Éclairage signé Chloé Bolac, consultante chez Wavestone.

Les réseaux d’électricité ont vécu une année 2020 inédite dans leur histoire et ont dû s’adapter aux conséquences plus ou moins directes, de la crise sanitaire. Cette dernière a entraîné une diminution importante de la consommation d’électricité liée aux confinements (4,7% sur la période mars-décembre 2020) et une modification du mix électrique français.

En effet, cette période a été marquée par un taux de disponibilité plus faible du parc nucléaire, dû au décalage des opérations de maintenance des centrales, et une augmentation de la part d’énergies renouvelables dans le mix (l’éolien est devenu la 3ème source de production d’électricité en France). Le début d’hiver 2021 n’a pas non plus épargné les gestionnaires des réseaux électriques qui ont dû faire face aux conséquences de températures particulièrement basses.

Les déséquilibres déclenchés par ces évènements peuvent être corrigés au quotidien grâce à différents mécanismes d’équilibrage à la main des gestionnaires de réseaux électrique. Cependant, cet équilibre reste tout de même fragile et une hausse ou baisse trop importantes de la demande peuvent avoir pour conséquence des coupures d’alimentations.

C’est pour cette raison que le gestionnaire de réseau de transport d’électricité, RTE, a lancé un appel à réduction de la consommation électrique début janvier 2021.

Si ces appels à la réduction de la consommation sont un moyen efficace de réduire la demande, les gestionnaires de réseaux disposent d’un autre levier pour optimiser leur fonctionnement : la flexibilité.

La flexibilité, une réponse à la hausse des contraintes sur le réseau électrique, et plus encore…

À chaque instant, la puissance électrique injectée sur le réseau (produite de manière domestique ou importée) doit être égale à la puissance électrique soutirée (consommée ou exportée). Cet équilibre permet de conserver la fréquence du réseau à 50 Hertz, assurant ainsi son bon fonctionnement.

Sans cet équilibre, le réseau risque un “black-out” : une coupure de courant généralisée à une grande partie du territoire, voire à son intégralité. Ce phénomène a déjà pu être constaté au Texas en février dernier ou encore en Italie en 2003.

Les conséquences d’un black-out ne sont pas aisées à évaluer. D’un point de vue financier, la facture peut se chiffrer en milliards d’euros mais d’autres impacts sont à prendre en compte : coupure de l’eau potable, accidents corporels, arrêt des moyens de transport…

De nombreux acteurs sont donc impliqués dans l’équilibrage permanent du réseau : les gestionnaires de réseau de transport et de distribution, les fournisseurs d’électricité, les producteurs… Pour cela, ils ont à leur disposition différents mécanismes d’équilibrage pour palier à d’éventuels déséquilibres.

La flexibilité du réseau électrique est la capacité des acteurs, producteurs ou consommateurs, à moduler volontairement la puissance d’un ou plusieurs sites, à la hausse ou à la baisse, afin de palier à un déséquilibre sur le réseau.

Différentes actions sont possibles en fonction du type d’acteur concerné. Les producteurs pourront par exemple, en fonction de la source de leur énergie, piloter la puissance de leurs centrales thermiques, nucléaires ou encore écrêter leur production éolienne, c’est-à-dire ne pas écouler le surplus de production pour éviter un déséquilibre du réseau.

Depuis quelques années, le réseau est soumis à de nouvelles contraintes. Le mix électrique se modifie pour devenir de moins en moins pilotable, notamment avec la diminution de la part du nucléaire et du thermique, moyen de production dont il est facile de moduler la puissance.

Voici quelques-unes des tendances qui menacent l’équilibre permanent du réseau :

• L’intégration des énergies renouvelables dans la mesure où ce sont des sources d’énergies intermittentes et décentralisées. Leur intermittence, ou dépendance aux conditions météorologiques, rendent les injections et rendements sur le réseau peu prévisibles et leur implantation décentralisée multiplie les acteurs à prendre en compte dans l’équation d’équilibrage. Ces deux éléments représentent un nouveau challenge pour l’équilibrage des réseaux et pour le moment, les pics de production sont souvent écrêtés afin de ne pas déstabiliser le réseau.

• L’électrification des usages représente un second défi, notamment avec le développement des véhicules électriques qui pourraient entrainer une hausse de la demande d’électricité à certaines heures et ainsi faire évoluer les courbes de consommation. D’autres contraintes pourront également apparaitre comme l’augmentation constante de la demande d’électricité en été, due au réchauffement des températures et à l’utilisation plus massive des climatiseurs électriques.

Selon RTE, face à ces nouvelles contraintes, le réseau qui alimente la France a besoin d’être renforcé et développé d’ici 2035 à hauteur de 33 milliards d’euros, faisant passer l’investissement annuel de modernisation des réseaux de 1,3 à 2 milliards d’euros. De son côté la Commission Régulation de l’Energie a invité RTE à réfléchir à des solutions de flexibilité qui pourraient faire baisser ces coûts.

En plus d’être un levier pour maintenir l’équilibre consommation/production, la flexibilité peut donc constituer un levier d’optimisation technico-économique, en faveur de l’intégration des énergies renouvelables.

A quoi ressemble la flexibilité aujourd’hui ?

De nombreux projets de flexibilité sont à l’étude dans le cadre de démonstrateurs smartgrids mais aujourd’hui, trois grandes catégories de flexibilités sont à l’œuvre dans l’équilibrage du réseau électrique :

Le pilotage de la production

C’est un levier de flexibilité historique qui se veut très efficace lorsque la source d’énergie produite est pilotable : on peut moduler la production en fonction des besoins du réseau, à l’image de l’énergie nucléaire (grâce à des courbes de charges) ou hydraulique (en modulant le débit des barrages hydroélectriques).

RTE, en sa qualité de responsable d’équilibre au niveau national, dispose de réserves de production activables en quelques secondes, ce qui offre une marge de manœuvre en cas de besoin immédiat d’injection sur le réseau.

Afin de piloter la production, il est également possible d’écrêter l’énergie produite lorsque l’injection sur le réseau est trop importante. Cette pratique est principalement utilisée pour les énergies renouvelables car il n’est pas possible de piloter directement leur production, on parle alors d’effacement. En échange, les producteurs peuvent être rémunérés, en acceptant par exemple une ORI, offre de raccordement intelligent proposée par Enedis, qui permet de diminuer les couts et délais de raccordement au réseau électrique.

Le pilotage de la consommation

Il se matérialise par exemple par l’adaptation des processus industriels aux besoins du réseau. Si une partie d’un processus industriel peut être réalisée lorsque la demande en électricité est faible, comme la nuit, son décalage dans le temps va permettre de soulager les contraintes du réseau et l’industriel en sera rémunéré.

Les interconnexions

Ces « raccordements » permettent de tirer profit des spécificités et complémentarités de chacun. La mutualisation des écarts de production et de consommation de chaque pays permet également une sécurité d’approvisionnement supplémentaire et une meilleure compétitivité des prix.

C’est pourquoi de nombreuses infrastructures sont en cours de construction ou à l’étude, comme le projet Aquind qui vise à créer une nouvelle liaison électrique entre la France et le Royaume-Uni.

Ces leviers, bien qu’efficaces, doivent s’adapter aux nouvelles contraintes appliquées sur le réseau. C’est pourquoi de nombreux projets voient le jour.

À quoi ressemblera la flexibilité demain et comment accélérer son développement ?

Les leviers de flexibilité tendent à se diversifier et à devenir de plus en plus intelligents. Zoom sur quelques-unes de ces solutions :

Use Case 1 : Le développement des flexibilités locales

Les flexibilités locales sont un moyen pour développer et améliorer les services à l’échelle des territoires. Ces flexibilités, contrairement à celles d’envergure nationale, n’ont pas pour objet l’équilibrage production-consommation mais l’optimisation de la gestion des réseaux à échelle d’une région voire à une maille inférieure et l’insertion des EnR.

Fort d’expérimentations et d’appels d’offre, Enedis, principal gestionnaire du réseau de distribution français, a identifié plusieurs « cas d’usages » de ces flexibilités locales et envisage d’utiliser ce levier pour diminuer les coûts et délais de raccordement des producteurs / consommateurs, mais aussi de proposer un nouvel outil au service de la planification, du pilotage et de l’exploitation du réseau.

• Cas d’usages des flexibilités pour faciliter le raccordement des producteurs et consommateurs et favoriser l’insertion des EnR  sur les réseaux existants :
  • L’offre de raccordement intelligent (ORI) qui permet de raccorder à moindre coût et plus rapidement un producteur ou consommateur au réseau d’électricité. En contrepartie, ce bénéficiaire accepte, sur demande du gestionnaire de réseau, de limiter ponctuellement sa production ou consommation
  • L’optimisation du dimensionnement des ouvrages mutualisés des Schémas Régionaux de raccordement des EnR (S3REnR). Ce levier permet de raccorder plus rapidement et davantage de nouvelles installations renouvelables en mutualisant les coûts entre les différents producteurs. La contrepartie est la même que pour l’offre de raccordement intelligent : un écrêtement marginal de production (estimé à 0,06% selon Enedis)

• Cas d’usage des flexibilités pour optimiser la conception et l’exploitation du réseau de distribution :
  • Une alternative aux moyens de réalimentation électrique, en amont ou à la suite d’un incident. Cet usage serait très ponctuel mais permettrait un complément aux moyens classiques de réalimentation
  • Une aide à la programmation de travaux, afin d’éviter des coupures anticipées dans la réalisation des travaux
  • Un levier pour reporter des investissements en intégrant les bénéfices apportés par la flexibilité à la conception des réseaux de distribution

C’est dans une démarche de co-construction qu’Enedis avance dans le développement et la mise en œuvre des différents cas d’usages. Pour cela Enedis recours au marché, via des appels d’offres qui visent à contractualiser des services de flexibilité et un important programme de travail.

Use Case 2 : Le vehicle-to-grid 

Le véhicule-to-grid (V2G) est un procédé qui permet de relier la batterie d’une voiture au réseau. En cas de besoin, l’électricité stockée dans le véhicule pourra être réinjectée sur le réseau. Inversement, en cas de pic de production, elle pourra être stockée dans les batteries des véhicules électriques. ?

L’objectif est d’optimiser en permanence les flux grâce aux données qui peuvent être récoltées sur chaque maille de la chaîne, pour in fine construire un réseau plus intelligent.

Bien maitrisé, le V2G représentera une opportunité de stockage non négligeable avec 7,5 millions de véhicules électriques (100% électriques ou hybrides rechargeables) attendus pour 2030 (chiffres de l’AVERE).

Plusieurs démonstrateurs smartgrid expérimentent autour du V2G : aVEnir, InfiniDrive, Velcri ou encore Grid4eu.

Use case 3 : Le X-to-Power, une solution de stockage

On parle couplage sectoriel, lorsque l’électricité est transformée en un autre vecteur énergétique (hydrogène, méthane, etc.) pour des utilisations variées dans des secteurs comme l’industrie, le transport ou encore le bâtiment.

Ce couplage de vecteurs énergétiques prend deux formes et permet d’améliorer la flexibilité des réseaux : ?

• Power-to-X : transformation d’électricité non consommée vers d’autres vecteurs énergétiques comme le gaz, qui permet de valoriser de l’énergie produite décarbonée
• X-to-Power : réinjection de l’énergie stockée via d’autres vecteurs comme le gaz vers les réseaux, ce qui permet de gagner en flexibilité, le stockage permettant de déplacer la consommation dans le temps et ainsi compenser une hausse de la demande

Par exemple, l’énergie issue de la production renouvelable, écrêtée en cas de pic de production, peut être revalorisée et stockée sous une autre forme grâce à l’industrie power-to-gaz, apportant une flexibilité supplémentaire aux réseaux.

Le développement de telles solutions de flexibilité est associé à des couts élevés (R&D, plus faible rendement…). Elles ne pourront se développer à l’échelle de l’UE sans aide financière liée à une tarification homogène et plus élevée de la tonne de CO2, qui les rendraient plus compétitives et attractives. 

Use Case 4 : le pilotage de consommation intelligent

Cela consiste à faire du consommateur un acteur à part entière du bon fonctionnement du réseau électrique et de sa flexibilité en l’invitant à moduler sa demande moyennant une rétribution financière pour son effort.

Ce type d’offre est déjà disponible mais tend à se développer grâce aux compteurs intelligents et aux outils de pilotage à distance.

Le pilotage de consommation était cette année l’objet d’un projet réunissant Voltalis, un agrégateur d’effacement (acteur qui regroupe des capacités de réduction de consommation volontaire auprès de particuliers ou de professionnels), et RTE autour d’une solution de flexibilité utilisant le pilotage des chauffages électriques chez les particuliers. Grâce à la collecte et au traitement de données en masse, les deux acteurs ont permis aux particuliers de devenir des acteurs de l’équilibrage et ainsi diminuer le recours aux moyens de production thermiques pour compenser des pics de demande.

C’est également avec cette volonté de rendre le consommateur plus responsable qu’est né EcoWatt, un dispositif initié par un partenariat entre RTE, Enedis, l’état et l’ADEME. En se basant sur ses prévisions, RTE est capable d’identifier les jours où la consommation électrique sera forte, et cela en fonction des régions. Si besoin, il pourra, via ce site internet, inciter consommateur à réduire sa consommation grâce à des conseils et challenges portant sur des écogestes.

La crise COVID-19 et son impact sur les réseaux électriques ont relevé la nécessité de développer les leviers de flexibilité plus rapidement que prévu.

À n’en pas douter, l’évolution du mix électrique et l’électrification des usages vont transformer le paysage des réseaux tel que nous le connaissons. De nombreuses solutions se développent afin de rendre les réseaux électriques plus intelligents et adapté à ces changements.

Bien qu’il n’y ait pas de solution unique, l’émergence de projets à différentes échelles (internationales, nationales et locales) combiné à une évolution des pratiques de consommation semble tracer la voie d’une transition pour les réseaux d’électricité.