergie_deutschland_europa_teil1.html

/4/ Commission européenne – Fiche d’information : « Connecter les marchés de l’électricité pour assurer la sécurité d’approvisionnement, l’intégration du marché et la généralisation des énergies renouvelables », Février 2015, http://europa.eu/rapid/press-release_MEMO-15-4486_fr.htm

Bilan emplois du secteur de l´énergie – Information du ministère fédéral allemand de l´économie et de l´énergie du 2 mars 2018

Le bilan emplois de la transition énergétique est un argument très souvent avancé mais à manier avec précaution. Selon des informations publiées en mars 2018 :

  • le nombre d´emplois directs du secteur de l´énergie a baissé d´environ un tiers depuis 2000 selon la statistique officielle
  • après un pic de plus de 800 000 personnes entre 2009 et 2011, le secteur de l´énergie compte moins de 700 000 emplois directs et indirects en 2016
  • le nombre d´emplois directs et indirects liés aux énergies renouvelables a reculé d´environ 20 % depuis 2011 pour se stabiliser autour de quelque 330 000 personnes

Début mars 2018, le ministère fédéral de l´économie et de l´énergie a  répondu à la question d´une députée des Verts (Bündnis 90/Die Grünen) sur  l´évolution des emplois du secteur de l´énergie /1/.  La réponse du ministère fédéral s´appuie entre autres sur l´étude de GWS et al. :  » Indicateurs économiques du système énergétique » publiée en février 2018 /2/. Ce document, établi à la demande du ministère, vise à quantifier le nombre d’emplois générés dans le secteur entre 2000 et 2016.

Sur la base des données d’emplois directs du secteur de l´énergie, établies par l´agence fédérale des statistiques (Statistisches Bundesamt), l´évolution entre 2000 et 2017 est représentée par la figure 1

emploi direct secteur energie_1
Figure 1 : Evolution des emplois directs du secteur énergie 2000 à 2017

On observe une baisse d´environ un tiers des emplois directs entre 2000 et 2017 notamment à cause des pertes d´emploi dans les secteurs charbon-lignite et produits pétroliers. L´emploi direct de l’activité d´approvisionnement en électricité recule légèrement d´environ 12% dans la même période.

L´étude de GWS et al. /2/ fait un bilan des emplois directs et indirects en utilisant des indicateurs économiques du système énergétique comme l´investissement, les exportations et la production brute sans toutefois parler du type d’emploi, en termes de qualité.

GWS évalue à 338 600 les emplois directs et indirects liés aux renouvelables en 2016, dont 160 100 pour l’éolien terrestre et offshore, 105 600 pour les bioénergies, 45 300 pour l´énergie solaire (photovoltaïque et solaire thermique), 20 300 pour la géothermie et 7 300 pour l´hydroélectricité. Après un pic de 416 100 emplois en 2011, on observe un recul à partir de 2012 notamment dans les filières du photovoltaïque et du biogaz. Ce recul est amplifié en 2013 suite à la réduction massive des investissements dans les nouvelles installations suite à la  baisse du tarif de rachat garanti de l´électricité du photovoltaïque (voir figure 2). Il se rajoute le basculement du photovoltaïque vers les importations chinoises, beaucoup moins créatrices d’emplois en Allemagne. Au total plus de 70% d´emplois avaient été perdus dans le solaire entre 2011 (156 700) et 2016 (45 300).

Figure 2 : Evolution des emplois directs et indirects de la filière énergies renouvelables 2000 à 2016 selon /2/.

En 2016, pour la première fois depuis 2011, le développement de l’emploi était positif avec + 3% par rapport à 2015.

Dans la filière énergies renouvelables, on note l´effet stabilisant des activités « mise à disposition du combustible et carburants » et « exploitation et maintenance ». En 2016 presque 43 % des emplois des énergies renouvelables sont générés dans l’exploitation, la maintenance et la mise à disposition du combustible et des carburants. Pour l’éolien, les emplois liés à l´exploitation et à la maintenance représentent environ 21% et pour le solaire presque 28% des emplois totaux en 2016. Ce sont les investissements et les exportations qui tirent la croissance des emplois.

A l´avenir il faut voir quel effet sur l´emploi dans la filière des énergies renouvelables aura la mise en concurrence des acteurs au travers des appels d’offres en vigueur à  partir de 2017 et la sortie des premières installations de la contribution de soutien à partir de 2021.

Selon l´étude de GWS /2/, le secteur de l´énergie employait  500 000  à 800 000 personnes entre 2000 et 2016. Le développement des énergies renouvelables a contribué à une augmentation des emplois notamment en raison des investissements supplémentaires : mais après un pic de plus de 800 000 personnes entre 2009 et 2011, on constate une retombée à moins de 700 000 emplois qui s´explique par un recul des investissements dans les énergies renouvelables (voir figure 3 qui confirme figure 2).

Figure 3 : Emplois directs et indirects dans le secteur de l´énergie 2000 à 2016

La figure 4 montre une estimation de la répartition des emplois suite à une utilisation accrue des énergies renouvelables. Il faut toutefois noter une incertitude concernant les emplois indirects dans les domaines de l´investissement et de la production conventionnelle.

Figure 4 : Pourcentage estimé de l´emploi total des différentes activités du secteur de l´énergie 2000 à 2016

La constatation d´un décalage net des emplois vers les énergies renouvelables ainsi que vers les investissements dans l´infrastructure et le stockage d´énergie est un résultat marquant de l´étude /2/.

Références

/1/ Deutscher Bundestag : « Schriftliche Fragen mit den in der Woche vom 26. Februar 2018 eingegangenen Antworten der Bundesregierung, Beschäftigte in der Energiebranche in den letzten drei Jahren », Drucksache 19/1039, 2 mars 2018, http://dipbt.bundestag.de/doc/btd/19/010/1901039.pdf

/2/ GWS et al. (Février 2018) : « Ökonomische Indikatoren des Energiesystems, Methode, Abgrenzung und Ergebnisse für den Zeitraum 2000 – 2016 », http://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Publikationen/Studien/oekonomische-indikatoren-und-energiewirtschaftliche-gesamtrechnung.html

 

Contrat du gouvernement de grande coalition – quels objectifs en matière de climat et d´énergie? (mise à jour du 14 mars 2018)

Signature du contrat de coalition le 12 mars 2018 : de gauche à droite Olaf Scholz (SPD), Angela Merkel (CDU) et Horst Seehofer (CSU)

 

Le contrat de coalition entre les chrétiens – démocrates (CDU/CSU) et les sociaux – démocrates (SPD) a été signé le 12 mars 2018 /1/ et le nouveau gouvernement a pris ses fonctions le 14 mars 2018 . Ce contrat de coalition de 177 pages traite les objectifs en matière de climat et d´énergie dans différents chapitres, notamment aux chapitres VI.3 « Energie », VI.4 « Transport », IX.4 « Bâtiments » et XI.1 « Environnement et climat ».

Voici quelques extraits:

Réduction des émissions de gaz à effet de serre

Les partenaires de la coalition s´engagent à tenir les objectifs nationaux, européens et de l´accord de Paris en matière de réduction des émissions de gaz à effet de serre de 2020, 2030 et 2050. Partant de la constatation  qu’il n´est plus possible d’atteindre d´ici 2020 l´objectif de réduction des émissions de gaz à effet de serre de 40% par rapport à 1990, il est prévu de combler l´écart au mieux par rapport à l´objectif national pour 2020.

L’objectif 2030 de réduction des émissions (- 55% par rapport à 1990) doit être atteint de toute manière. Tous ces objectifs supposent l´absence de dommages structurels et le respect du triangle énergétique, c´est-à-dire : sécurité d’approvisionnement, lutte contre le réchauffement climatique et compétitivité.

Energies renouvelables

Une part de 65% d´énergies renouvelables à la consommation d´électricité est visée d´ici 2030 (Pour mémoire: selon le concept initial de 2011, le quota de 65% était prévu pour 2040) sous condition que le réseau puisse accueillir la capacité supplémentaire.

Commission « Croissance, mutation structurelle et emploi »

Une commission intégrant les différents acteurs de la politique, de l´industrie, des organisations non gouvernementales, des syndicats ainsi que des régions et des Länder doit proposer jusqu’à fin 2018 un programme d´action concernant les mesures à prendre pour :

  • atteindre les objectifs de réduction des émissions de gaz à effet de serre, à savoir réduire l´écart par rapport à l´objectif 2020 et assurer l’objectif 2030
  • sortir progressivement de la production d’électricité à base de charbon/lignite et fixer une date butoir
  • développer des mesures compensatoires d’aide à la restructuration des régions concernées

Nucléaire

  • sortir du nucléaire d´ici 2022 tout en exerçant une influence sur les questions de sureté du nucléaire en Europe
  • s’investir pour adapter le contrat EURATOM aux enjeux futurs concernant l´utilisation du nucléaire et obtenir la suppression des subventions de l´UE pour de nouvelles centrales nucléaires.
  • sélectionner d´ici 2031 le site de stockage de stockage définitif des déchets radioactifs « exothermiques » : HA (Haute activité) et MA – VL (Moyenne activité à vie longue)
  • mettre en service aussi vite que possible l’ancienne mine de fer de Konrad pour le stockage des déchets radioactifs « non exothermiques » : FMA – VC (Faible et moyenne activité à vie courte)

De plus, le futur gouvernement souhaite lancer des initiatives pour la promotion de l´efficacité énergétique, des solutions de stockage d´électricité, de cogénération et l’utilisation renforcée des énergies renouvelables en mettant en lien les trois secteurs: chaleur et refroidissement (bâtiment), transport et électricité. Le contenu précis des initiatives n´est pas encore connu.

Il est prévu que le ministère de l´économie et de l´énergie, responsable pour la mise en œuvre de la transition énergétique, passe sous la responsabilité des chrétiens – démocrates (M. Peter Altmaier, CDU).

Le ministère de l´environnement restera sous la responsabilité des sociaux – démocrates (SPD). Svenja Schulze succède à Barbara Hendricks en tant que nouvelle ministre. Mme Schulze fut durant sept ans ministre pour « l´innovation, la science et la recherche » en Rhénanie-Westphalie. Elle s´est mise en difficulté en 2011 dans l´affaire des « boules de combustible disparues » du réacteur de recherche de Jülich. Il a fallu quelques jours avant que le gouvernement du Land de Rhénanie-Westphalie atteste que les boules n´avaient jamais disparu.

Réactions partagées

La réaction du secteur énergétique sur la politique du climat et de l´énergie du futur gouvernement est partagée.

Selon la fédération des entreprises de l’énergie BDEW / 2/, le contrat de coalition ne donne pas de réponses quant au financement des investissements indispensables dans de nouvelles centrales pour garantir la sécurité d´approvisionnement.

(Pour mémoire : La plupart des centrales thermiques sont actuellement exploitées dans un « Energy-only-Market » soit une rémunération de la production électrique au prix du marché, sans tenir compte des frais de mise à disposition de la capacité. Le prix de gros de l’électricité est aujourd’hui trop bas pour inciter à la construction de nouveaux moyens de production conventionnelle)

Le contrat de coalition ne prévoit pas d’allègement de la fiscalité de l´électricité. Cela aurait été important notamment pour rendre l´électricité renouvelable compétitive dans les secteurs du transport et de  chaleur/refroidissement. Le document ne contient pas non plus de proposition concernant un renchérissement des émissions CO2 dans les secteurs du transport, chaleur/refroidissement et de l´agriculture. Cela aurait été indispensable pour réduire les émissions notamment du secteur transport.

Le think tank PROGNOS a publié sur son site web des commentaires /3/ sur le contrat de coalition et la politique du climat et de l´énergie du futur gouvernement. Selon Prognos l´Allemagne risque, sans de conséquents efforts supplémentaires, très vraisemblablement un échec des objectifs à court et moyen terme de réduction des émissions de gaz à effet de serre.

Le contrat de coalition ne traite pas le thème du climat et de l´énergie de façon transparente. Les thèmes liés en la matière sont traités dans des chapitres différents. Le chapitre « énergie » traite principalement le secteur de l´électricité. La sortie du charbon, l´efficacité  énergétique ou le transport sont traités ailleurs. Il n’apparaît pas encore clairement dans le texte qu´il faut accélérer la mise en œuvre des actions de protection du climat et de l´efficacité énergétique dans tous les secteurs.

Une analyse de Deutsche Bank Research /4/ résume le chapitre politique énergétique avec les mots « l´existence des problèmes a été détectée mais sans les nommer explicitement « . Un vrai examen des problèmes du passé n´a pas eu lieu. Le triangle énergétique est sollicité sans mentionner le fait que l´objectif « compétitivité » jouait un rôle mineur dans le passé et sans indiquer d´instruments pour l´atteindre.

Les partenaires de la coalition réaffirment les objectifs de réduction des gaz à effet de serre sans faire d´analyse approfondie sur l´échec de l´objectif 2020. La commission déjà citée fera des propositions, c´est une méthode pour gagner du temps et déléguer la responsabilité.

Références

/1/ Contrat de coalition SPD, CDU/CSU : koalitionsvertrag_2018

/2/ Communiqué de presse du BDEW du 7.2.2018 : « Stefan Kapferer zu den Ergebnissen der Koalitionsverhandlungen », https://www.bdew.de/presse/presseinformationen/stefan-kapferer-zu-den-ergebnissen-der-koalitionsverhandlungen/

/3/ Prognos : « Der Koalitionsvertrag aus Sicht der Zukunfts- und Wirtschaftsforscher der Prognos AG » Thema 7/15 : Klimaschutz und Energiewende, https://www.prognos.com/fileadmin/images/Newsletter/Sonder_NL_Extrablatt_TL_KoaVertrag/180213_7_Klimaschutz_und_Energiewende_Prognos_GroKo_Kommentierung.pdf

/4/ Deutsche Bank Research, Koalitionsvertrag – Zukunft geht anders, 5 mars 2018, https://www.dbresearch.de/PROD/RPS_DE-PROD/PROD0000000000464120/Koalitionsvertrag_%E2%80%93_Zukunft_geht_anders.PDF