Texte mis à jour le 05.05.2023
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Ce texte est focalisé sur les contraintes techniques et économiques des énergies renouvelables dans le secteur électrique, en faisant abstraction des autres sujets clés de la transition énergétique, tels que la réduction des émissions de gaz à effet de serre, traités dans les textes sur le tournant énergétique ( Allemagne Energies 1 ) et sur les bilans énergétiques : Comparaison Allemagne et France ( Allemagne Energies 2 ).
Le texte contient des informations sur l´utilisation des énergies renouvelables dans les secteurs de l´électricité, de la chaleur et du froid ainsi que des transports. En raison de sa pertinence particulière, l´accent est mis sur le secteur de l´électricité.
Sommaire
Contribution des énergies renouvelables à la consommation d´énergie finale
Chaleur et froid produits à partir d´énergies renouvelables
Énergies renouvelables dans le secteur des transports
Électricité d´origine renouvelable
Loi sur les Énergies Renouvelables (Erneuerbare Energien Gesetz- EEG)
-
- Programme 2022 visant à accélérer le développement des énergies renouvelables
Développement des énergies renouvelables – état actuel et objectifs
-
- État actuel du développement
- Objectifs pour 2030 et au-delà
- Trajectoire de développement du photovoltaïque à l´horizon de 2030
- Trajectoire de développement de l´éolien terrestre à l´horizon de 2030
- Trajectoire de développement de l´éolien en mer à l´horizon de 2030
Contraintes techniques liées aux énergies renouvelables intermittentes
- Impulsions économiques grâce aux énergies renouvelables
- Emplois dans le secteur des énergies renouvelables
- Matières premières et composants pour les énergies renouvelables
Contribution des énergies renouvelables à la consommation d´énergie finale
En 2022, la part des énergies renouvelables à la consommation brute d´énergie finale atteint 20,4% selon la directive européenne RED II, 2018/2001 (UBA 1), soit une augmentation de 1,2 point par rapport à 2021 (19,2%), cf. figure 1.
L´Allemagne vise actuellement une part de 30% d´ici 2030. Cependant les États de l´Union européenne et les eurodéputés se sont accordés fin mars 2023 sur un nouvel objectif d´une part d´au moins 42,5% des énergies renouvelables dans la consommation énergétique à l´horizon de 2030 (Allemagne Energies 2). Cela pourrait conduire à une révision à la hausse de l´objectif de l´Allemagne.
Au total, environ 489 TWh ont été produits à partir de sources d´énergies renouvelables au cours de 2022 (UBA 1). Environ 52% provenaient de la production d´électricité à partir de sources d´énergies renouvelables, 41% du secteur de la chaleur renouvelable et 7% des carburants biogènes utilisés dans les transports. La répartition entre les secteurs de l´économie est illustrée dans la figure 2.
La biomasse est la principale source avec une part de 52% à la fourniture d´énergie d´origine renouvelable, en raison de ses multiples utilisations dans tous les secteurs (sous forme de combustibles solides pour le chauffage, de biocarburants pour les transports ou de biogaz pour la production d´électricité). Les éoliennes arrivent en deuxième position avec une part de 26%. L´énergie solaire dans les installations photovoltaïques et thermiques contribue à hauteur de 14%. L´hydraulique et la géothermie apportent 4% chacun.
Bien que les énergies renouvelables aient connu une évolution positive au cours des dernières années, il existe de grandes différences entre les secteurs (cf. figure 3) : alors que la part des énergies renouvelables dans la consommation brute d´électricité a presque doublé au cours des dix dernières années, les parts dans les secteurs de la chaleur et des transports augmentent assez lentement et s´éloignent des objectifs de 2030 (UBA 1).
Les objectifs pour 2030 sont, outre la part des énergies renouvelables à 80% de la consommation brute d´électricité, une part de 50% d´énergies renouvelables dans la consommation finale du secteur de chaleur et de froid et une part de 32% dans la consommation finale du secteur des transports (Agora Energiewende 2023).
Chaleur et froid produits à partir d´énergies renouvelables
Le développement des énergies renouvelables dans la consommation d´énergie finale du secteur de chaleur et de froid a été peu dynamique dans les dernières années, cf. figure 4. La consommation de chaleur renouvelable a augmenté très légèrement à 200,5 TWh en 2022 (2021 : 199,2 TWh). Leur part à la consommation finale atteint 17,4% en 2022 (UBA 1).
Les différentes formes de biomasse dominent la consommation d´énergie renouvelable dans ce secteur. La biomasse solide, c´est-à-dire le bois sous ses différentes formes d´utilisation, fournit de loin la plus grande part. Au total, la biomasse solide a fourni 130,5 TWh de chaleur renouvelable en 2022. La biomasse liquide a contribué à hauteur de 2,5 TWh, le biogaz à hauteur de 20,9 TWh et les déchets biogènes à hauteur de 15,1 TWh (UBA 1).
En 2022, la contribution du solaire thermique (9,7 TWh) a augmenté d´environ 13% par rapport à 2021 (8,6 TWh) en raison d´un meilleur ensoleillement. La mise à disposition de chaleur à partir de la chaleur de l´environnement (pompes à chaleur) et de la géothermie a encore gagné en importance en 2022 et se situe, avec 22,0 TWh, au-dessus du niveau de 2021 (19,5 TWh).
Énergies renouvelables dans le secteur des transports
Actuellement le secteur des transports se caractérise par la progression de la part des énergies renouvelables la plus faible dans la consommation brute d´énergie finale, cf. figure 5.
En 2022, en incluant la consommation d´électricité renouvelable dans les transports ferroviaires et routiers, la part des énergies renouvelables dans la consommation finale du secteur des transports s´élève à 6,8% en 2022.
Au total, 40,4 TWh d´origine renouvelable ont été consommés dans les transports en 2022, soit une augmentation de 1,5% par rapport à 2021 (UBA 1). Avec 34,3 TWh, les biocarburants représentent la part la plus importante : le biogazole couvre 24,5 TWh de la consommation, suivi par le bioéthanol avec 8,7 TWh. La contribution du biométhane (1,1 TWh) et des huiles végétales (0,02 TWh) est faible.
La consommation d´électricité dans le secteur des transports s´élevait à environ 13,3 TWh dont environ 6,1 TWh étaient fournis par des sources renouvelables. L´électricité renouvelable ne contribue qu´à environ 1 % à la consommation d´énergie finale dans le secteur des transports et est utilisée jusqu´à présent à près de 90 % dans le transport ferroviaire.
Électricité d´origine renouvelable
Loi sur les Énergies Renouvelables (Erneuerbare Energien Gesetz- EEG)
Le développement des énergies renouvelables dans le secteur électrique est un aspect emblématique du tournant énergétique allemand. La Loi sur les Énergies Renouvelables, entrée en vigueur en 2000, est considérée comme le moteur du développement des énergies renouvelables. Cette loi a fixé, en marge des règles du marché, la garantie d´un tarif de rachat sur 20 ans et l´obligation pour le gestionnaire de réseau d´acheter en priorité l´électricité produite à partir des énergies renouvelables.
Les conditions très avantageuses des tarifs de rachat garanti ont attiré des investissements considérables, conduisant au développement massif des énergies renouvelables et à des coûts importants pour le consommateur d´électricité car la charge de soutien aux énergies renouvelables était in fine répercutée sur lui.
La loi sur les Énergies Renouvelables a été adaptée au fur et à mesure et l´objectif de la part des renouvelables à la consommation brute d´électricité constamment rehaussé, cf. figure 6.
Le développement massif des énergies renouvelables, associé à des prix du marché de gros en recul, a majoré depuis 2010 d´une façon fulgurante la charge de soutien aux énergies renouvelables.
La mise en place des mécanismes de complément de rémunération (EEG 2014) et des appels d´offres (EEG 2017) avait pour but de limiter la tendance haussière de la charge de soutien. Toutefois, elle est restée à un niveau élevé. A partir de 2021 le gouvernement allemand avait décidé de subventionner partiellement la charge de soutien grâce aux recettes de la taxe carbone sur les combustibles fossiles.
La crise énergétique née de la guerre en Ukraine et l´augmentation des prix des combustibles ont conduit à une augmentation sans précédent des prix de l´électricité. Pour soutenir les consommateurs et les entreprises et atténuer la hausse du prix de l´électricité, le gouvernement avait décidé que le « Fonds pour le climat et la transformation » financerait seul le soutien des énergies renouvelables à partir du 1er juillet 2022, cf. § « Aspects économiques ».
Dans le but d´atteindre avant 2050 la neutralité carbone pour l´électricité produite et consommée, l´avenant à la Loi sur les Énergies Renouvelables entré en vigueur début 2021 (EEG 2021) visait une part des énergies renouvelables de 65% à la consommation brute d´électricité d´ici 2030 en tablant sur une consommation brute d´environ 580 TWh. La Loi définit une trajectoire de développement de la puissance installée jusqu´en 2030, soit 71 GW pour l´éolien terrestre, 20 GW pour l´éolien en mer, 100 GW pour le photovoltaïque et 8,4 GW pour la biomasse (OFATE 2021a).
Le développement des éoliennes en mer est règlementé dans la Loi pour le Développement et la Promotion de l´Énergie éolienne en Mer (Windenergie-auf-See-Gesetz – WindSeeG), entrée en vigueur en 2017 (BMWi 3). Des appels d´offres ont été introduits pour toutes les éoliennes en mer mises en service à partir de 2021.
La coalition gouvernementale en Allemagne en fonction depuis décembre 2021 avait annoncé un nouveau rythme de la transition énergétique en se basant principalement sur les énergies renouvelables (Allemagne Energies 2021). En rehaussant l´hypothèse de la consommation d´électricité en 2030 à 750 TWh, elle table sur une part des énergies renouvelables de 80% au lieu de 65% dans la consommation brute d´ici 2030. L´ objectif d´un approvisionnement en électricité quasi climatiquement neutre a été avancé à 2035.
Programme 2022 visant à accélérer le développement des énergies renouvelables
Le Ministre Fédéral de l´Économie et de la Protection du Climat a annoncé en janvier 2022 un programme d´urgence pour la protection du climat et la redynamisation du développement du photovoltaïque et de l´éolien avec des lois et mesures concrètes (BMWi 2022a ; OFATE 2022a ).
Le paquet législatif appelé « paquet de Pâques » (Osterpaket), adopté par le conseil des ministres en avril 2022, pose la base d´un approvisionnement en électricité de 80% en énergies renouvelables en 2030 et quasi climatiquement neutre en 2035 (Allemagne Energies 2022a ; OFATE 2022b ; OFATE 2023).
La mesure phare du « paquet de Pâques » est l´amendement à la Loi sur les Énergies Renouvelables du secteur électrique (EEG 2023). En tenant compte des nouveaux consommateurs électriques (i.e. l´électromobilité, les pompes à chaleur, le numérique et la génération d´hydrogène par électrolyse) 600 TWh, soit 80% de la consommation brute estimée à 750 TWh en 2030, devraient provenir des énergies renouvelables (BMJ 2023).
Le potentiel de développement de la biomasse, de l´hydraulique et des déchets biogènes étant limité, il est prévu d´intensifier fortement l´accroissement des capacités éolienne et photovoltaïque, lesquelles doivent non seulement contribuer à la protection du climat mais aussi, dans le contexte de la crise énergétique née de la guerre en Ukraine, réduire la dépendance aux importations d´énergies fossiles. Par conséquent l´objectif de leur puissance installée à l´horizon de 2030 a été fortement rehaussé par rapport à la loi EEG 2021, soit 115 GW pour l´éolien terrestre et 215 GW pour le photovoltaïque. Les objectifs de développement de l´éolien en mer sont fixés à au moins 30 GW (voir § « Objectifs pour 2030 et au-delà »).
Dans le but d´accélérer le développement des énergies renouvelables, dans la loi EEG 2023 est inscrit le principe selon lequel l´utilisation des énergies renouvelables est « d´intérêt public prépondérant et sert la sécurité publique ».
Un deuxième paquet de mesures dit « paquet d´été » (Sommerpaket) est focalisé sur la réduction de la lourdeur administrative des projets. Dans ce cadre, le conseil des ministres a adopté le 15 juin 2022 un projet appelé Loi sur l´Éolien Terrestre (Wind-an-Land-Gesetz, WaLG) visant à obliger les seize Länder à installer davantage d´éoliennes terrestres en allégeant notamment les démarches administratives, cf. (BMUV et BMWi 2022, OFATE 2022c).
Selon le Ministère Fédéral de l´Économie et de la Protection du Climat, environ 2% du territoire allemand seront nécessaires pour installer une puissance de 160 GW d´éolien terrestre (objectif 2040). Actuellement une superficie d´environ 0,8% est réservée et doit donc être plus que doublée à l´horizon de 2032.
Actuellement la désignation des zones réservées aux éoliennes terrestres prend entre 5 et 10 ans, selon la complexité des procédures administratives. C´est pour cela qu´il est prévu, d´ici fin 2032, de consacrer 2% du territoire allemand à l´énergie issue du vent avec un objectif intermédiaire de 1,4% fin 2027. La répartition devrait être équitable au niveau régional, en tenant compte des conditions de vent, de la protection de la nature et des espèces et de l´aménagement de l´espace.
Les Länder doivent mettre à disposition des pourcentages différents : la Bavière, le Bade-Wurtemberg et la Rhénanie-du-Nord-Westphalie doivent consacrer 1,1 % de leur superficie d´ici fin 2027, puis 1,8 % d´ici fin 2032. Les Länder du nord tout comme les Länder de l´est, où le potentiel éolien est plus important, doivent mettre à disposition chacun une superficie de 1,3% à 1,8% d´ici fin 2027 et de 2,0% à 2,2% d´ici fin 2032. Les cités-États (Stadtstaaten) telles que Brême, Berlin et Hambourg doivent consacrer 0,25% d´ici fin 2027, puis 0,5% de leur superficie d´ici fin 2032.
Il appartient aux seize Länder de décider comment leurs objectifs en matière de réservation de superficie supplémentaire seront atteints. Si les Länder n´atteignent pas leur objectif, le gouvernement fédéral pourra supprimer certaines règles locales, comme les distances minimales entre éoliennes et habitations.
Le Repowering (remplacement des éoliennes existantes par des installations plus performantes et donc généralement plus grandes) a été également facilité.
De plus, la loi Fédérale sur la Protection de la Nature et des Espèces a été modifiée. Des dérogations relatives à la protection de la biodiversité et aux espèces protégées ont été adoptées. A l´avenir, la construction des éoliennes sera aussi autorisée dans des zones protégées. Seuls les territoires bénéficiant du plus haut niveau de protection ne pourront pas être aménagés.
Le paquet législatif final de presque 600 pages visant à accélérer le développement des énergies renouvelables et à renforcer la sécurité d´approvisionnement en énergie a été adopté par le Parlement (Bundestag) et approuvé par le Conseil Fédéral (Bundesrat) début juillet 2022 (BMWi 2022c).
Le nouvel objectif d´une production d´électricité quasi climatiquement neutre en 2035 suscite des questions sur la sécurité d´approvisionnement (voir § « Contraintes techniques liées aux énergies renouvelables intermittentes »). L´exploitation du réseau électrique avec presque 100% d´énergies renouvelables implique qu´un grand nombre de prérequis techniques critiques soient respectés pour fournir des services système et gérer efficacement les congestions du réseau. Or rien ne le garantit en l´état. Les validations techniques à apporter pour atteindre cette cible demeurent importantes et nécessitent un effort de R&D conséquent et soutenu.
Développement des énergies renouvelables – état actuel et objectifs
État actuel du développement
En 2022, les filières renouvelables enregistrent, grâce aux bonnes conditions météorologiques, une forte hausse de production de 8,5% par rapport à 2021. Leur part dans la production brute totale d´électricité passe à 44,4%, soit à 254 TWh, contre 40,1% en 2021 (234 TWh). Le nombre élevé d´heures d´ensoleillement sur l´ensemble de l´année et la forte production des éoliennes en janvier et février 2022 ont largement contribué à cette hausse (AGEB 2023 ; Allemagne Energies 2023a). Leur production nette s´élève à 246 TWh selon (UBA 1).
La part des énergies intermittentes, éolien et photovoltaïque, à la production brute totale des énergies renouvelables atteint, lissée sur l´année, environ 73%, cf. figure 7. Cela correspond à environ un tiers de la production brute totale d´électricité en 2022.
La production restante est fournie par des sources renouvelables pilotables comme les bioénergies (biomasse, biogaz), le gaz de décharge, le gaz de stations d´épuration, les déchets biogènes et la géothermie.
La production à partir de la biomasse et des déchets biogènes stagne au niveau de 2021. Malgré cela les sources d´énergies biogènes ont contribué pour environ un cinquième à la production renouvelable en 2022.
La production de l´hydroélectricité (centrales au fil de l´eau et éclusées, centrales associées à un lac ou un réservoir avec apports naturels) est tributaire des précipitations. Elle baisse d´environ 11% (17,5 TWh) par rapport à 2021 (19,7 TWh) suite à l´extrême faiblesse des précipitations en 2022 (Allemagne Energies 2023a).
La production à partir de la géothermie est encore négligeable, soit environ 0,1% de la production totale des énergies renouvelable.
Sous l´hypothèse que l´électricité produite à partir des énergies renouvelables serait entièrement consommée en Allemagne, leur part dans la consommation intérieure brute d´électricité augmente à 46,2%% contre 41,4% en 2021. Conformément aux prescriptions du gouvernement fédéral, il s´agit du taux déterminant pour la réalisation des objectifs en matière d´énergies renouvelables.
La puissance nette installée des énergies renouvelables a augmenté de 10 GW, soit de 7% par rapport à 2021, pour passer à 150 GW. Depuis 2000 cela correspond à l´ajout annuel moyen de 6 GW, cf. figure 8 (BMWi 1 ; UBA 1 ; Allemagne Energies 2023a).
Comme ces dernières années, la capacité photovoltaïque a progressé plus vite que celle de l´éolien terrestre : sur les 10 GW installés en 2022 plus de 7 GW sont dus au photovoltaïque.
La figure 9 montre le nombre annuel d´heures équivalent pleine puissance (ratio entre l´électricité réelle produite et la puissance nominale) des différentes filières renouvelables en Allemagne (BDEW 2022).
Le facteur de charge est le rapport entre le nombre d´heures de fonctionnement en équivalent pleine puissance et le nombre d´heures de fonctionnement théorique dans l´année (8 760 h), par exemple 10,4% pour le photovoltaïque en 2021.
Objectifs pour 2030 et au-delà
Suite à l´électrification accrue des autres secteurs de l´économie (voir plus haut), le gouvernement table sur une forte hausse de la demande annuelle d´électricité soit 750 TWh à l´horizon de 2030. L´objectif de « 80% renouvelables » dans la consommation brute d´électricité implique en 8 ans plus d´un doublement de leur production pour atteindre les 600 TWh en 2030 contre 254 TWh en 2022.
Le tableau 1 montre l´accroissement des parcs de production nette des éoliennes terrestres et maritimes ainsi que du photovoltaïque réalisé et prévu à l´horizon de 2045 selon la Loi EEG 2023 (BMWi 1 ; Allemagne Energies 2022c). Avec l´achèvement de la sortie du charbon, l´objectif est de produire l´électricité presque entièrement à partir d´énergies renouvelables à l´horizon de 2035. On vise ainsi la neutralité carbone de l´approvisionnement en électricité et une indépendance quasi-totale vis-à-vis des importations d´énergie fossile.
Les 360 GW en 2030 pour l´éolien et le photovoltaïque nécessitent un presque triplement de la puissance installée en 2022 (cf. tableau 1). Il faut aussi tenir compte du fait que les anciennes installations qui ont cessé de bénéficier du mécanisme de soutien après 20 ans, seront déclassées au fur et à mesure dans les prochaines années (Deutscher Bundestag 2020).
En matière de biomasse l´objectif de 2030 est une puissance installée de 8,4 GW soit environ la même puissance qu´en 2021. La biomasse sera davantage axée sur des centrales de pointe très flexibles, afin que la bioénergie puisse jouer son rôle au service du système et contribuer davantage à la sécurité de l´approvisionnement en électricité. Toutefois, une utilisation accrue de la biomasse dans le secteur électrique n´est pas une priorité pour le gouvernement.
Trajectoire de développement du photovoltaïque à l´horizon de 2030
Fin 2022, le parc photovoltaïque s´élève à environ 67,4 GW. Après plusieurs années d´un faible développement, on observe depuis 2019 une légère reprise mais un ajout annuel toujours trop faible par rapport au nouvel objectif pour 2030.
Pour atteindre l´objectif d´une puissance installée totale de 215 GW d´ici 2030, il faudrait entre 2023 et 2030 mettre en œuvre environ 148 GW, soit un ajout annuel moyen d´environ 18,5 GW. Déjà l´objectif intermédiaire en 2024 de 88 GW (voir tableau 1) nécessite dans les deux prochaines années un ajout moyen net supérieur à 10 GW par an. A partir de 2025 un ajout annuel de 20 à 22 GW sera prévu et doit être maintenu à ce niveau jusqu´en 2030 et même au-delà, cf. figure 10. En partant d´un ajout annuel de 22 GW et d´une puissance crête moyenne de 450 Wc d´un panneau solaire, il faudrait installer chaque année presque 50 millions de panneaux solaires photovoltaïques sur toiture ou au sol.
C´est presque trois fois plus que l´année record 2012, où 8,1 GW avaient été installés (BMWi 1). Depuis 2015, l´ajout annuel a été inferieur à 4 GW en moyenne (UBA 1).
Aucun des six appel d´offres du photovoltaïque n´a permis d´atteindre le volume appelé en 2022 (Allemagne Energies 2023a). Les objectifs manqués des enchères laissent présager un développement en deçà des besoins dans les années à venir.
Un autre défi est le manque de main-d´œuvre qualifiée en Allemagne pour faire face au montage des nouvelles installations (voir plus loin).
Trajectoire de développement de l´éolien terrestre à l´horizon de 2030
Le parc installé d´éolien terrestre s´élève à 58,1 GW fin 2022 (Deutsche Windguard). Dans le passé le développement des éoliennes terrestres présentait un bilan mitigé avec un ajout moyen de 2,6 GW/an entre 2015 et 2022 (UBA 1). De plus, depuis 2019 sur 20 appels d´offres 16 fois les volumes appelés n´ont pas été atteints. En 2022 seulement 70% du volume appelé ont été attribués (Allemagne Energies 2022b).
Pour atteindre l´objectif intermédiaire de 69 GW en 2024 (voir figure 11), il faudrait encore ajouter 11 GW nets les deux prochaines années. Toutefois, compte tenu des appels d´offre sous-souscrits et des délais de réalisation observés, il est très probable que la valeur cible ne sera pas atteinte en 2023.
L´objectif de 115 GW d´ici 2030 (voir tableau 1) nécessiterait, selon l´institut EWI, la mise en service de 6 éoliennes par jour d´une puissance nominale de 4,2 MW chacune à partir de 2023. Par comparaison, entre 2010 et 2021, seulement 3,5 éoliennes ont été mises en service par jour d´une puissance nominale moyenne de 2,8 MW (EWI 2022).
Selon l´Agence Fédérale de l’Environnement (UBA 2023), en partant de la puissance installée actuelle de 58 GW fin 2022 et d´un démantèlement attendu des anciennes installations d´environ 17 GW d´ici fin 2030, un ajout annuel brut de 9 GW en moyenne serait nécessaire pour atteindre fin 2030 les 115 GW.
Trajectoire de développement de l´éolien en mer à l´horizon de 2030
Les objectifs de développement des éoliennes en mer ont été considérablement augmentés. La nouvelle coalition gouvernementale vise au moins 30 GW d´ici 2030, 40 GW d´ici 2035 et 70 GW d´ici 2045. A l´été 2022, l´augmentation des objectifs a fait l´objet d´un amendement à la Loi pour le Développement et la Promotion de l´Énergie éolienne en Mer (Windenergie-auf-See-Gesetz – WindSeeG). Après le feu vert de la Commission européenne en décembre 2022, la modification de la Loi est entrée en vigueur au 1er janvier 2023 (Deutsche Windguard).
Le parc installé d´éolien en mer s´élève à 8,1 GW fin 2022, cf. figure 12. Pour la première fois depuis 2020, un parc éolien en mer a été mis en service en 2022.
A condition que tous les projets ayant déjà reçu une adjudication soient réalisés, la puissance totale installée pourrait atteindre près de 14 GW fin 2027. Entre 2028 et 2030, 16 GW supplémentaires devraient donc être mis en service. L´Agence Fédérale des Réseaux prévoit en 2023 deux appels d´offres d´un volume total appelé de 8,8 GW (Deutsche Windguard).
Contraintes techniques liées aux énergies renouvelables intermittentes
L´orientation vers un mix électrique à forte proportion d´énergies renouvelables intermittentes ainsi qu´en parallèle la réduction des moyens pilotables conventionnels rendent le réseau électrique de plus en plus sensible aux fluctuations liées aux conditions météorologiques. La priorité donnée au développement des énergies intermittentes, éolien et photovoltaïque, est un défi pour la stabilité des réseaux car cette production n´est pas corrélée aux fluctuations de la consommation d´électricité. La production intermittente peut parfois excéder la demande et ensuite baisser rapidement à un niveau faible pendant plusieurs heures.
En effet, pour sécuriser l´approvisionnement c´est l´instant qui compte et non pas la production lissée sur une période donnée car il est nécessaire d´équilibrer instantanément la production et la consommation sur l´ensemble du réseau.
Les sources de production renouvelables avec une disponibilité plus élevée, comme la biomasse et l´éolien en mer, pourraient contribuer à assurer la sécurité d´approvisionnement. En revanche, la part d´éolien en mer dans la production totale est encore faible et une utilisation accrue de la biomasse n´est pas une priorité pour le gouvernement fédéral. Compte tenu du territoire allemand une augmentation de la puissance hydroélectrique est également très limitée et la production tributaire des précipitations.
La figure 13, générée à partir du site « SMARD » de l´Agence Fédérale des Réseaux (SMARD), montre à titre d´exemple les variations de production des énergies renouvelables intermittentes dans la deuxième quinzaine de novembre 2022. On peut observer 2 pics dépassant légèrement les 25 GW, soit environ 20% de la puissance totale installée de 130 GW fin septembre 2022 (UBA 3). Entre le 29 novembre et le 1er décembre 2022 la production assure seulement entre 3 et 7 GW, soit 2% à 5% de la puissance totale installée d´énergies renouvelables.
Les « dark-doldrums », traduction anglaise du mot allemand « Dunkelflaute » sont un défi particulier. Ils désignent un épisode prolongé de production éolienne et photovoltaïque très faible, combiné à une demande d´électricité accrue en fin d´automne ou en hiver. L´association européenne des producteurs d´électricité et de chaleur VGB PowerTech e.V. a publié deux études sur la performance des éoliennes en Allemagne et en Europe (VGB 2017, 2019). Entre 2010 et 2016, l´étude montre environ 160 épisodes de 5 jours de production éolienne faible et pour chaque année un épisode prolongé de vents faibles de 10 à 14 jours.
L´affirmation que le vent soufflerait toujours quelque part en Europe, pouvant atténuer les effets de l´intermittence, semble relever d´un solide bon sens populaire, mais ne correspond pas aux faits. L´Europe occidentale se comporte souvent comme une zone venteuse assez homogène, dominée par l´influence des grands courants océaniques ou continentaux. Le foisonnement de l´éolien au niveau européen se révèle donc peu efficace et le foisonnement solaire est lui-même limité parce que l´Ouest européen ne couvre que 1,5 fuseau horaire (Flocard et al. 2014).
Le remède serait le stockage de la surproduction d´énergies renouvelables fluctuantes et la réinjection de l´énergie dans le réseau pendant des périodes de forte consommation lorsque la production de l´éolien et du photovoltaïque est faible.
Cependant, les grands systèmes de stockage d´énergie ne sont toujours pas en vue. L´Allemagne dispose actuellement d´une capacité de stockage d´environ 40 GWh de STEP (pompage-turbinage entre deux bassins hydrauliques), une technologie éprouvée mais avec un potentiel de développement très limité. Les grands systèmes de stockage par batterie, déjà annoncés comme prometteurs, n´ont pas encore atteint la maturité en raison de leur faible capacité et de leur coût important. Même sous l´hypothèse de mise à disposition d´une puissance de 100 GW de stockage par batterie à l´horizon de 2035, chiffre évoqué par le régulateur allemand dans le plan de développement du réseau, leur capacité de stockage disponible serait de l´ordre de seulement 100 à 200 GWh (WD 2019).
Les ingénieurs du VGB Power Tech (voir plus haut) ont calculé qu´il faudrait, en supprimant les centrales conventionnelles en backup, une capacité de stockage de 21.000 GWh pour assurer l´approvisionnement lors d´un épisode de 2 semaines de vents faibles en hiver. L´écart entre la capacité de stockage disponible en 2035 et la capacité de stockage nécessaire est actuellement d´un facteur 100 à 150.
En attendant la mise en œuvre des moyens suffisants de stockage d´énergie, les centrales conventionnelles pilotables sont encore nécessaires. Après l´abandon du nucléaire (2023) et du charbon (à partir de 2030, date actuellement visée par le gouvernement) les capacités de production conventionnelles se réduisent aux centrales à gaz. Selon le contrat de coalition du gouvernement en fonction depuis décembre 2021, la construction de nouvelles centrales à gaz a été prévue à l´horizon de 2030 (Allemagne Energies 2021). Ces centrales, exploitées à terme de manière neutre en carbone grâce à l´hydrogène, devraient jouer un rôle pivot pour suppléer l´intermittence de la production de l´éolien et du photovoltaïque.
Les nouvelles conditions politico-économiques du gaz dues à la guerre en Ukraine constituent un obstacle au déploiement de ces centrales en attendant la maturité de la filière hydrogène. L´arrêt de livraison du gaz russe bon marché rend la construction de nouvelles capacités à gaz peu rentable actuellement (Allemagne Energies 2023b).
Face à la variabilité intrinsèque d´une production électrique s´appuyant sur une grande part d´énergies renouvelables intermittentes, la réduction des moyens pilotables nécessite le développement de mesures et technologies supplémentaires, telles que : des solutions technologiques pour maintenir la stabilité du système électrique sans les grandes masses tournantes, le déploiement à grande échelle des flexibilités au niveau offre – demande (par exemple turbines à combustion hautement flexibles et recours à la modulation de la consommation), des installations de stockage d´énergie pour disposer de réserves opérationnelles d´équilibrage, et modernisation des réseaux électriques.
En conclusion l´objectif d´une production d´électricité quasi climatiquement neutre en 2035, en se basant principalement sur des énergies renouvelables intermittentes, implique des paris technologiques lourds pour assurer la sécurité d´approvisionnement. Les validations techniques à apporter pour atteindre cette cible demeurent importantes.
Aspects économiques
Les causes et les facteurs de la lenteur du développement des énergies renouvelables sont multiples. Outre le faible niveau des investissements réalisés entre 2013 et 2021 pour la construction d´installations d´énergies renouvelables, il existe également des défis communs à tous les domaines, tel que le manque de main-d´œuvre qualifiée et l´accès précaire aux matières premières critiques.
Impulsions économiques grâce aux énergies renouvelables
Néanmoins, au cours des deux dernières décennies, les investissements dans la construction des installations d´énergies renouvelables ainsi que les dépenses courantes pour leur exploitation sont devenus un facteur économique important (BMWi 2022d).
Selon les statistiques du Ministère Fédéral de l´Économie et de la Protection du Climat (BMWi 1), le montant total des investissements dans la construction d´installations d´énergies renouvelables s´élève à environ 340 Mds€ sur la période 2000 – 2022 (voir figure 14) soit en moyenne environ 15 Mds€ par an.
Le pic d´investissement a été atteint en 2010 avec près de 28 Mds€. Les investissements ont ensuite chuté sous la barre de 15 Mds€ en 2015, puis, après une courte remontée, ils sont redescendus à 10,6 Mds€ en 2019. Depuis lors, la tendance est à nouveau à la hausse, les investissements atteignent presque 20 Mds€ en 2022.
Le net recul des investissements après 2010 s´explique notamment par le photovoltaïque. La baisse des tarifs d´achats garantis pour le photovoltaïque a attiré moins d´investisseurs et a de ce fait conduit à partir de 2013 à une forte baisse de l´ajout de nouvelles installations.
Alors que depuis 2018 les investissements dans le photovoltaïque sont repartis à la hausse, les éoliennes terrestres affichent une tendance inverse notamment en raison d´un recul important des nouvelles installations sur le territoire national. Une légère reprise des investissements dans l´éolien terrestre est observée à partir de 2020.
Les dernières années les investissements dans les éoliennes maritimes ont été très faibles. Après la mise en service des dernières installations commandées avant l´introduction des appels d´offres, un gap est constaté jusqu´à la construction des installations attribuées lors des appels d´offres de 2017 et 2018. Leur mise en service est prévue entre 2022 et 2025. En conséquence, en 2020, comme en 2021, seuls des investissements dans le cadre de travaux préparatoires pour les nouveaux parcs éoliens ont été enregistrés.
Généralement, les investissements dans les installations de production d´électricité ont été nettement supérieurs à ceux pour la production de chaleur. En 2022 les investissements dans la production de chaleur atteignent environ un tiers des investissements totaux.
L´exploitation des installations a acquis une importance économique considérable (BMWi 2022d ; UBA 1). L´exploitation des installations (y compris la maintenance et la vente de biocarburants) déclenche des impulsions économiques dans d´autres secteurs, par le biais de la demande en personnel, en pièces de rechange ou en combustibles. Les coûts d´exploitation générés entraînent un chiffre d´affaires important pour les fournisseurs. Les impulsions économiques déclenchées par l´exploitation des installations montrent depuis des années une tendance à la hausse correspondant au nombre croissant d´installations mises en service, cf. figure 15.
Depuis 2000, ils sont passés d´un peu moins de 2 Mds€ à presque 24 Mds€ en 2022. Les dernières années, les impulsions économiques générées par l´exploitation des installations dépassent significativement les investissements pour la construction, cf. figure 14.
Pour les installations d´électricité verte les exploitants bénéficient d´un soutien de l´État au déploiement commercial (par exemple par le biais de tarifs d´achats garantis ou de compléments de rémunération ou d´appels d´offres) sur 20 ans, lequel est financé par la vente de l´électricité sur le marché et par la charge de soutien aux énergies renouvelables (le prélèvement pour l´électricité verte » ou « prélèvement EEG = différence entre le prix de revente de l´électricité sur le marché et la rémunération que les exploitants des installations d´énergies renouvelables électriques reçoivent).
Depuis 2017, la rémunération de référence est déterminée par appel d´offres, sauf pour les installations de petites tailles. Les mécanismes incitatifs mis en place sont spécifiques à chaque filière et font l´objet d´adaptations périodiques pour tenir compte des évolutions techniques et économiques par l´introduction d´un plafond de rémunération, cf. tableau 2.
Les objectifs manqués des enchères dans le passé laissent présager un développement en deçà des besoins dans les années à venir. C´est pour cela qu´ à partir de 2023 les plafonds de rémunération sont pour la première fois en hausse dans le but de rendre plus attractive la participation aux enchères pour l´éolien terrestre et le photovoltaïque et pour compenser l´envolée des prix des matériaux de construction (Allemagne Energies 2023a).
Le soutien au développement des installations d´électricité verte est, depuis le 1er juillet 2022, entièrement financé par l´État, l´objectif étant de soulager les consommateurs d´électricité. Le « Fonds pour le climat et la transformation » (Klima- und Transformationsfonds) fournit des ressources nécessaires pour promouvoir les énergies renouvelables. Entre 2023 et 2026, environ 177,5 Mds€ sont prévus. Le Fonds est principalement financé par les recettes provenant de la taxe carbone nationale et de la tarification du CO2 du système européen d´échange de quotas d´émissions (Bundesregierung 2022).
Emplois dans le secteur des énergies renouvelables
Un autre facteur pour la réussite de la transition énergétique est l´effet sur l´emploi. Comme conséquence de la transition énergétique des emplois sont supprimés dans le secteur des énergies conventionnelles, tandis que de nouveaux emplois et champs professionnels émergent dans le secteur des énergies renouvelables. En fonction des méthodes de calcul employées les résultats fournis par l´analyse des effets de la transition énergétique sur l´emploi varient fortement. Toutefois la majorité des études concluent que les effets de la transition énergétique sur l´emploi sont positifs (OFATE 2021b).
Selon l´Agence Fédérale de l´Environnement, le nombre d’emplois dans le secteur des énergies renouvelables en Allemagne a environ triplé entre les années 2000 et 2021 (UBA 2). En 2021, il comptait environ 344.100 personnes pour la planification, la production et la maintenance d´installations, ainsi que pour l´administration, la recherche, le développement et la commercialisation. Les secteurs de l´éolien et de la biomasse représentent désormais la part la plus importante, cf. figure 16.
Cependant, l´évolution du nombre d´emplois n´a pas été constante dans le passé, mais a connu des fluctuations. Après une forte croissance jusqu´en 2011, les années suivantes ont été marquées par un net recul, dû à l´effondrement de l´industrie photovoltaïque nationale. La production des panneaux photovoltaïques s´est en grande partie déplacée vers d´autres pays, notamment vers la Chine.
Le secteur de l´éolien a connu une évolution positive constante jusqu´en 2016. Entre 2017 et 2019, le secteur subit un fort recul de l´emploi. Les principales raisons sont la diminution de l´exportation et une forte régression du nombre des nouvelles éoliennes installées sur le territoire national. En revanche, les années 2020 et 2021 montrent une légère reprise de l´emploi dans ce secteur.
Les autres secteurs des énergies renouvelables (biomasse, hydroélectricité, géothermie) n´ont connu que de faibles variations de l´emploi.
Ces chiffres positifs ne doivent cependant pas faire oublier le fait que l´accélération du développement des énergies renouvelables exige la mobilisation d´un nombre suffisant de main-d´œuvre qualifiée dans tous les domaines.
Le baromètre KfW-ifo indique à quel point les entreprises dans les différents secteurs économiques sont actuellement confrontées à une pénurie de main-d´œuvre qualifiée. Les chiffres sont alarmants dans tous les secteurs concernés (KfW). Au début du 4e trimestre 2022, la pénurie de main-d’œuvre qualifiée a entravé les activités de presque la moitie des entreprises. Cette pénurie s´est encore accentuée par rapport à l’année précédente.
De plus le besoin de main-d’œuvre qualifiée augmentera considérablement dans les années à venir. Selon l´Association des Ingénieurs Allemands (VDI) et German Economic Institute à Cologne (IW Köln), la demande croissante en personnel qualifié ne peut actuellement pas être satisfaite (VDI 2022).
Si aucun remède n´est trouvé, cette pénurie impactera considérablement les objectifs ambitieux en matière de développement des énergies renouvelables dès le milieu de cette décennie.
Matières premières et composants pour les énergies renouvelables
Parmi les facteurs de risque pour la croissance des énergies renouvelables, le risque d´approvisionnement pour certaines matières premières et composants lié à un marché trop concentré et/ou une provenance de pays à forte instabilité politique est régulièrement évoqué.
Dans le cadre de l´initiative « Critical Raw Materials », la Commission européenne a défini 24 minerais et métaux qui sont essentiels pour la production d´énergies renouvelables et électromobilité (CE 2020).
La figure 17 montre les matières premières pertinentes pour le secteur des énergies renouvelables et le classement du risque d´une forte dépendance et/ou d´un approvisionnement incertain.
Comme le montre la figure 17, l´énergie éolienne est particulièrement dépendante des matières premières critiques.
L´un des composants clés d´une éolienne est le générateur, qui convertit l´énergie mécanique en énergie électrique. Les générateurs à aimant permanent, introduits au cours des dernières décennies, présentent un certain nombre d’avantages (forte densité de puissance et un encombrement réduit avec un rendement optimal), notamment pour des éoliennes maritimes soumises à de fortes contraintes de taille et de poids. Or, la conception de la plupart des aimants permanents est particulièrement consommatrice de terres rares telles que le néodyme, le praséodyme et le dysprosium.
La demande mondiale croissante de terres rares peut avoir des répercussions importantes sur le développement de l´éolien en Allemagne. La dépendance à l´égard d´un marché unique suscite également des interrogations car la Chine a le quasi-monopole de la production non seulement des terres rares, mais aussi de la fabrication des aimants permanents (CE 2022).
C´est pour cela que les industriels dans le secteur éolien ont progressivement développé des moyens de substitution aux technologies requérant des terres rares. La première option est de réduire la quantité de terres rares utilisée. Une autre option est la substitution par d´autres technologies dépourvues d´aimants permanents.
Le déploiement rapide du photovoltaïque présente aussi un risque d’approvisionnement élevé, selon la Commission européenne, pour certaines matières premières, telles que le silicium métallique, l’indium, le gallium, le germanium et les borates.
Mais l´étape la plus vulnérable de la chaîne d´approvisionnement de la technologie photovoltaïque se situe au niveau des composants. Depuis le déclin de l´industrie solaire allemande, ces composants sont en grande partie fabriqués en Chine. Selon une étude du cabinet de conseil PriceWaterhouseCoopers (PwC), en 2021, environ 75% des panneaux solaires photovoltaïques provenaient de l´Empire du Milieu (pwc 2022). Les fabricants européens ne représentaient que 1% du marché. La contribution allemande se classe ainsi en pour mille. La dépendance par rapport à la Chine représente donc un risque considérable pour la réalisation des objectifs ambitieux de développement du photovoltaïque (215 GW en 2030).
Si les industries européennes ne sécurisent pas leurs approvisionnements sur le long terme, elles risquent des ruptures ou des hausses de prix pouvant ralentir le développement des énergies renouvelables. Le recyclage est une autre opportunité à long terme pour améliorer la résilience des métaux et des matières premières de l´Union européenne.
Perspective
Pour atteindre les objectifs ambitieux de 2030 et au-delà en matière d´énergies renouvelables, l´État doit créer les conditions favorables pour un développement environ trois fois plus rapide qu´au cours des 20 dernières années.
De plus, l´objectif pour 2035 de presque 100% d´énergies renouvelables pour la production d´électricité implique, en une décennie, des paris technologiques lourds comme une bascule vers l´hydrogène et la mise à disposition de moyens suffisants de stockage d´énergie.
Avec l´objectif d´une puissance nette de l´éolien de 145 GW et du photovoltaïque de 215 GW en 2030, une accélération des énergies renouvelables sans précédent doit être réalisée.
Cependant, des obstacles et des pénuries pertinents sont actuellement identifiables et continueront à impacter considérablement la vitesse et donc la réussite du développement des énergies renouvelables tant qu´ils ne seront pas explicitement affrontés et résolus.
Le manque de surface est actuellement le principal obstacle au développement de l´éolien terrestre. Le gouvernement fédéral doit donc mettre en œuvre le plus rapidement possible l´objectif fixé par la loi, à savoir l´augmentation à 2% du territoire allemand, et veiller à ce que les surfaces soient effectivement constructibles. L´objectif intermédiaire de l´augmentation de la superficie du territoire à 1,4% d´ici fin 2027 intervient beaucoup trop tard pour soutenir le développement à l´horizon de 2030.
Outre des incitations financières appropriées pour la construction des nouvelles installations d´énergies renouvelables et une accélération des procédures de planification et d´autorisation, il faut trouver des solutions pour la mobilisation d´un nombre suffisant de main-d´œuvre qualifiée dans tous les domaines, la pérennisation des matières premières et le développement des capacités de production en Allemagne et dans l´Union européenne.
Les prochaines années détermineront si le gouvernement allemand parviendra à réaliser ses objectifs ambitieux en matière d´énergies renouvelables. En même temps il faudra conserver une bonne sécurité d´approvisionnement par un socle de moyens pilotables bas carbone et à terme créer des capacités de stockage gigantesques. Une tâche herculéenne, à la limite de la faisabilité…
Références
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UBA (1) Erneuerbare Energien in Zahlen. Umweltbundesamt-Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien Statistik (AGEE-Stat). En ligne : https://www.umweltbundesamt.de/themen/klima-energie/erneuerbare-energien/erneuerbare-energien-in-zahlen#strom.
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Texte mis à jour le 05.05.2023
Temps de lecture : 25 min
Ce texte est focalisé sur les contraintes techniques et économiques des énergies renouvelables dans le secteur électrique, en faisant abstraction des autres sujets clés de la transition énergétique, tels que la réduction des émissions de gaz à effet de serre, traités dans les textes sur le tournant énergétique ( Allemagne Energies 1 ) et sur les bilans énergétiques : Comparaison Allemagne et France ( Allemagne Energies 2 ).
Le texte contient des informations sur l´utilisation des énergies renouvelables dans les secteurs de l´électricité, de la chaleur et du froid ainsi que des transports. En raison de sa pertinence particulière, l´accent est mis sur le secteur de l´électricité.
Sommaire
Contribution des énergies renouvelables à la consommation d´énergie finale
Chaleur et froid produits à partir d´énergies renouvelables
Énergies renouvelables dans le secteur des transports
Électricité d´origine renouvelable
Loi sur les Énergies Renouvelables (Erneuerbare Energien Gesetz- EEG)
-
- Programme 2022 visant à accélérer le développement des énergies renouvelables
Développement des énergies renouvelables – état actuel et objectifs
-
- État actuel du développement
- Objectifs pour 2030 et au-delà
- Trajectoire de développement du photovoltaïque à l´horizon de 2030
- Trajectoire de développement de l´éolien terrestre à l´horizon de 2030
- Trajectoire de développement de l´éolien en mer à l´horizon de 2030
Contraintes techniques liées aux énergies renouvelables intermittentes
- Impulsions économiques grâce aux énergies renouvelables
- Emplois dans le secteur des énergies renouvelables
- Matières premières et composants pour les énergies renouvelables
Contribution des énergies renouvelables à la consommation d´énergie finale
En 2022, la part des énergies renouvelables à la consommation brute d´énergie finale atteint 20,4% selon la directive européenne RED II, 2018/2001 (UBA 1), soit une augmentation de 1,2 point par rapport à 2021 (19,2%), cf. figure 1.
L´Allemagne vise actuellement une part de 30% d´ici 2030. Cependant les États de l´Union européenne et les eurodéputés se sont accordés fin mars 2023 sur un nouvel objectif d´une part d´au moins 42,5% des énergies renouvelables dans la consommation énergétique à l´horizon de 2030 (Allemagne Energies 2). Cela pourrait conduire à une révision à la hausse de l´objectif de l´Allemagne.
Au total, environ 489 TWh ont été produits à partir de sources d´énergies renouvelables au cours de 2022 (UBA 1). Environ 52% provenaient de la production d´électricité à partir de sources d´énergies renouvelables, 41% du secteur de la chaleur renouvelable et 7% des carburants biogènes utilisés dans les transports. La répartition entre les secteurs de l´économie est illustrée dans la figure 2.
La biomasse est la principale source avec une part de 52% à la fourniture d´énergie d´origine renouvelable, en raison de ses multiples utilisations dans tous les secteurs (sous forme de combustibles solides pour le chauffage, de biocarburants pour les transports ou de biogaz pour la production d´électricité). Les éoliennes arrivent en deuxième position avec une part de 26%. L´énergie solaire dans les installations photovoltaïques et thermiques contribue à hauteur de 14%. L´hydraulique et la géothermie apportent 4% chacun.
Bien que les énergies renouvelables aient connu une évolution positive au cours des dernières années, il existe de grandes différences entre les secteurs (cf. figure 3) : alors que la part des énergies renouvelables dans la consommation brute d´électricité a presque doublé au cours des dix dernières années, les parts dans les secteurs de la chaleur et des transports augmentent assez lentement et s´éloignent des objectifs de 2030 (UBA 1).
Les objectifs pour 2030 sont, outre la part des énergies renouvelables à 80% de la consommation brute d´électricité, une part de 50% d´énergies renouvelables dans la consommation finale du secteur de chaleur et de froid et une part de 32% dans la consommation finale du secteur des transports (Agora Energiewende 2023).
Chaleur et froid produits à partir d´énergies renouvelables
Le développement des énergies renouvelables dans la consommation d´énergie finale du secteur de chaleur et de froid a été peu dynamique dans les dernières années, cf. figure 4. La consommation de chaleur renouvelable a augmenté très légèrement à 200,5 TWh en 2022 (2021 : 199,2 TWh). Leur part à la consommation finale atteint 17,4% en 2022 (UBA 1).
Les différentes formes de biomasse dominent la consommation d´énergie renouvelable dans ce secteur. La biomasse solide, c´est-à-dire le bois sous ses différentes formes d´utilisation, fournit de loin la plus grande part. Au total, la biomasse solide a fourni 130,5 TWh de chaleur renouvelable en 2022. La biomasse liquide a contribué à hauteur de 2,5 TWh, le biogaz à hauteur de 20,9 TWh et les déchets biogènes à hauteur de 15,1 TWh (UBA 1).
En 2022, la contribution du solaire thermique (9,7 TWh) a augmenté d´environ 13% par rapport à 2021 (8,6 TWh) en raison d´un meilleur ensoleillement. La mise à disposition de chaleur à partir de la chaleur de l´environnement (pompes à chaleur) et de la géothermie a encore gagné en importance en 2022 et se situe, avec 22,0 TWh, au-dessus du niveau de 2021 (19,5 TWh).
Énergies renouvelables dans le secteur des transports
Actuellement le secteur des transports se caractérise par la progression de la part des énergies renouvelables la plus faible dans la consommation brute d´énergie finale, cf. figure 5.
En 2022, en incluant la consommation d´électricité renouvelable dans les transports ferroviaires et routiers, la part des énergies renouvelables dans la consommation finale du secteur des transports s´élève à 6,8% en 2022.
Au total, 40,4 TWh d´origine renouvelable ont été consommés dans les transports en 2022, soit une augmentation de 1,5% par rapport à 2021 (UBA 1). Avec 34,3 TWh, les biocarburants représentent la part la plus importante : le biogazole couvre 24,5 TWh de la consommation, suivi par le bioéthanol avec 8,7 TWh. La contribution du biométhane (1,1 TWh) et des huiles végétales (0,02 TWh) est faible.
La consommation d´électricité dans le secteur des transports s´élevait à environ 13,3 TWh dont environ 6,1 TWh étaient fournis par des sources renouvelables. L´électricité renouvelable ne contribue qu´à environ 1 % à la consommation d´énergie finale dans le secteur des transports et est utilisée jusqu´à présent à près de 90 % dans le transport ferroviaire.
Électricité d´origine renouvelable
Loi sur les Énergies Renouvelables (Erneuerbare Energien Gesetz- EEG)
Le développement des énergies renouvelables dans le secteur électrique est un aspect emblématique du tournant énergétique allemand. La Loi sur les Énergies Renouvelables, entrée en vigueur en 2000, est considérée comme le moteur du développement des énergies renouvelables. Cette loi a fixé, en marge des règles du marché, la garantie d´un tarif de rachat sur 20 ans et l´obligation pour le gestionnaire de réseau d´acheter en priorité l´électricité produite à partir des énergies renouvelables.
Les conditions très avantageuses des tarifs de rachat garanti ont attiré des investissements considérables, conduisant au développement massif des énergies renouvelables et à des coûts importants pour le consommateur d´électricité car la charge de soutien aux énergies renouvelables était in fine répercutée sur lui.
La loi sur les Énergies Renouvelables a été adaptée au fur et à mesure et l´objectif de la part des renouvelables à la consommation brute d´électricité constamment rehaussé, cf. figure 6.
Le développement massif des énergies renouvelables, associé à des prix du marché de gros en recul, a majoré depuis 2010 d´une façon fulgurante la charge de soutien aux énergies renouvelables.
La mise en place des mécanismes de complément de rémunération (EEG 2014) et des appels d´offres (EEG 2017) avait pour but de limiter la tendance haussière de la charge de soutien. Toutefois, elle est restée à un niveau élevé. A partir de 2021 le gouvernement allemand avait décidé de subventionner partiellement la charge de soutien grâce aux recettes de la taxe carbone sur les combustibles fossiles.
La crise énergétique née de la guerre en Ukraine et l´augmentation des prix des combustibles ont conduit à une augmentation sans précédent des prix de l´électricité. Pour soutenir les consommateurs et les entreprises et atténuer la hausse du prix de l´électricité, le gouvernement avait décidé que le « Fonds pour le climat et la transformation » financerait seul le soutien des énergies renouvelables à partir du 1er juillet 2022, cf. § « Aspects économiques ».
Dans le but d´atteindre avant 2050 la neutralité carbone pour l´électricité produite et consommée, l´avenant à la Loi sur les Énergies Renouvelables entré en vigueur début 2021 (EEG 2021) visait une part des énergies renouvelables de 65% à la consommation brute d´électricité d´ici 2030 en tablant sur une consommation brute d´environ 580 TWh. La Loi définit une trajectoire de développement de la puissance installée jusqu´en 2030, soit 71 GW pour l´éolien terrestre, 20 GW pour l´éolien en mer, 100 GW pour le photovoltaïque et 8,4 GW pour la biomasse (OFATE 2021a).
Le développement des éoliennes en mer est règlementé dans la Loi pour le Développement et la Promotion de l´Énergie éolienne en Mer (Windenergie-auf-See-Gesetz – WindSeeG), entrée en vigueur en 2017 (BMWi 3). Des appels d´offres ont été introduits pour toutes les éoliennes en mer mises en service à partir de 2021.
La coalition gouvernementale en Allemagne en fonction depuis décembre 2021 avait annoncé un nouveau rythme de la transition énergétique en se basant principalement sur les énergies renouvelables (Allemagne Energies 2021). En rehaussant l´hypothèse de la consommation d´électricité en 2030 à 750 TWh, elle table sur une part des énergies renouvelables de 80% au lieu de 65% dans la consommation brute d´ici 2030. L´ objectif d´un approvisionnement en électricité quasi climatiquement neutre a été avancé à 2035.
Programme 2022 visant à accélérer le développement des énergies renouvelables
Le Ministre Fédéral de l´Économie et de la Protection du Climat a annoncé en janvier 2022 un programme d´urgence pour la protection du climat et la redynamisation du développement du photovoltaïque et de l´éolien avec des lois et mesures concrètes (BMWi 2022a ; OFATE 2022a ).
Le paquet législatif appelé « paquet de Pâques » (Osterpaket), adopté par le conseil des ministres en avril 2022, pose la base d´un approvisionnement en électricité de 80% en énergies renouvelables en 2030 et quasi climatiquement neutre en 2035 (Allemagne Energies 2022a ; OFATE 2022b ; OFATE 2023).
La mesure phare du « paquet de Pâques » est l´amendement à la Loi sur les Énergies Renouvelables du secteur électrique (EEG 2023). En tenant compte des nouveaux consommateurs électriques (i.e. l´électromobilité, les pompes à chaleur, le numérique et la génération d´hydrogène par électrolyse) 600 TWh, soit 80% de la consommation brute estimée à 750 TWh en 2030, devraient provenir des énergies renouvelables (BMJ 2023).
Le potentiel de développement de la biomasse, de l´hydraulique et des déchets biogènes étant limité, il est prévu d´intensifier fortement l´accroissement des capacités éolienne et photovoltaïque, lesquelles doivent non seulement contribuer à la protection du climat mais aussi, dans le contexte de la crise énergétique née de la guerre en Ukraine, réduire la dépendance aux importations d´énergies fossiles. Par conséquent l´objectif de leur puissance installée à l´horizon de 2030 a été fortement rehaussé par rapport à la loi EEG 2021, soit 115 GW pour l´éolien terrestre et 215 GW pour le photovoltaïque. Les objectifs de développement de l´éolien en mer sont fixés à au moins 30 GW (voir § « Objectifs pour 2030 et au-delà »).
Dans le but d´accélérer le développement des énergies renouvelables, dans la loi EEG 2023 est inscrit le principe selon lequel l´utilisation des énergies renouvelables est « d´intérêt public prépondérant et sert la sécurité publique ».
Un deuxième paquet de mesures dit « paquet d´été » (Sommerpaket) est focalisé sur la réduction de la lourdeur administrative des projets. Dans ce cadre, le conseil des ministres a adopté le 15 juin 2022 un projet appelé Loi sur l´Éolien Terrestre (Wind-an-Land-Gesetz, WaLG) visant à obliger les seize Länder à installer davantage d´éoliennes terrestres en allégeant notamment les démarches administratives, cf. (BMUV et BMWi 2022, OFATE 2022c).
Selon le Ministère Fédéral de l´Économie et de la Protection du Climat, environ 2% du territoire allemand seront nécessaires pour installer une puissance de 160 GW d´éolien terrestre (objectif 2040). Actuellement une superficie d´environ 0,8% est réservée et doit donc être plus que doublée à l´horizon de 2032.
Actuellement la désignation des zones réservées aux éoliennes terrestres prend entre 5 et 10 ans, selon la complexité des procédures administratives. C´est pour cela qu´il est prévu, d´ici fin 2032, de consacrer 2% du territoire allemand à l´énergie issue du vent avec un objectif intermédiaire de 1,4% fin 2027. La répartition devrait être équitable au niveau régional, en tenant compte des conditions de vent, de la protection de la nature et des espèces et de l´aménagement de l´espace.
Les Länder doivent mettre à disposition des pourcentages différents : la Bavière, le Bade-Wurtemberg et la Rhénanie-du-Nord-Westphalie doivent consacrer 1,1 % de leur superficie d´ici fin 2027, puis 1,8 % d´ici fin 2032. Les Länder du nord tout comme les Länder de l´est, où le potentiel éolien est plus important, doivent mettre à disposition chacun une superficie de 1,3% à 1,8% d´ici fin 2027 et de 2,0% à 2,2% d´ici fin 2032. Les cités-États (Stadtstaaten) telles que Brême, Berlin et Hambourg doivent consacrer 0,25% d´ici fin 2027, puis 0,5% de leur superficie d´ici fin 2032.
Il appartient aux seize Länder de décider comment leurs objectifs en matière de réservation de superficie supplémentaire seront atteints. Si les Länder n´atteignent pas leur objectif, le gouvernement fédéral pourra supprimer certaines règles locales, comme les distances minimales entre éoliennes et habitations.
Le Repowering (remplacement des éoliennes existantes par des installations plus performantes et donc généralement plus grandes) a été également facilité.
De plus, la loi Fédérale sur la Protection de la Nature et des Espèces a été modifiée. Des dérogations relatives à la protection de la biodiversité et aux espèces protégées ont été adoptées. A l´avenir, la construction des éoliennes sera aussi autorisée dans des zones protégées. Seuls les territoires bénéficiant du plus haut niveau de protection ne pourront pas être aménagés.
Le paquet législatif final de presque 600 pages visant à accélérer le développement des énergies renouvelables et à renforcer la sécurité d´approvisionnement en énergie a été adopté par le Parlement (Bundestag) et approuvé par le Conseil Fédéral (Bundesrat) début juillet 2022 (BMWi 2022c).
Le nouvel objectif d´une production d´électricité quasi climatiquement neutre en 2035 suscite des questions sur la sécurité d´approvisionnement (voir § « Contraintes techniques liées aux énergies renouvelables intermittentes »). L´exploitation du réseau électrique avec presque 100% d´énergies renouvelables implique qu´un grand nombre de prérequis techniques critiques soient respectés pour fournir des services système et gérer efficacement les congestions du réseau. Or rien ne le garantit en l´état. Les validations techniques à apporter pour atteindre cette cible demeurent importantes et nécessitent un effort de R&D conséquent et soutenu.
Développement des énergies renouvelables – état actuel et objectifs
État actuel du développement
En 2022, les filières renouvelables enregistrent, grâce aux bonnes conditions météorologiques, une forte hausse de production de 8,5% par rapport à 2021. Leur part dans la production brute totale d´électricité passe à 44,4%, soit à 254 TWh, contre 40,1% en 2021 (234 TWh). Le nombre élevé d´heures d´ensoleillement sur l´ensemble de l´année et la forte production des éoliennes en janvier et février 2022 ont largement contribué à cette hausse (AGEB 2023 ; Allemagne Energies 2023a). Leur production nette s´élève à 246 TWh selon (UBA 1).
La part des énergies intermittentes, éolien et photovoltaïque, à la production brute totale des énergies renouvelables atteint, lissée sur l´année, environ 73%, cf. figure 7. Cela correspond à environ un tiers de la production brute totale d´électricité en 2022.
La production restante est fournie par des sources renouvelables pilotables comme les bioénergies (biomasse, biogaz), le gaz de décharge, le gaz de stations d´épuration, les déchets biogènes et la géothermie.
La production à partir de la biomasse et des déchets biogènes stagne au niveau de 2021. Malgré cela les sources d´énergies biogènes ont contribué pour environ un cinquième à la production renouvelable en 2022.
La production de l´hydroélectricité (centrales au fil de l´eau et éclusées, centrales associées à un lac ou un réservoir avec apports naturels) est tributaire des précipitations. Elle baisse d´environ 11% (17,5 TWh) par rapport à 2021 (19,7 TWh) suite à l´extrême faiblesse des précipitations en 2022 (Allemagne Energies 2023a).
La production à partir de la géothermie est encore négligeable, soit environ 0,1% de la production totale des énergies renouvelable.
Sous l´hypothèse que l´électricité produite à partir des énergies renouvelables serait entièrement consommée en Allemagne, leur part dans la consommation intérieure brute d´électricité augmente à 46,2%% contre 41,4% en 2021. Conformément aux prescriptions du gouvernement fédéral, il s´agit du taux déterminant pour la réalisation des objectifs en matière d´énergies renouvelables.
La puissance nette installée des énergies renouvelables a augmenté de 10 GW, soit de 7% par rapport à 2021, pour passer à 150 GW. Depuis 2000 cela correspond à l´ajout annuel moyen de 6 GW, cf. figure 8 (BMWi 1 ; UBA 1 ; Allemagne Energies 2023a).
Comme ces dernières années, la capacité photovoltaïque a progressé plus vite que celle de l´éolien terrestre : sur les 10 GW installés en 2022 plus de 7 GW sont dus au photovoltaïque.
La figure 9 montre le nombre annuel d´heures équivalent pleine puissance (ratio entre l´électricité réelle produite et la puissance nominale) des différentes filières renouvelables en Allemagne (BDEW 2022).
Le facteur de charge est le rapport entre le nombre d´heures de fonctionnement en équivalent pleine puissance et le nombre d´heures de fonctionnement théorique dans l´année (8 760 h), par exemple 10,4% pour le photovoltaïque en 2021.
Objectifs pour 2030 et au-delà
Suite à l´électrification accrue des autres secteurs de l´économie (voir plus haut), le gouvernement table sur une forte hausse de la demande annuelle d´électricité soit 750 TWh à l´horizon de 2030. L´objectif de « 80% renouvelables » dans la consommation brute d´électricité implique en 8 ans plus d´un doublement de leur production pour atteindre les 600 TWh en 2030 contre 254 TWh en 2022.
Le tableau 1 montre l´accroissement des parcs de production nette des éoliennes terrestres et maritimes ainsi que du photovoltaïque réalisé et prévu à l´horizon de 2045 selon la Loi EEG 2023 (BMWi 1 ; Allemagne Energies 2022c). Avec l´achèvement de la sortie du charbon, l´objectif est de produire l´électricité presque entièrement à partir d´énergies renouvelables à l´horizon de 2035. On vise ainsi la neutralité carbone de l´approvisionnement en électricité et une indépendance quasi-totale vis-à-vis des importations d´énergie fossile.
Les 360 GW en 2030 pour l´éolien et le photovoltaïque nécessitent un presque triplement de la puissance installée en 2022 (cf. tableau 1). Il faut aussi tenir compte du fait que les anciennes installations qui ont cessé de bénéficier du mécanisme de soutien après 20 ans, seront déclassées au fur et à mesure dans les prochaines années (Deutscher Bundestag 2020).
En matière de biomasse l´objectif de 2030 est une puissance installée de 8,4 GW soit environ la même puissance qu´en 2021. La biomasse sera davantage axée sur des centrales de pointe très flexibles, afin que la bioénergie puisse jouer son rôle au service du système et contribuer davantage à la sécurité de l´approvisionnement en électricité. Toutefois, une utilisation accrue de la biomasse dans le secteur électrique n´est pas une priorité pour le gouvernement.
Trajectoire de développement du photovoltaïque à l´horizon de 2030
Fin 2022, le parc photovoltaïque s´élève à environ 67,4 GW. Après plusieurs années d´un faible développement, on observe depuis 2019 une légère reprise mais un ajout annuel toujours trop faible par rapport au nouvel objectif pour 2030.
Pour atteindre l´objectif d´une puissance installée totale de 215 GW d´ici 2030, il faudrait entre 2023 et 2030 mettre en œuvre environ 148 GW, soit un ajout annuel moyen d´environ 18,5 GW. Déjà l´objectif intermédiaire en 2024 de 88 GW (voir tableau 1) nécessite dans les deux prochaines années un ajout moyen net supérieur à 10 GW par an. A partir de 2025 un ajout annuel de 20 à 22 GW sera prévu et doit être maintenu à ce niveau jusqu´en 2030 et même au-delà, cf. figure 10. En partant d´un ajout annuel de 22 GW et d´une puissance crête moyenne de 450 Wc d´un panneau solaire, il faudrait installer chaque année presque 50 millions de panneaux solaires photovoltaïques sur toiture ou au sol.
C´est presque trois fois plus que l´année record 2012, où 8,1 GW avaient été installés (BMWi 1). Depuis 2015, l´ajout annuel a été inferieur à 4 GW en moyenne (UBA 1).
Aucun des six appel d´offres du photovoltaïque n´a permis d´atteindre le volume appelé en 2022 (Allemagne Energies 2023a). Les objectifs manqués des enchères laissent présager un développement en deçà des besoins dans les années à venir.
Un autre défi est le manque de main-d´œuvre qualifiée en Allemagne pour faire face au montage des nouvelles installations (voir plus loin).
Trajectoire de développement de l´éolien terrestre à l´horizon de 2030
Le parc installé d´éolien terrestre s´élève à 58,1 GW fin 2022 (Deutsche Windguard). Dans le passé le développement des éoliennes terrestres présentait un bilan mitigé avec un ajout moyen de 2,6 GW/an entre 2015 et 2022 (UBA 1). De plus, depuis 2019 sur 20 appels d´offres 16 fois les volumes appelés n´ont pas été atteints. En 2022 seulement 70% du volume appelé ont été attribués (Allemagne Energies 2022b).
Pour atteindre l´objectif intermédiaire de 69 GW en 2024 (voir figure 11), il faudrait encore ajouter 11 GW nets les deux prochaines années. Toutefois, compte tenu des appels d´offre sous-souscrits et des délais de réalisation observés, il est très probable que la valeur cible ne sera pas atteinte en 2023.
L´objectif de 115 GW d´ici 2030 (voir tableau 1) nécessiterait, selon l´institut EWI, la mise en service de 6 éoliennes par jour d´une puissance nominale de 4,2 MW chacune à partir de 2023. Par comparaison, entre 2010 et 2021, seulement 3,5 éoliennes ont été mises en service par jour d´une puissance nominale moyenne de 2,8 MW (EWI 2022).
Selon l´Agence Fédérale de l’Environnement (UBA 2023), en partant de la puissance installée actuelle de 58 GW fin 2022 et d´un démantèlement attendu des anciennes installations d´environ 17 GW d´ici fin 2030, un ajout annuel brut de 9 GW en moyenne serait nécessaire pour atteindre fin 2030 les 115 GW.
Trajectoire de développement de l´éolien en mer à l´horizon de 2030
Les objectifs de développement des éoliennes en mer ont été considérablement augmentés. La nouvelle coalition gouvernementale vise au moins 30 GW d´ici 2030, 40 GW d´ici 2035 et 70 GW d´ici 2045. A l´été 2022, l´augmentation des objectifs a fait l´objet d´un amendement à la Loi pour le Développement et la Promotion de l´Énergie éolienne en Mer (Windenergie-auf-See-Gesetz – WindSeeG). Après le feu vert de la Commission européenne en décembre 2022, la modification de la Loi est entrée en vigueur au 1er janvier 2023 (Deutsche Windguard).
Le parc installé d´éolien en mer s´élève à 8,1 GW fin 2022, cf. figure 12. Pour la première fois depuis 2020, un parc éolien en mer a été mis en service en 2022.
A condition que tous les projets ayant déjà reçu une adjudication soient réalisés, la puissance totale installée pourrait atteindre près de 14 GW fin 2027. Entre 2028 et 2030, 16 GW supplémentaires devraient donc être mis en service. L´Agence Fédérale des Réseaux prévoit en 2023 deux appels d´offres d´un volume total appelé de 8,8 GW (Deutsche Windguard).
Contraintes techniques liées aux énergies renouvelables intermittentes
L´orientation vers un mix électrique à forte proportion d´énergies renouvelables intermittentes ainsi qu´en parallèle la réduction des moyens pilotables conventionnels rendent le réseau électrique de plus en plus sensible aux fluctuations liées aux conditions météorologiques. La priorité donnée au développement des énergies intermittentes, éolien et photovoltaïque, est un défi pour la stabilité des réseaux car cette production n´est pas corrélée aux fluctuations de la consommation d´électricité. La production intermittente peut parfois excéder la demande et ensuite baisser rapidement à un niveau faible pendant plusieurs heures.
En effet, pour sécuriser l´approvisionnement c´est l´instant qui compte et non pas la production lissée sur une période donnée car il est nécessaire d´équilibrer instantanément la production et la consommation sur l´ensemble du réseau.
Les sources de production renouvelables avec une disponibilité plus élevée, comme la biomasse et l´éolien en mer, pourraient contribuer à assurer la sécurité d´approvisionnement. En revanche, la part d´éolien en mer dans la production totale est encore faible et une utilisation accrue de la biomasse n´est pas une priorité pour le gouvernement fédéral. Compte tenu du territoire allemand une augmentation de la puissance hydroélectrique est également très limitée et la production tributaire des précipitations.
La figure 13, générée à partir du site « SMARD » de l´Agence Fédérale des Réseaux (SMARD), montre à titre d´exemple les variations de production des énergies renouvelables intermittentes dans la deuxième quinzaine de novembre 2022. On peut observer 2 pics dépassant légèrement les 25 GW, soit environ 20% de la puissance totale installée de 130 GW fin septembre 2022 (UBA 3). Entre le 29 novembre et le 1er décembre 2022 la production assure seulement entre 3 et 7 GW, soit 2% à 5% de la puissance totale installée d´énergies renouvelables.
Les « dark-doldrums », traduction anglaise du mot allemand « Dunkelflaute » sont un défi particulier. Ils désignent un épisode prolongé de production éolienne et photovoltaïque très faible, combiné à une demande d´électricité accrue en fin d´automne ou en hiver. L´association européenne des producteurs d´électricité et de chaleur VGB PowerTech e.V. a publié deux études sur la performance des éoliennes en Allemagne et en Europe (VGB 2017, 2019). Entre 2010 et 2016, l´étude montre environ 160 épisodes de 5 jours de production éolienne faible et pour chaque année un épisode prolongé de vents faibles de 10 à 14 jours.
L´affirmation que le vent soufflerait toujours quelque part en Europe, pouvant atténuer les effets de l´intermittence, semble relever d´un solide bon sens populaire, mais ne correspond pas aux faits. L´Europe occidentale se comporte souvent comme une zone venteuse assez homogène, dominée par l´influence des grands courants océaniques ou continentaux. Le foisonnement de l´éolien au niveau européen se révèle donc peu efficace et le foisonnement solaire est lui-même limité parce que l´Ouest européen ne couvre que 1,5 fuseau horaire (Flocard et al. 2014).
Le remède serait le stockage de la surproduction d´énergies renouvelables fluctuantes et la réinjection de l´énergie dans le réseau pendant des périodes de forte consommation lorsque la production de l´éolien et du photovoltaïque est faible.
Cependant, les grands systèmes de stockage d´énergie ne sont toujours pas en vue. L´Allemagne dispose actuellement d´une capacité de stockage d´environ 40 GWh de STEP (pompage-turbinage entre deux bassins hydrauliques), une technologie éprouvée mais avec un potentiel de développement très limité. Les grands systèmes de stockage par batterie, déjà annoncés comme prometteurs, n´ont pas encore atteint la maturité en raison de leur faible capacité et de leur coût important. Même sous l´hypothèse de mise à disposition d´une puissance de 100 GW de stockage par batterie à l´horizon de 2035, chiffre évoqué par le régulateur allemand dans le plan de développement du réseau, leur capacité de stockage disponible serait de l´ordre de seulement 100 à 200 GWh (WD 2019).
Les ingénieurs du VGB Power Tech (voir plus haut) ont calculé qu´il faudrait, en supprimant les centrales conventionnelles en backup, une capacité de stockage de 21.000 GWh pour assurer l´approvisionnement lors d´un épisode de 2 semaines de vents faibles en hiver. L´écart entre la capacité de stockage disponible en 2035 et la capacité de stockage nécessaire est actuellement d´un facteur 100 à 150.
En attendant la mise en œuvre des moyens suffisants de stockage d´énergie, les centrales conventionnelles pilotables sont encore nécessaires. Après l´abandon du nucléaire (2023) et du charbon (à partir de 2030, date actuellement visée par le gouvernement) les capacités de production conventionnelles se réduisent aux centrales à gaz. Selon le contrat de coalition du gouvernement en fonction depuis décembre 2021, la construction de nouvelles centrales à gaz a été prévue à l´horizon de 2030 (Allemagne Energies 2021). Ces centrales, exploitées à terme de manière neutre en carbone grâce à l´hydrogène, devraient jouer un rôle pivot pour suppléer l´intermittence de la production de l´éolien et du photovoltaïque.
Les nouvelles conditions politico-économiques du gaz dues à la guerre en Ukraine constituent un obstacle au déploiement de ces centrales en attendant la maturité de la filière hydrogène. L´arrêt de livraison du gaz russe bon marché rend la construction de nouvelles capacités à gaz peu rentable actuellement (Allemagne Energies 2023b).
Face à la variabilité intrinsèque d´une production électrique s´appuyant sur une grande part d´énergies renouvelables intermittentes, la réduction des moyens pilotables nécessite le développement de mesures et technologies supplémentaires, telles que : des solutions technologiques pour maintenir la stabilité du système électrique sans les grandes masses tournantes, le déploiement à grande échelle des flexibilités au niveau offre – demande (par exemple turbines à combustion hautement flexibles et recours à la modulation de la consommation), des installations de stockage d´énergie pour disposer de réserves opérationnelles d´équilibrage, et modernisation des réseaux électriques.
En conclusion l´objectif d´une production d´électricité quasi climatiquement neutre en 2035, en se basant principalement sur des énergies renouvelables intermittentes, implique des paris technologiques lourds pour assurer la sécurité d´approvisionnement. Les validations techniques à apporter pour atteindre cette cible demeurent importantes.
Aspects économiques
Les causes et les facteurs de la lenteur du développement des énergies renouvelables sont multiples. Outre le faible niveau des investissements réalisés entre 2013 et 2021 pour la construction d´installations d´énergies renouvelables, il existe également des défis communs à tous les domaines, tel que le manque de main-d´œuvre qualifiée et l´accès précaire aux matières premières critiques.
Impulsions économiques grâce aux énergies renouvelables
Néanmoins, au cours des deux dernières décennies, les investissements dans la construction des installations d´énergies renouvelables ainsi que les dépenses courantes pour leur exploitation sont devenus un facteur économique important (BMWi 2022d).
Selon les statistiques du Ministère Fédéral de l´Économie et de la Protection du Climat (BMWi 1), le montant total des investissements dans la construction d´installations d´énergies renouvelables s´élève à environ 340 Mds€ sur la période 2000 – 2022 (voir figure 14) soit en moyenne environ 15 Mds€ par an.
Le pic d´investissement a été atteint en 2010 avec près de 28 Mds€. Les investissements ont ensuite chuté sous la barre de 15 Mds€ en 2015, puis, après une courte remontée, ils sont redescendus à 10,6 Mds€ en 2019. Depuis lors, la tendance est à nouveau à la hausse, les investissements atteignent presque 20 Mds€ en 2022.
Le net recul des investissements après 2010 s´explique notamment par le photovoltaïque. La baisse des tarifs d´achats garantis pour le photovoltaïque a attiré moins d´investisseurs et a de ce fait conduit à partir de 2013 à une forte baisse de l´ajout de nouvelles installations.
Alors que depuis 2018 les investissements dans le photovoltaïque sont repartis à la hausse, les éoliennes terrestres affichent une tendance inverse notamment en raison d´un recul important des nouvelles installations sur le territoire national. Une légère reprise des investissements dans l´éolien terrestre est observée à partir de 2020.
Les dernières années les investissements dans les éoliennes maritimes ont été très faibles. Après la mise en service des dernières installations commandées avant l´introduction des appels d´offres, un gap est constaté jusqu´à la construction des installations attribuées lors des appels d´offres de 2017 et 2018. Leur mise en service est prévue entre 2022 et 2025. En conséquence, en 2020, comme en 2021, seuls des investissements dans le cadre de travaux préparatoires pour les nouveaux parcs éoliens ont été enregistrés.
Généralement, les investissements dans les installations de production d´électricité ont été nettement supérieurs à ceux pour la production de chaleur. En 2022 les investissements dans la production de chaleur atteignent environ un tiers des investissements totaux.
L´exploitation des installations a acquis une importance économique considérable (BMWi 2022d ; UBA 1). L´exploitation des installations (y compris la maintenance et la vente de biocarburants) déclenche des impulsions économiques dans d´autres secteurs, par le biais de la demande en personnel, en pièces de rechange ou en combustibles. Les coûts d´exploitation générés entraînent un chiffre d´affaires important pour les fournisseurs. Les impulsions économiques déclenchées par l´exploitation des installations montrent depuis des années une tendance à la hausse correspondant au nombre croissant d´installations mises en service, cf. figure 15.
Depuis 2000, ils sont passés d´un peu moins de 2 Mds€ à presque 24 Mds€ en 2022. Les dernières années, les impulsions économiques générées par l´exploitation des installations dépassent significativement les investissements pour la construction, cf. figure 14.
Pour les installations d´électricité verte les exploitants bénéficient d´un soutien de l´État au déploiement commercial (par exemple par le biais de tarifs d´achats garantis ou de compléments de rémunération ou d´appels d´offres) sur 20 ans, lequel est financé par la vente de l´électricité sur le marché et par la charge de soutien aux énergies renouvelables (le prélèvement pour l´électricité verte » ou « prélèvement EEG = différence entre le prix de revente de l´électricité sur le marché et la rémunération que les exploitants des installations d´énergies renouvelables électriques reçoivent).
Depuis 2017, la rémunération de référence est déterminée par appel d´offres, sauf pour les installations de petites tailles. Les mécanismes incitatifs mis en place sont spécifiques à chaque filière et font l´objet d´adaptations périodiques pour tenir compte des évolutions techniques et économiques par l´introduction d´un plafond de rémunération, cf. tableau 2.
Les objectifs manqués des enchères dans le passé laissent présager un développement en deçà des besoins dans les années à venir. C´est pour cela qu´ à partir de 2023 les plafonds de rémunération sont pour la première fois en hausse dans le but de rendre plus attractive la participation aux enchères pour l´éolien terrestre et le photovoltaïque et pour compenser l´envolée des prix des matériaux de construction (Allemagne Energies 2023a).
Le soutien au développement des installations d´électricité verte est, depuis le 1er juillet 2022, entièrement financé par l´État, l´objectif étant de soulager les consommateurs d´électricité. Le « Fonds pour le climat et la transformation » (Klima- und Transformationsfonds) fournit des ressources nécessaires pour promouvoir les énergies renouvelables. Entre 2023 et 2026, environ 177,5 Mds€ sont prévus. Le Fonds est principalement financé par les recettes provenant de la taxe carbone nationale et de la tarification du CO2 du système européen d´échange de quotas d´émissions (Bundesregierung 2022).
Emplois dans le secteur des énergies renouvelables
Un autre facteur pour la réussite de la transition énergétique est l´effet sur l´emploi. Comme conséquence de la transition énergétique des emplois sont supprimés dans le secteur des énergies conventionnelles, tandis que de nouveaux emplois et champs professionnels émergent dans le secteur des énergies renouvelables. En fonction des méthodes de calcul employées les résultats fournis par l´analyse des effets de la transition énergétique sur l´emploi varient fortement. Toutefois la majorité des études concluent que les effets de la transition énergétique sur l´emploi sont positifs (OFATE 2021b).
Selon l´Agence Fédérale de l´Environnement, le nombre d’emplois dans le secteur des énergies renouvelables en Allemagne a environ triplé entre les années 2000 et 2021 (UBA 2). En 2021, il comptait environ 344.100 personnes pour la planification, la production et la maintenance d´installations, ainsi que pour l´administration, la recherche, le développement et la commercialisation. Les secteurs de l´éolien et de la biomasse représentent désormais la part la plus importante, cf. figure 16.
Cependant, l´évolution du nombre d´emplois n´a pas été constante dans le passé, mais a connu des fluctuations. Après une forte croissance jusqu´en 2011, les années suivantes ont été marquées par un net recul, dû à l´effondrement de l´industrie photovoltaïque nationale. La production des panneaux photovoltaïques s´est en grande partie déplacée vers d´autres pays, notamment vers la Chine.
Le secteur de l´éolien a connu une évolution positive constante jusqu´en 2016. Entre 2017 et 2019, le secteur subit un fort recul de l´emploi. Les principales raisons sont la diminution de l´exportation et une forte régression du nombre des nouvelles éoliennes installées sur le territoire national. En revanche, les années 2020 et 2021 montrent une légère reprise de l´emploi dans ce secteur.
Les autres secteurs des énergies renouvelables (biomasse, hydroélectricité, géothermie) n´ont connu que de faibles variations de l´emploi.
Ces chiffres positifs ne doivent cependant pas faire oublier le fait que l´accélération du développement des énergies renouvelables exige la mobilisation d´un nombre suffisant de main-d´œuvre qualifiée dans tous les domaines.
Le baromètre KfW-ifo indique à quel point les entreprises dans les différents secteurs économiques sont actuellement confrontées à une pénurie de main-d´œuvre qualifiée. Les chiffres sont alarmants dans tous les secteurs concernés (KfW). Au début du 4e trimestre 2022, la pénurie de main-d’œuvre qualifiée a entravé les activités de presque la moitie des entreprises. Cette pénurie s´est encore accentuée par rapport à l’année précédente.
De plus le besoin de main-d’œuvre qualifiée augmentera considérablement dans les années à venir. Selon l´Association des Ingénieurs Allemands (VDI) et German Economic Institute à Cologne (IW Köln), la demande croissante en personnel qualifié ne peut actuellement pas être satisfaite (VDI 2022).
Si aucun remède n´est trouvé, cette pénurie impactera considérablement les objectifs ambitieux en matière de développement des énergies renouvelables dès le milieu de cette décennie.
Matières premières et composants pour les énergies renouvelables
Parmi les facteurs de risque pour la croissance des énergies renouvelables, le risque d´approvisionnement pour certaines matières premières et composants lié à un marché trop concentré et/ou une provenance de pays à forte instabilité politique est régulièrement évoqué.
Dans le cadre de l´initiative « Critical Raw Materials », la Commission européenne a défini 24 minerais et métaux qui sont essentiels pour la production d´énergies renouvelables et électromobilité (CE 2020).
La figure 17 montre les matières premières pertinentes pour le secteur des énergies renouvelables et le classement du risque d´une forte dépendance et/ou d´un approvisionnement incertain.
Comme le montre la figure 17, l´énergie éolienne est particulièrement dépendante des matières premières critiques.
L´un des composants clés d´une éolienne est le générateur, qui convertit l´énergie mécanique en énergie électrique. Les générateurs à aimant permanent, introduits au cours des dernières décennies, présentent un certain nombre d’avantages (forte densité de puissance et un encombrement réduit avec un rendement optimal), notamment pour des éoliennes maritimes soumises à de fortes contraintes de taille et de poids. Or, la conception de la plupart des aimants permanents est particulièrement consommatrice de terres rares telles que le néodyme, le praséodyme et le dysprosium.
La demande mondiale croissante de terres rares peut avoir des répercussions importantes sur le développement de l´éolien en Allemagne. La dépendance à l´égard d´un marché unique suscite également des interrogations car la Chine a le quasi-monopole de la production non seulement des terres rares, mais aussi de la fabrication des aimants permanents (CE 2022).
C´est pour cela que les industriels dans le secteur éolien ont progressivement développé des moyens de substitution aux technologies requérant des terres rares. La première option est de réduire la quantité de terres rares utilisée. Une autre option est la substitution par d´autres technologies dépourvues d´aimants permanents.
Le déploiement rapide du photovoltaïque présente aussi un risque d’approvisionnement élevé, selon la Commission européenne, pour certaines matières premières, telles que le silicium métallique, l’indium, le gallium, le germanium et les borates.
Mais l´étape la plus vulnérable de la chaîne d´approvisionnement de la technologie photovoltaïque se situe au niveau des composants. Depuis le déclin de l´industrie solaire allemande, ces composants sont en grande partie fabriqués en Chine. Selon une étude du cabinet de conseil PriceWaterhouseCoopers (PwC), en 2021, environ 75% des panneaux solaires photovoltaïques provenaient de l´Empire du Milieu (pwc 2022). Les fabricants européens ne représentaient que 1% du marché. La contribution allemande se classe ainsi en pour mille. La dépendance par rapport à la Chine représente donc un risque considérable pour la réalisation des objectifs ambitieux de développement du photovoltaïque (215 GW en 2030).
Si les industries européennes ne sécurisent pas leurs approvisionnements sur le long terme, elles risquent des ruptures ou des hausses de prix pouvant ralentir le développement des énergies renouvelables. Le recyclage est une autre opportunité à long terme pour améliorer la résilience des métaux et des matières premières de l´Union européenne.
Perspective
Pour atteindre les objectifs ambitieux de 2030 et au-delà en matière d´énergies renouvelables, l´État doit créer les conditions favorables pour un développement environ trois fois plus rapide qu´au cours des 20 dernières années.
De plus, l´objectif pour 2035 de presque 100% d´énergies renouvelables pour la production d´électricité implique, en une décennie, des paris technologiques lourds comme une bascule vers l´hydrogène et la mise à disposition de moyens suffisants de stockage d´énergie.
Avec l´objectif d´une puissance nette de l´éolien de 145 GW et du photovoltaïque de 215 GW en 2030, une accélération des énergies renouvelables sans précédent doit être réalisée.
Cependant, des obstacles et des pénuries pertinents sont actuellement identifiables et continueront à impacter considérablement la vitesse et donc la réussite du développement des énergies renouvelables tant qu´ils ne seront pas explicitement affrontés et résolus.
Le manque de surface est actuellement le principal obstacle au développement de l´éolien terrestre. Le gouvernement fédéral doit donc mettre en œuvre le plus rapidement possible l´objectif fixé par la loi, à savoir l´augmentation à 2% du territoire allemand, et veiller à ce que les surfaces soient effectivement constructibles. L´objectif intermédiaire de l´augmentation de la superficie du territoire à 1,4% d´ici fin 2027 intervient beaucoup trop tard pour soutenir le développement à l´horizon de 2030.
Outre des incitations financières appropriées pour la construction des nouvelles installations d´énergies renouvelables et une accélération des procédures de planification et d´autorisation, il faut trouver des solutions pour la mobilisation d´un nombre suffisant de main-d´œuvre qualifiée dans tous les domaines, la pérennisation des matières premières et le développement des capacités de production en Allemagne et dans l´Union européenne.
Les prochaines années détermineront si le gouvernement allemand parviendra à réaliser ses objectifs ambitieux en matière d´énergies renouvelables. En même temps il faudra conserver une bonne sécurité d´approvisionnement par un socle de moyens pilotables bas carbone et à terme créer des capacités de stockage gigantesques. Une tâche herculéenne, à la limite de la faisabilité…
Références
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