Répartition des éoliennes en Mer du Nord et Mer Baltique

Bilan 2021 de l´éolien en Allemagne

03/02/202210/02/2023 Hartmut Lauer

L’édition 2022 est disponible ici

Temps de lecture : 14 min

enformer_Arkona-wind-farm_1340x590 — Parc Arkona en Mer Baltique (puissance électrique 385 MW), mis en service 2019/source : RWE Renewables

Le bureau d´études Deutsche WindGuard a publié le bilan 2021 de l´éolien terrestre et en mer sur le territoire allemand /1/. Le texte ci-dessous résume les résultats les plus importants.

Fin 2021, la capacité raccordée au réseau atteint presque 64 GW, soit 56,1 GW sur terre (28230 éoliennes) et 7,8 GW en mer (1501 éoliennes). Selon les chiffres de Deutsche WindGuard, la production baisse de 13% par rapport à 2020 à environ 122 dont 96 TWh pour l´éolien terrestre et 26 TWh pour l´éolien en mer. Cela correspond, lissé sur l´année, à environ un cinquième de la production d´électricité totale /2/.

La nouvelle coalition au pouvoir outre-Rhin a l´intention de rehausser les objectifs en matière de l´énergie éolienne. D´ici 2030, il est prévu d´augmenter leur capacité à 30 GW en mer et à 100 – 130 GW sur terre en visant 2% de la surface totale de l´Allemagne requis pour cette technologie. Pour mémoire : le gouvernement sortant avait fixé les objectifs de 20 GW en mer et 71 GW sur terre à l´horizon de 2030 /3/.

Parc éolien terrestre

Au 31 décembre 2021, 28 230 éoliennes terrestres étaient installées en Allemagne. La capacité totale s´élève à 56,1 GW (cf. tableau 1).

Tab 1 Zubau 2021 Wind Land — Tableau 1 : chiffres du parc éolien terrestre allemand au 31 décembre 2021 selon /1/

Au cours de l´année 1925 MW ont été raccordés au réseau, soit 484 éoliennes y compris le repowering (remplacement d´anciennes machines par des turbines plus puissantes et plus productives) de 64 éoliennes (244 MW). En tenant compte du démantèlement de 230 éoliennes (233 MW), l´ augmentation nette s´élève à 254 éoliennes (1692 MW). Cela signifie une légère amélioration par rapport au déploiement en 2020 (environ 1200 MW), cf. figure 1.

Fig 1 Zubau 2021 Wind Land — Figure 1 : évolution de la puissance raccordée des éoliennes terrestres sur le territoire allemand selon /1/

Déconstruction et Repowering

Parmi les 230 éoliennes mises hors service en 2021, 155 éoliennes étaient en fonctionnement depuis plus de 20 ans.

Toutes les éoliennes mises en service en 2000 ou avant ont cessé de bénéficier à partir de 2021 du mécanisme de soutien prévu pendant 20 ans selon la Loi sur les Énergies Renouvelables (EEG), soit environ 4730 éoliennes (~ 3600 MW) selon /3/. Fin 2021, 4339 éoliennes (3.286 MW) concernées étaient encore en service /1/. En raison de la flambée du prix de l´électricité sur le marché de gros en 2021, la sortie du mécanisme de soutien n´a pas encore provoqué une grande vague de déconstruction. Un grand nombre de ces anciennes installations a pu continuer à être exploité de façon rentable jusqu´à présent, hormis celles mises hors service en raison de défauts techniques, de l´expiration du permis d´exploitation ou dans le cadre d´un remplacement (repowering)

A partir de 2022, le mécanisme de soutien prend fin pour 1826 éoliennes (2341 MW) supplémentaires, mises en service en 2001 /1/. Les exploitants sont donc confrontés à la question de la rentabilité de l´exploitation d´un point de vue économique et technique. La situation en matière d´autorisation joue également un rôle, car les autorisations étaient initialement conçues pour une période d´exploitation de 20 ans.

Notamment le remplacement (repowering) des éoliennes les plus anciennes rencontre de nombreux obstacles administratifs. En 2021, seulement 64 éoliennes (244 MW) ont été remplacées dans le cadre du repowering, soit 13% de la capacité totale installée en 2021. La nouvelle coalition au pouvoir a l´intention de simplifier les procédures pour le remplacement (repowering) des anciens parcs éoliens.

Fig 2 Repowering 2021 — Figure 2 : évolution de la puissance raccordée par an (en absolu et en pourcentage de la puissance brute totale installée par an) dans le cadre du repowering ainsi que de la puissance déclassée par an

Caractéristiques d´une éolienne terrestre en 2021

La technologie des éoliennes ne cesse d´évoluer, cf. tableau 2. En moyenne, une éolienne installée en 2021 a une puissance nominale de 3 978 kW, soit 17 % de plus qu´en 2020. La taille des installations (diamètre du rotor, hauteur du moyeu et hauteur totale) a également augmenté.

T2 Characteristique 2021 Wind Land — Tableau 2 : caractéristiques moyennes d´une éolienne terrestre nouvellement installée en 2021 selon /1/

Répartition régionale des éoliennes terrestres

Le développement des éoliennes terrestres est assez hétérogène en fonction des régions. La répartition régionale montre toujours une nette disparité nord-sud en 2021 (cf. figure 3). Les régions du nord et du centre (Basse-Saxe, Brandebourg, Schleswig-Holstein, Rhénanie-du-Nord-Westphalie, Saxe-Anhalt et Mecklembourg-Poméranie-Occidentale) représentent environ 73 % de la capacité totale raccordée en Allemagne. La Basse-Saxe abrite avec 21% la plus grande capacité installée. Le gisement (puissance installée par km² de la superficie du Land) le plus élevé se trouve en Schleswig-Holstein.

La Saxe, le Bade-Wurtemberg, la Bavière et Berlin contribuent le moins (gisement inférieur à 100 kW/km²). Ces régions disposant de 35% de la surface du territoire allemand ne contribuent qu´avec 10% à la capacité totale d´éoliennes installées.

Fig 3 Regionale Verteilung — Figure 3 : répartition régionale des capacités et gisement par km² des éoliennes terrestres en 2021 selon /1/

Production en 2021

Selon les chiffres de Deutsche WindGuard /1/, les éoliennes terrestres ont produit environ 96 TWh en 2021 (cf. figure 4). Cela correspond à une baisse de 14 % par rapport à 2020 du fait de conditions météorologiques défavorables. En particulier le premier trimestre 2021 a connu une période assez peu venteuse /2/.

Leur contribution à la production brute d´électricité du pays s´élève à un peu plus de 16%. Le facteur de charge est estimé à environ 20 %, soit environ 1745 heures équivalent pleine puissance (hepp) sous l´hypothèse d´une puissance moyenne de 55 GW au réseau. Il s´agit du plus mauvais résultat depuis 2016, cf. /4/.

Fig 4 Production Onshore 2020_2021 — Figure 4 : production mensuelle et cumulée des éoliennes terrestres en 2020 et 2021

Résultats des appels d´offres 2021 et taux de réalisation des volumes adjudiqués

Trois appels d´offres ont été réalisés en 2021 /1/. Le volume total appelé a été de 4235 MW et le volume finalement retenu de 3296 MW. Seul l´appel d´offres de septembre 2021 a été intégralement souscrit. La limite maximale de la rémunération de référence pour des appels d´offres était de 6,0 ct/kWh. Le montant d´adjudication moyen pondéré en fonction du volume de 5,88 ct/kWh, n´est que légèrement inférieur.

Après l´appel d´offres l´adjudicataire dispose de 24 mois pour la mise en service, entre 25 et 30 mois avec pénalité : au-delà l´adjudication est annulée. Une prolongation du délai peut être demandée dans des cas exceptionnels, par exemple en cas de recours au tribunal contre l´autorisation.

L´association « Fachagentur Wind an Land » publie régulièrement un rapport sur la situation de réalisation des projets /7/. Le tableau 3 montre le taux de réalisation des volumes adjudiqués depuis 2017. Pour les éoliennes terrestres réalisées jusqu´en 2021, le délai entre l´adjudication et la mise en service s´élève à environ 2 ans en moyenne. Environ 20% de projets adjudiqués font l´objet d´une plainte ce qui retarde considérablement la réalisation ou conduit à l´abandon /8/.

La situation d´appels d´offres en 2017 est particulière. Plus de 90% du volume appelé ont été accordés à des sociétés détenues par des citoyens (Bürgerenergiegesellschaft), à l´époque dispensées d´autorisation préalable selon la loi fédérale allemande de protection contre les nuisances environnementales /9/. Ce fait a finalement conduit à un retard considérable du déploiement ainsi qu´à l´abandon des projets adjudiqués.

T 3 Taux de realisation — Tableau 3 : taux de réalisation des volumes adjudiqués depuis 2017

Le nouveau gouvernement veut accélérer les procédures d´approbation des éoliennes terrestres, actuellement beaucoup trop longues /5/. Il est temporairement prévu de classer leur développement comme « intérêt public majeur », afin d´être réévalué par rapport à d´autres enjeux, même celui de la protection de la forêt ou des espèces.

Prévisions de développement et objectif politique à l´horizon de 2030

Le gouvernement sortant avait fixé une capacité de 71 GW à l´horizon de 2030 dans la loi sur les énergies renouvelables, entrée en vigueur début 2021. Aucune valeur cible n´est fixée dans le contrat de coalition du nouveau gouvernement. En revanche, il est prévu de requérir 2% de la surface totale de l´Allemagne pour cette énergie /5/.

Selon un rapport de l´Agence Fédérale de l´Environnement (Umweltbundesamt – UBA) une surface de 0,9 % (~ 3100 km²) a été requise fin 2017, dont 58% (~ 1800 km²) ont été occupés par les 28700 éoliennes (~ 50 GW) installées à l´époque (/10/, /11/), soit ~ 15 éoliennes par km². Sur cette base, il est possible d´estimer un corridor entre 100 et 130 GW qui pourrait potentiellement être installé sur une surface de 2% requise d´ici 2030 suivant le contrat de coalition.

Aucune indication n´est faite sur les distances d´éloignement entre un mat éolien et une habitation. Ce paramètre essentiel pourrait limiter le déploiement d´éoliennes ou conduire à l´augmentation de la surface réellement nécessaire pour le doublement de la capacité actuelle à l´horizon de 2030.

A titre d´exemple, la distance de 10H (distance d´une habitation au moins égale à 10 fois la hauteur totale d´une éolienne) imposée en Bavière réduit considérablement le nombre d´éoliennes par km². Même sous l´hypothèse de moins de 28000 éoliennes installées à l´horizon de 2030 en raison de l´augmentation de la puissance unitaire (cf. tableau 2), l´emprise au sol ne diminuera pas beaucoup. Cela est dû au fait que l´espace nécessaire pour échapper aux turbulences entre les machines augmentera avec la puissance.

Pour atteindre l´objectif de 2030 il faudrait un ajout annuel moyen de 8 GW entre 2022 et 2030. En revanche, sur la base du rythme de réalisation actuel et du nombre d´installations déjà adjudiquées mais pas encore réalisées, l´ajout de capacité supplémentaire en 2022 ne devrait pas dépasser les 3 GW au mieux /1/. Les mesures annoncées par le nouveau gouvernement facilitant le développement des éoliennes terrestres ne produiront leurs effets qu´avec un certain retard. De ce fait un ajout proche de 10 GW/an sera vraisemblablement nécessaire à partir du milieu des années vingt, cf. figure 5.

Fig 5 Wind_an_Land_Ziele_2030 — Figure 5 : capacité installée et ajout annuel (prévisions à partir de 2022 selon l´objectif politique à l´horizon de 2030)

En outre, une capacité de presque 25 GW d´éolien terrestre sortira du mécanisme de soutien jusqu´à fin 2030, selon une information du gouvernement au parlement allemand /12/. Il est certes difficile de prévoir combien de temps la poursuite de l´exploitation de ces éoliennes sera rentable d´un point de vue économique et technique. En tenant compte du démantèlement des anciennes éoliennes au cours des prochaines années, l´atteinte de l´objectif de 2030 nécessite un effort supplémentaire au niveau du rythme de réalisation des nouveaux projets.

Parc éolien en mer

Au 31 décembre 2021, une capacité de 7 794 MW était en exploitation, soit 1501 éoliennes. Aucune nouvelle éolienne n´a été raccordée au réseau en 2021. Une capacité de 24 MW a été rajoutée par suite de la mise à niveau de 132 éoliennes existantes (cf. tableau 4).

Tableau 4 Offshore_2021 — Tableau 4 : Chiffres du parc éolien en mer au 31 décembre 2021 selon /1/

Par voie d´appels d´offres, 4,1 GW ont été déjà adjudiqués pour une réalisation entre 2022 et 2026, de sorte que la capacité pourra être portée à près de 12 GW d´ici fin 2026 (cf. figure 6).

Fig 6 Zubau 2030 offshore — Figure 6 : évolution de la puissance des éoliennes en mer raccordées sur le territoire allemand et prévisions pour 2026 selon /1/

Caractéristiques des éoliennes en mer installées

Les éoliennes en mer installées en Allemagne jusqu´à fin 2021 ont une puissance unitaire de près de 5,2 MW en moyenne. Dans la prochaine phase de développement (jusqu´en 2025), une augmentation de la puissance unitaire jusqu´à 15 MW est prévue.

En moyenne, les éoliennes installées d´ici fin 2021 ont une profondeur d´eau de 30 m et une distance de la côte de 74 km. Les installations prévues jusqu’en 2025 ne diffèrent guère de celles existantes, cf. tableau 5. Les parcs éoliens les plus éloignés de la côte se trouvent à plus de 120 km et des profondeurs d´eau allant jusqu´à 44 mètres.

Les fondations dites à « monopieu » restent la technologie la plus utilisée en Allemagne. Les éoliennes qui seront mises en service jusqu`en 2025 utiliseront aussi ce type de fondation.

Les caractéristiques des éoliennes en mer sont résumées dans le tableau 5.

Tab 5 Characteristiques offshore — Tableau 5 : caractéristiques des éoliennes en mer en Allemagne selon /1/

Répartition des éoliennes en Mer du Nord et Mer Baltique sur le territoire allemand

Les éoliennes en mer sont réparties sur la Mer du Nord et la Mer Baltique. Fin 2021, la Mer du Nord dispose de 6698 MW (1269 éoliennes) et la Mer Baltique de 1096 MW (232 éoliennes).

Dans le cadre des appels d´offres réalisés, un volume de 3042 MW a été retenu en Mer du Nord et de 1033 MW en Mer Baltique. La mise en service de ces projets est prévue entre 2022 et 2026.

Fig 7 Offshore repartition mer — Figure 7 : Répartition des éoliennes sur la Mer du Nord et la Mer Baltique selon /1/

Production en 2021

Selon les chiffres de Deutsche WindGuard /1/, la production s´élève à 26,1 TWh en 2021. Cela correspond à une baisse de 10% par rapport à 2020 en raison de conditions météorologiques moins favorables et notamment l´absence de tempêtes hivernales (cf. figure 8).

Sous l´hypothèse d´une puissance moyenne de 7,79 GW au réseau, le facteur de charge est estimé à 38% soit environ 3350 heures équivalent pleine puissance (hepp).

Fig 8 production Offshore_2021 — Figure 8 : production mensuelle et cumulée des éoliennes en mer en 2020 et 2021 selon /1/

Résultat de l´appel d´offres 2021

L´Agence Fédérale des Réseaux a publié le 9 septembre 2021 le résultat de l´appel d´offres 2021 /13/. Un volume de 958 MW a été appelé, réparti sur trois zones. Un volume de 658 MW a été attribué en Mer du Nord sur 2 zones et un volume de 300 MW en Mer Baltique sur une zone. Les énergéticiens retenus se passeront totalement du soutien. Deux zones ont même fait l´objet de plusieurs offres à 0 ct/kWh, c´est pour cela qu´un tirage au sort, prévu par la Loi dans ce cas, a été appliqué.

L´adjudication s´accompagne du droit à un raccordement au réseau – financé par le consommateur d´électricité via le tarif d´utilisation des réseaux – et à la possibilité d´exploiter le parc pendant au moins 25 ans.

Prévisions de développement et objectif politique à l´horizon de 2030, 2035 et 2045

Selon la nouvelle coalition au pouvoir /5/, /6/, il est prévu de rehausser d´ici 2030 la capacité à 30 GW contre 20 GW auparavant. Une capacité de 40 GW est visée d´ici 2035 et au moins 70 GW d´ici 2045.

En plus des 7,8 GW en service, un volume total de 4,1 GW a été adjudiqué par voie d´appels d´offres pour une réalisation entre 2022 et 2026 (pour 2,2 GW en stade de planification avancée, la décision finale d´investissement a été prise). La réalisation de 18,1 GW supplémentaires sera nécessaire pour atteindre l´objectif de 2030. Les appels d´offres actuellement prévus comportent un volume appelé de 8,7 GW. Le volume appelé doit donc être rehaussé de 9,4 GW, cf. figure 9.

Fig 9 objectifs Offshore_2030_2035_2045 — Figure 9 : éoliennes en mer en service, volumes attribués/appelés et prévisions à l´horizon de 2030, 2035 et 2045 selon /1/

L´objectif de 70 GW d´ici 2045 requiert le développement de nouvelles zones d´exploitation en mer. Cependant la superficie à disposition en Mer du Nord et en Mer Baltique pour la mise en place des éoliennes est limitée, en tenant compte des réserves naturelles et des routes maritimes. Selon les études actuelles, une capacité éolienne en mer supérieure à 40 GW serait possible mais une densité de puissance éolienne trop élevée pourrait baisser sensiblement le facteur de charge à cause de l´effet de sillage (turbulences entre les machines) /14/. La capacité installée n´est donc pas le seul facteur déterminant, mais aussi la productivité obtenue.

Références

/1/ Deutsche WindGuard (2022) Windenergie-Statistik: Jahr 2021, en ligne : https://www.windguard.de/jahr-2021.html

/2/ Allemagne-Energies (2022) Allemagne : les chiffres clés de l´énergie en 2021, en ligne : https://allemagne-energies.com/2022/01/16/allemagne-les-chiffres-cles-de-lenergie-en-2021/

/3/ FA Wind (2021) Weiterbetrieb von Windenergieanlagen – Was gilt es zu beachten ? En ligne : https://www.fachagentur-windenergie.de/fileadmin/files/Veroeffentlichungen/Planung/FA_Wind_Kurzinformation_Weiterbetrieb_01-2021.pdf

/4/ Deutsche Windguard (2020) Volllaststunden von Windenergieanlagen an Land, en ligne : https://www.windguard.de/veroeffentlichungen.html?file=files/cto_layout/img/unternehmen/veroeffentlichungen/2020/Volllaststunden%20von%20Windenergieanlagen%20an%20Land%202020.pdf

/5/ Allemagne-Energies (2021) Le nouveau gouvernement allemand veut accélérer la transition énergétique, en ligne : https://allemagne-energies.com/2021/12/08/le-nouveau-gouvernement-allemand-veut-accelerer-la-transition-energetique/

/6/ BMWK (2022) Habeck legt Eröffnungsbilanz Klimaschutz vor „Müssen Geschwindigkeit der Emissionsminderung verdreifachen.“ Communiqué de presse du 11 janvier 2022, en ligne : https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Pressemitteilungen/2022/01/20220111-habeck-legt-eroffnungsbilanz-klimaschutz-vor.html

/7/ FA Wind (2021) Ausbausituation der Windenergie an Land im Herbst 2021, en ligne : https://www.fachagentur-windenergie.de/fileadmin/files/Veroeffentlichungen/Analysen/FA_Wind_Zubauanalyse_Wind-an-Land_Herbst_2021.pdf

/8/ FA Wind (2019) Hemmnisse beim Ausbau der Windenergie in Deutschland, en ligne : https://www.fachagentur-windenergie.de/fileadmin/files/Veroeffentlichungen/Analysen/FA_Wind_Branchenumfrage_beklagte_WEA_Hemmnisse_DVOR_und_Militaer_07-2019.pdf

/9/ Allemagne-Energie (2018) Retour d´expérience des appels d´offres de l´éolien terrestre en 2017 (Mise à jour du 8 juin 2018), en ligne : https://allemagne-energies.com/2018/02/22/retour-dexperience-des-appels-doffres-de-leolien-terrestre-en-2017/

/10/ Umweltbundesamt (2019) Flächenanalyse Windenergie an Land, en ligne : https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/analyse-der-kurz-mittelfristigen-verfuegbarkeit-von

/11/ Deutsche WindGuard (2018) Status des Windenergieausbaus an Land in Deutschland 2017, en ligne : https://www.windguard.de/windenergie-statistik-jahr-2017.html

/12/ Deutscher Bundestag (2020) Rückbau und Entsorgung von Windrädern. Antwort der Bundesregierung auf die Kleine Anfrage der Fraktion der AfD. Bundestags-Drucksache 19/17209 vom 14.02.2020. Deutscher Bundestag. En ligne : http://dip21.bundestag.de/dip21/btd/19/172/1917209.pdf.

/13/ Bundesnetzagentur (2021) Ergebnisse der Ausschreibungen für Offshore-Windenergie, Communiqué de presse du 9 septembre 2021, en ligne : https://www.bundesnetzagentur.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/DE/2021/20210909_Offshore.html

/14/ Allemagne-Energies (2020) Le développement de l´éolien maritime dans la partie allemande de la Mer du Nord tributaire de l’effet de sillage, en ligne : https://allemagne-energies.com/2020/04/17/le-developpement-de-leolien-maritime-dans-la-partie-allemande-de-la-mer-du-nord-tributaire-de-leffet-de-sillage/

Le développement de l´éolien maritime dans la partie allemande de la Mer du Nord tributaire de l´effet de sillage

17/04/202027/01/2022 Hartmut Lauer

Temps de lecture : 7 min

Le développement des parcs éoliens maritimes constitue l’une des priorités en Allemagne pour promouvoir les énergies renouvelables. Fin 2019, la puissance installée s´élève à environ 7,5 GW (Mer du Nord et Mer Baltique) selon /1/. L’objectif de développement des éoliennes maritimes a été porté de 15 à 20 GW en 2030 avec l´adoption du programme de protection du climat 2030 (Klimaschutzprogramm 2030) en octobre 2019.

Les différents scénarios prévoient une puissance nominale de 45 à 70 GW dans la partie allemande (Baie Allemande) de la Mer du Nord d’ici 2050. Avec une production d’électricité de 180 à 280 TWh, cela devrait permettre de couvrir entre un tiers et la moitié de la consommation actuelle d’électricité.

Une étude publiée par le think tank Agora Energiewende en mars 2020 /2/ conclut que les parcs éoliens allemands devraient être construits non seulement dans la Baie Allemande mais aussi dans des zones plus éloignées, autrement le facteur de charge pourrait baisser de 15 % à 20 % à cause de l’effet de sillage.

Fig 1 Wake effect_1 — Figure 1 : Effets de sillages sur un parc éolien en Mer du Nord /3/

A l’arrière d’une éolienne, un sillage se développe (voir figure 1) et la vitesse moyenne du vent est diminuée entrainant notamment une baisse de production des éoliennes environnantes.

L’effet de sillage est plus important pour les éoliennes maritimes que sur terre suite à la densité de puissance nominale prospectée beaucoup plus élevée (la densité de puissance prospectée est de l’ordre de 10 MW par km² en mer contre moins de 0,5 MW par km2 en moyenne en 2018 sur terre) et des turbulences atmosphériques plus fortes sur terre entraînent une meilleure récupération de l’énergie qu´en mer /2/.

Le développement des parcs éoliens terrestres et maritimes constitue l’une des priorités

Les objectifs de l´Allemagne de réduction de gaz à effet de serre nécessitent un développement massif des énergies renouvelables dont le développement des parcs éoliens terrestres et maritimes constitue l’une des priorités.

Selon les différentes hypothèses /2/, notamment en tenant compte des besoins futurs en hydrogène, la production annuelle totale d’électricité à partir de l’énergie éolienne en 2050 pourrait se situer entre 470 et 750 TWh. Cela signifie une multiplication d´un facteur 4 à 6 par rapport à la production en 2019. Sur cette quantité, 220 à 520 TWh pourraient être produits par l’éolien terrestre, et 180 à 280 TWh par l’éolien maritime (voir figure 2). Fig 2 Potential

Figure 2 : Besoins futurs de la production annuelle d’électricité à partir de l’énergie éolienne

Analyse de l´effet de sillage sur le développement de l’éolien maritime dans la Baie Allemande de la Mer du Nord

Dans une récente étude « Making the Most of Offshore Wind – Re-Evaluating the Potential of Offshore Wind in the German North Sea » /2/, commandée par le think tank Agora Energiewende et réalisée par l’Université technique du Danemark et l’Institut Max Planck de biogéochimie, une analyse de l’effet de sillage sur le développement de l´éolien maritime dans la Baie Allemande (Deutsche Bucht), a été effectuée sur la base de modèles de simulation.

La figure 3 montre la Baie Allemande (zone bleue) avec des parcs d´éoliennes maritimes dans la zone 1 (2767 km²) proche du rivage (vert) et des parcs prospectés dans la zone 2 (4473 km²) plus lointaine (rose). La surface et le périmètre sont indiqués pour chaque parc.

Fig 3 Deutsche Bucht_1 — Figure 3 : Baie Allemande en Mer du Nord – surface et périmètre de chaque parc d´éoliennes construit ou envisagé /2/

Les études menées par différentes organisations /2/ prévoient une puissance nominale d´éoliennes maritimes de 45 à 70 GW dans la Baie Allemande à l´horizon de 2050.

L´effet de sillage a été évalué pour différents scénarios de puissances nominales dans la Baie Allemande. Sous l´hypothèse de caractéristiques d’une éolienne de 12 MW et différentes densités de puissance nominale installée, allant de 5 MW/km²à 20 MW/km², on obtient une fourchette de puissance totale possible entre 14 GW et 145 GW, ce qui correspond à un total d’environ 1 200 à 12 000 éoliennes de 12 MW chacune.

L´effet de sillage a été obtenu à partir de deux modèles de simulation : l´une « KEBA » (Kinetic Energy Budget of the Atmosphere) est simple et rapide, et l´autre « WRF » (Weather Research and Forecast model) est très complexe et nécessite une grande puissance de calcul pour effectuer les simulations. Néanmoins, les deux modèles montrent un niveau de concordance remarquable dans le degré global de réduction des rendements suite au sillage.

La figure 4 montre à titre d´exemple les résultats pour la zone 1 (2767 km2) et la zone 1 + 2 (7240 km²) obtenus par le modèle de simulation « KEBA ».

Fig 4 Ausbeute — Figure 4 Résultats de simulation de l´effet de sillage obtenus par le modèle « KEBA » (Kinetic Energy Budget of the Atmosphere)

Actuellement 6,5 GW sont installés dans la Baie Allemande de la Mer du Nord et environ 1 GW en Mer Baltique /1/. Le nombre d´heures équivalent pleine puissance des éoliennes maritimes se situait autour de 3600 h en 2019.

Pour une densité de puissance prospectée de l’ordre de 10 MW par km² ce qui correspond à 28 GW d´éoliennes installées sur la zone 1 (~ 2 800 km²), le rendement tomberait à environ 3 450 heures équivalentes pleine puissance soit une production annuelle d’électricité à près de 100 TWh de. La puissance prospectée de 72 GW sur les zones 1 et 2 (~7 200 km²), correspondant également à une densité de 10 MW par km², réduirait le nombre d´heures équivalentes pleine puissance à environ 3 000 heures par an, soit une production annuelle d’électricité à près de 220 TWh.

La capacité supplémentaire de 44 GW n´ajouterait que 120 TWh aux 100 TWh produits par les 28 GW. On est donc loin des quelque 260 TWh par an que l´on pourrait espérer d´une puissance nominale de 72 GW et en admettant le nombre d´heures équivalent pleine puissance actuellement observé dans la Baie Allemande.

Conclusion

En tenant compte des besoins de la production d’électricité à partir des éoliennes maritimes allant de 180 à 280 TWh à l´horizon de 2050, l´étude conclut que l’effet de sillage pourrait avoir un impact significatif sur le nombre d’heures équivalent pleine puissance et doit donc être pris en compte pour la planification future.

Les auteurs de l´étude proposent d´étendre l’installation des parcs supplémentaires d´éoliennes maritimes sur une plus grande surface en coopération avec les pays voisins de l’Allemagne. Ils préconisent en outre d’étudier plus en détail des effets locaux de sillage qui pourraient être non-négligeables sur les facteurs de charge des parcs d’éoliennes terrestres et maritimes.

Références

/ 1 / Deutsche Windguard (2020) Status des Offshore Windenergieausbaus in Deutschland, Jahr 2019, en ligne : https://www.windguard.de/jahr-2019.html

/2/ Agora Energiewende, Agora Verkehrswende, Technical University of Denmark and Max-Planck-Institute for Biogeochemistry (2020): Making the Most of Offshore Wind: Re-Evaluating the Potential of Offshore Wind in the German North Sea, en ligne : https://www.agora-energiewende.de/fileadmin2/Projekte/2019/Offshore_Potentials/176_A-EW_A-VW_Offshore-Potentials_Publication_WEB.pdf

/3/ BSH (2018) Anhörungstermin zum Vorentwurf des Flächenentwicklungsplans, den Entwürfen der Untersuchungsrahmen und der Stellungnahme der Übertragungsnetzbetreiber, Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie, en ligne : https://www.bsh.de/DE/THEMEN/Offshore/Meeresfachplanung/Flaechenentwicklungsplan/_Anlagen/Downloads/Erste_KR/Flaechenentwicklungsplan_2019_Praesentation_Anhoerungstermin.pdf?__blob=publicationFile&v=5

Bilan 2019 de l´éolien en Allemagne

11/02/202008/02/2021 Hartmut Lauer

Le bilan 2020 de l´éolien en Allemagne est disponible ici

Temps de lecture : 7 min

20190218-enbw-innovation-3 — Navire d’installation « Innovation », Source : Photo Rolf Otzipka, Siemens Gamesa et EnBW

Le bureau d´étude Deutsche WindGuard a publié récemment le bilan 2019 de l’éolien terrestre /1/ et de l’éolien en mer /2/ sur le territoire allemand. Le texte ci-dessous résume les points les plus importants.

Fin 2019, le parc éolien atteint en Allemagne une puissance de 61,4 GW raccordée au réseau, soit 53,9 GW d´éolien terrestre (29 456 éoliennes) et 7,5 GW d´éolien en mer (1469 éoliennes). La production brute totale s´élève à 128 TWh dont 103,7 TWh pour les éoliennes terrestres et 24,3 TWh pour les éoliennes en mer /3/.

Éolien terrestre

Au 31 décembre 2019, le parc éolien terrestre atteint en Allemagne une puissance raccordée de 53 912 MW, soit 29 456 éoliennes.

Au cours de l’année 2019, 325 installations éoliennes y compris le repowering de 50 installations représentant une puissance de 1078 MW ont été raccordées au réseau. En tenant compte du déclassement de 82 installations d’une puissance de 97 MW, le cumul net en 2019 s´élève à 243 installations éoliennes représentant au total 981 MW.

Il s´agit d´une des plus faibles augmentations annuelles de l’histoire du développement de l’énergie éolienne terrestre (voir figure 1). A titre de comparaison, entre 2009 et 2018 l’augmentation annuelle moyenne de la puissance a été de 3,1 GW.

Fig 1 Zubau 2019 Wind Land — Figure 1 Evolution de la puissance des éoliennes terrestres raccordées sur le territoire allemand selon /1/

Depuis 2018 on observe une baisse concernant les volumes offerts et attribués à l´éolien terrestre qui s´est intensifiée en 2019 /4 /. Malgré un volume des appels d’offres de 3 675 MW en 2019, seulement 50% soit 1846 MW ont reçu l´adjudication. Les volumes des appels d’offres non attribués en 2019 seront ajoutés au volume des appels d’offres dans les années suivantes. A moins que la situation ne s´améliore, l´objectif du gouvernement d´un doublement de la capacité de l´éolien terrestre à l´horizon 2030 pourrait être en danger.

Caractéristiques d’une éolienne terrestre en 2019

Des éoliennes terrestres d’une puissance moyenne de 3,3 MW ont été installées en Allemagne au cours de l’année 2019. Cela représente une augmentation de 3 % par rapport à l’année précédente. Le diamètre du rotor et la hauteur du moyeu ont également augmenté par rapport à l’année précédente. En moyenne, ces éoliennes ont un diamètre de rotor de 119 m, une hauteur du moyeu de 133 m et une hauteur totale de 193 m (voir figure 2). Le rapport entre la puissance nominale et la surface balayée par le rotor est avec 302 W/m² resté constant par rapport à 2018.

Fig 2 Anlagenkonfiguration — Figure 2 : Caractéristiques moyennes d’une éolienne terrestre en 2019

Répartition régionale des capacités de production éolienne

Dans le passé, le développement de l’énergie éolienne terrestre a eu lieu dans tous les Länder et régions d’Allemagne avec une intensité différente. Fin 2019, les régions côtières représentent environ 41 % de la puissance installée. Les régions du centre de l’Allemagne disposent des puissances installées les plus élevées, représentant environ 44% de la puissance totale raccordée en Allemagne. Les régions du sud de l´Allemagne disposent environ 15 % de la puissance totale raccordée.

Fig 3 Rapartition regions — Figure 3 : Répartition régionale de la puissance raccordée cumulée des éoliennes terrestres en 2019

Production en 2019

Selon les données préliminaires /3/, l’électricité produite par les éoliennes terrestres atteindra 104 TWh en 2019 (voir figure 4). Malgré le faible nombre des nouvelles installations en 2019, la production de l’année précédente a été dépassée de plus de 14 % (2018 : 91 TWh)

Le facteur de charge (nombre d’heures de fonctionnement par an) de l’éolien terrestre est estimé à 22% en 2019 sous l´hypothèse qu´une puissance moyenne de 53,4 GW était au réseau.

Fig 4 Production Wind Land 2019 — Figure 4 Production mensuelle et cumulée des éoliennes terrestres en 2018 et 2019

Éolien en mer

Au 31 décembre 2019, le parc éolien en mer atteint une puissance raccordée de 7 516 MW, soit 1 469 éoliennes.

Au cours de l´année 2019, 160 éoliennes en mer d’une puissance totale de 1 111 MW ont été raccordées pour la première fois au réseau, dont environ les trois quarts au cours du second semestre. En plus des installations déjà raccordées au réseau, 16 installations d’une puissance totale de 112 MW ont été achevées au cours de l’année mais pas encore raccordées au réseau en 2019. De plus 118 MW sont en construction.

Fig 5 Zubau offshore — Figure 5 : Evolution de la puissance des éoliennes en mer raccordées sur le territoire allemand selon /2/

Caractéristiques d’une éolienne en mer en 2019

La puissance nominale des éoliennes mises en service en 2019 varie de 6 MW à 8,4 MW, ce qui donne une puissance nominale moyenne de 6,9 MW. En moyenne, ces éoliennes ont un diamètre de rotor de 155 m et une hauteur de moyeu de 104 m. Par rapport à l’année précédente, l´éolienne moyenne de 2019 est donc inférieure d’environ 2% en termes de puissance, de diamètre du rotor et de hauteur du moyeu. Le rapport entre la puissance nominale et la surface balayée par le rotor s´élève en moyenne à 367 W/m² en 2019.

Toutes les fondations installées en 2019 sont des fondations dites à « monopieu ». Ces fondations restent donc le type dominant dans des zones où les fonds marins ne dépassent pas plus de 50 m de profondeur et constituent la base d’environ trois quarts de toutes les éoliennes en mer érigées sur le territoire allemand. En 2018 des fondations de type jacket à caisson de succion (suction bucket jackets) ont également été posées, par exemple sur le fond marin du parc éolien de Borkum Riffgrund 2. La structure de ce type de fondation s’intègre fermement au fond marin par succion, le besoin de recourir au battage est ainsi éliminé et le bruit lors de l’installation réduit /5/.

Les éoliennes entrées en service en 2019 sont situées à une profondeur moyenne de 36 m et se trouvent en moyenne à 88 km de la côte. Cela signifie qu’elles sont environ 1,8 fois plus éloignées de la côte que les éoliennes réalisées l’année précédente et qu’elles sont également situées dans des eaux qui sont un tiers plus profondes.

Répartition des éoliennes en Mer du Nord et Mer Baltique

Fin 2019 la Mer du Nord dispose avec 6440 MW (1237 éoliennes) des puissances installées les plus élevées, représentant environ 86 % de la puissance totale raccordée en Allemagne. Le chiffre ne tient pas compte des 16 éoliennes (112 MW) qui sont achevées mais n´ont pas été raccordées au réseau en 2019 et des 118 MW en construction. La Mer Baltique dispose fin 2019 d´une puissance totale raccordée au réseau de 1076 MW (232 éoliennes).

Les projets d´éoliennes qui devraient être réalisés sur le territoire allemand de la Mer du Nord et de la Mer Baltique d’ici fin 2025 ont été déjà déterminés par des appels d’offres en 2017 et 2018. Un total de 3100 MW a reçu l´adjudication dont 733 MW sont attribués à la Mer Baltique et 2367 MW à la Mer du Nord.

Fig 6 Verteilung Nordse Ostsee — Figure 6 : Répartition des éoliennes en Mer du Nord et Mer Baltique

Production en 2019

Selon les données préliminaires /3/, l’électricité produite par les éoliennes en mer atteindra 24,3 TWh en 2019 (voir figure 7). Cela correspond à une augmentation d’environ 25% par rapport à l’année précédente (2018 :19,5 TWh).

En tenant compte du fait que trois quarts des nouvelles installations ont été raccordés au réseau au cours du second semestre 2019, le facteur de charge (nombre d’heures de fonctionnement par an) de l’éolien en mer est estimé à plus de 40 % en 2019 sous l´hypothèse qu´une puissance moyenne de 6,9 GW était au réseau.

Fig 7 Production offshore 2019 — Figure 7 Production mensuelle et cumulée des éoliennes en mer en 2018 et 2019

Références

/1/ Deutsche WindGuard (2020), Status des Windenergieausbaus an Land in Deutschland, Jahr 2019, En ligne : https://www.windguard.de/jahr-2019.html

/2/ Deutsche WindGuard (2020), Status des Offshore Windenergieausbaus in Deutschland, Jahr 2019, En ligne : https://www.windguard.de/jahr-2019.html

/3/ BDEW (2019) Stromerzeugung und – verbrauch in Deutschland, En ligne : https://www.bdew.de/media/documents/20191212-BRD_Stromerzeugung1991-2019.pdf

/4/ Allemagne-Energies (2020), Retour d´expérience des appels d´offres de 2017 à 2019 selon la loi sur les énergies renouvelables de 2017 (EEG 2017), En ligne : https://allemagne-energies.com/2020/01/11/retour-dexperience-des-appels-doffres-de-2017-a-2019-selon-la-loi-sur-les-energies-renouvelables-de-2017-eeg-2017/

/5/ GeoSea (2018), Communiqué de presse du 2.8.2018, Le navire d’installation « Innovation » de GeoSea termine avec succès l’installation de 20 « suction bucket jackets » à Borkum Riffgrund 2, En ligne : https://www.cfe.be/sites/default/files/cp_20180802.pdf