Énergies renouvelables : de nombreux défis

Texte mis à jour le 30.01.2023

Temps de lecture : 25 min

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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

Aspects économiques

  • Impulsion économique des énergies renouvelables
  • Emplois dans le secteur des énergies renouvelables

Perspective

Références

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 22% selon une estimation du think tank Agora Energiewende (Agora Energiewende 2023), soit une augmentation de presque 3 points par rapport à 2021 (19,2%), cf. figure 1.

Fig 1 Part EnR Conso finale
Figure 1 : part des énergies renouvelables à la consommation brute d´énergie finale (lissée sur l´année) et objectifs selon (UBA 1), estimation par Agora Energiewende pour 2022

L´Allemagne vise actuellement une part de 30% d´ici 2030. Cependant la Commission européenne ambitionne de porter l´objectif à 45% de la consommation brute d´énergie finale d´ici 2030 dans le cadre du plan REPowerEU (Allemagne Energies 2). Cela pourrait conduire à une révision à la hausse de l´objectif de l´Allemagne.

Au total, environ 468 TWh ont été produits à partir de sources d´énergies renouvelables au cours de 2021 (UBA 1). Environ 50% provenaient de la production d´électricité à partir de sources d´énergie renouvelables, 43% 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.  

Fig 2 apport energetique enr
Figure 2 : apport énergétique des énergies renouvelables en 2021

La biomasse est la principale source avec une part de 55% 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 24% en 2021. L´énergie solaire dans les installations photovoltaïques et thermiques contribue à hauteur de 13%. 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 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 ; Agora Energiewende 2023).

Fig 3 Part Enr
Figure 3 : évolution de la part des énergies renouvelables dans les secteurs de l´électricité, de la chaleur et des transports et objectifs de 2030. (Les valeurs pour le secteur des transports sont légèrement différentes selon Eurostat, tableau sdg_07_40)

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 la chaleur et de 32% dans le secteur des transports.

Chaleur et froid produits à partir d´énergies renouvelables

Le développement des énergies renouvelables dans la consommation d´énergie finale du secteur de la chaleur (et du froid) a été peu dynamique dans la dernière décennie, cf. figure 4. La consommation de chaleur renouvelable a augmenté à 199,5 TWh en 2021 (2020 : 180,3 TWh), notamment en raison des températures plus fraiches (UBA 1). Selon une première estimation leur part atteint 18% en 2022 (Agora Energiewende 2023).

Les différentes formes de biomasse dominent la consommation d´énergie renouvelable. 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 133,0 TWh de chaleur renouvelable en 2021. La biomasse liquide a contribué à hauteur de 2,7 TWh, le biogaz à hauteur de 20,4 TWh et les déchets biogènes à hauteur de 15.6 TWh.

La contribution du solaire thermique (8,4 TWh) est en 2021 inférieure à celle de l´année record 2020 (8,9 TWh) en raison d´un ensoleillement plus faible. La mise à disposition de chaleur à partir de la chaleur de l´environnement (pompes à chaleur) et de la géothermie a gagné en importance en 2021 et se situe, avec 19,5 TWh nettement au-dessus du niveau de 2020 (+ 11%).

Fig 4 Chaleur et froid
Figure 4 : consommation finale des énergies renouvelables dans le secteur du chaud et du froid

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 2021, en incluant la consommation d´électricité renouvelable dans les transports ferroviaires et routiers, la part des énergies renouvelables dans le secteur des transports s´élève à 6,8% en 2021. Selon une première estimation leur part atteint 7% en 2022 (Agora Energiewende 2023), reste donc pratiquement inchangée.

Au total, 39,5 TWh à partir des énergies renouvelables ont été consommés dans les transports en 2021, soit un recul de 10% par rapport à 2020 (UBA 1). Avec 34,5 TWh, les biocarburants représentent la part la plus importante. Le biogazole couvre 25,1 TWh de la consommation, suivi par le bioéthanol avec 8,4 TWh. La contribution du biométhane (1,0 TWh) et des huiles végétales (0,02 TWh) est faible.

La consommation d´électricité dans le secteur des transports s´élevait à environ 12,4 TWh dont environ 5,1 TWh étaient fournis par des sources renouvelables. L´électricité renouvelable ne contribue qu´à environ 1 % à la consommation totale d´énergie dans le secteur des transports et est utilisée jusqu´à présent à près de 90 % dans le transport ferroviaire.

Fig 5 Conso finale transports
Figure 5 : consommation finale des énergies renouvelables dans le secteur des transports

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 (voir figure 6).

Fig 6 Adaptations successives EEG
Figure 6 : adaptation régulière de la Loi sur les Énergies Renouvelables (EEG) ; la courbe en vert montre la part des énergies renouvelables à la consommation brute d´électricité

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. A partir de mi-2022 elle est entièrement financée par l´État (voir aussi § « aspects économiques »). La loi visant à réduire les coûts liés au prélèvement au titre de la loi sur les énergies renouvelables et à répercuter cette baisse sur les consommateurs finaux est entrée en vigueur le 1er juillet 2022 (BMWi 2022b) après avoir reçu le feu vert du Parlement en avril 2022 (Bundesregierung 2022) et du Conseil fédéral en mai 2022.  

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). 

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. 

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 pour des éoliennes terrestres prend entre 5 et 10 ans, selon la complexité des procédures administratives. C´est pour cela qu´il est prévu d´augmenter d´ici fin 2032 à 2% du territoire allemand la surface réservée par la loi 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 réserver 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 réserver 0,25% d´ici fin 2027 et 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 plus de 9% par rapport à 2021. Leur part dans la production brute totale d´électricité passe à 44,4%, soit à 256 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 2022 ; Allemagne Energies 2023a).

La part des énergies intermittentes, éolien et photovoltaïque, à la production totale des énergies renouvelables atteint, lissée sur l´année, environ 74%, cf. figure 7 (AGEB 2022). Cela correspond à 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 solide, liquide et gazeuse est en légère baisse par rapport à 2021. Malgré cela les sources d´énergies biogènes, en ajoutant la production des centrales à partir de déchets 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 toutefois tributaire des précipitations. Elle baisse d´environ 13% (17 TWh) par rapport à 2021 (20 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 renouvelables.

Fig 7 Bruttoerzeugung _EE 2022
Figure 7 : production brute des énergies renouvelables lissée sur l´année

La puissance nette installée des énergies renouvelables a augmenté de 9,6 GW, soit de 7% par rapport à 2021, pour passer à 148 GW. Depuis 2000 cela correspond à l´ajout annuel moyen de 6 GW, cf. figure 8 (BMWi 1 ; UBA 1 ; Allemagne Energies 2023a).

Fig 8 Kapazitaet_EE 2022
Figure 8 : puissance nette installée des énergies renouvelables

Comme ces dernières années, la capacité photovoltaïque a progressé plus vite que celle de l´éolien terrestre : sur les 9,6 GW installés en 2022, environ 75 % (~7,2 GW) sont dus au photovoltaïque. Les 2,4 GW restants se répartissent entre éolien terrestre (2,1 GW) et éolien en mer (0,34 GW).

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 à 750 TWh à l´horizon de 2030. L´objectif de « 80% renouvelables » dans la consommation brute d´électricité implique, en moins de 8 ans, une augmentation de leur production de presque 60% pour atteindre les 600 TWh en 2030 contre 256 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.

Tableau 1 parc de production nette
Tableau 1 : accroissement des parcs de production nette d´éolien terrestre et maritime ainsi que du photovoltaïque selon la loi EEG 2023

Les 360 GW en 2030 pour l´éolien et le photovoltaïque nécessitent au moins un triplement de la puissance installée en 2021 (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 mesures dans les prochaines années (Deutscher Bundestag 2020).

En matière de biomasse une puissance installée de 8,5 GW est visée en 2030. 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. Outre la question de la disponibilité de la biomasse, il n´est pas certain que son utilisation dans le secteur électrique se poursuive au même rythme à l´avenir.

Trajectoire de développement du photovoltaïque à l´horizon de 2030

Fin 2022, le parc photovoltaïque s´élève à environ 56,6 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 158 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 9. 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 n´a même pas atteint 4 GW en moyenne.

Fig 9 PV Zubau 2030
Figure 9 : évolution de la puissance nette installée du photovoltaïque depuis 2015 et ajout net annuel réalisé et prévu à partir de 2023

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 présente un bilan mitigé avec un ajout moyen de 2,9 GW/an entre 2010 et 2021 (EWI 2022). 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 10), il faudrait ajouter 5,5 GW/an 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.  

Fig 10 Wind Land szenario 2030 Stand 2023
Figure 10 : développement de la puissance nette installée de l´éolien terrestre depuis 2015 et ajout net annuel moyen réalisé et prévu à partir de 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).

Trajectoire de développement de l´éolien en mer à l´horizon de 2030 

Les objectifs de développement de l´énergie éolienne en mer ont été considérablement augmentés. Le gouvernement vise au moins 30 GW d´ici 2030, au moins 40 GW d´ici 2035 et au moins 70 GW d´ici 2045.

Le parc installé d´éolien en mer s´élève à 8,1 GW fin 2022, cf. figure 11. 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).

Fig 11 Wind SEE Szenario 2030 Stand 2023
Figure 11 : développement de la puissance nette installée de l´éolien en mer depuis 2015 et ajout net annuel moyen réalisé et prévu à partir de 2022

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.

La figure 12, 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.

Fig 13 production solar_wind November 2022
Figure 13 : production énergies renouvelables intermittentes dans la deuxième quinzaine de novembre 2022 (pas horaire)

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 : l´arrivée à maturité de solutions technologiques permettant de maintenir la stabilité du système électrique sans les grandes masses tournantes, les rotors des alternateurs des centrales conventionnelles, le déploiement à grande échelle des flexibilités (par exemple de nouvelles unités de pointe pilotables bas-carbone et hautement flexibles), des installations importants de stockage d´énergie pour disposer de réserves opérationnelles d´équilibrage, et une mise à niveau 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

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 qui génère de nombreux emplois (BMWi 2022d).

Impulsion économique des énergies renouvelables

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 des installations d´énergies renouvelables s´élève à environ 320 Mds€ sur la période 2000 – 2021 (voir figure 13) soit en moyenne environ 16 Mds€ par an.

Fig 13 Invest ENR 2000_2021
Figure 13 : investissements pour la construction des installations d´énergies renouvelables

Le pic d´investissement a été atteint en 2010 avec près de 28 Mds€. Les investissements ont ensuite chuté en dessous de 14 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 14,2 Mds€ en 2021.

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. Entre 2013 et 2018, la part des investissements dans l´électricité verte est restée relativement stable, oscillant entre 77% et 81%. En 2021 leur part a baissé à 60%, dont 58 % ont été attribués aux énergies renouvelables intermittentes (éolien et photovoltaïque).

Outre les investissements, l´exploitation des installations a également acquis une importance économique considérable (BMWi 2022d). 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 14.

Fig 14 Wirtschaftsfaktor EnR
Figure 14 : importance économique de l´exploitation des installations d´énergies renouvelables

Depuis 2000, ils sont passés d´un peu moins de 2 Mds€ à plus de 20 Mds€ en 2021. Les dernières années, les impulsions économiques générées par l´exploitation des installations dépassent significativement les investissements pour la construction (figure 13).

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.

Tableau 2 Plafonds remuneration eolien_solaire
Tableau 2 : Evolution des plafonds de rémunération de l´éolien terrestre et du photovoltaïque au sol

A partir de 2023, les plafonds de rémunération sont pour la première fois en hausse suite à l´envolée des prix pour les matières premières de la construction de l´éolien et du photovoltaïque (Allemagne Energies 2023a).  

Le soutien au développement des installations d´électricité verte est, à partir du 1er juillet 2022, entièrement financé par l´État grâce aux recettes de la taxe carbone sur les émissions des produits combustibles non couverts par le système européen d´échange de quotas d´émissions (Allemagne Energies 2022a ; BMWi 2022b). Selon une estimation, l´État devrait financer de l´ordre de 46 Md€ pour la période 2023-2026 et entre 72 et 81 Md€ pour la période de 2026 à 2030. Ces montants peuvent toutefois varier selon l´évolution réelle du prix de gros de l´électricité.

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 15.

Fig 16 Nombre employees
Figure 15 : nombre d´emplois dans le secteur des énergies renouvelables

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.

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.

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.

Avec l´objectif d´une puissance nette du photovoltaïque installé de 215 GW en 2030, une augmentation de l´ajout annuel sans précédent doit être réalisée. Le problème, c’est que depuis le déclin de l’industrie solaire allemande, ces modules sont en grande partie fabriqués en Chine. Selon une étude du cabinet de conseil PriceWaterhouseCoopers (PwC), en 2021, environ 75% de 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 un risque considérable pour la réalisation des objectifs ambitieux de développement du photovoltaïque.

Un autre défi est le manque de main-d´œuvre qualifiée en Allemagne. Le besoin d´ingénieurs et d´informaticiens augmentera considérablement dans les années à venir, notamment en raison de l´accélération de la transition énergétique. 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).

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 des capacités de stockage gigantesques. Une tâche herculéenne, à la limite de la faisabilité…

Références

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