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L'infrastructure du réseau électrique comme goulot d'étranglement dans la transition énergétique : défis et solutions

L'infrastructure du réseau électrique comme goulot d'étranglement dans la transition énergétique : défis et solutions

L’infrastructure du réseau électrique, un goulot d’étranglement dans la transition énergétique : défis et solutions – Image : Xpert.Digital

Réseau électrique à bout de souffle : pourquoi la transition énergétique allemande est au point mort et quelles solutions ingénieuses peuvent y remédier ?

### Embouteillage sur l'autoroute de l'énergie : des milliers de centrales solaires attendent d'être raccordées – la transition énergétique est-elle menacée par une panne générale ? ### L'astuce ingénieuse pour le réseau électrique : comment la « surcapacité » permet d'économiser des milliards et de raccorder immédiatement les parcs solaires au réseau ### Votre facture d'électricité en 2025 : qui bénéficie de la nouvelle réglementation du réseau et qui paiera bientôt plus cher ? ### Réseaux intelligents plutôt que câbles coûteux : comment la technologie numérique révolutionne l'extension du réseau et réduit les coûts ###

Du nord au sud : pourquoi notre réseau électrique devient un goulot d’étranglement et comment les centrales électriques virtuelles peuvent éviter un effondrement

La transition énergétique allemande progresse à un rythme impressionnant grâce au développement des centrales solaires et éoliennes, mais son succès repose sur un point faible : l'infrastructure obsolète du réseau électrique. Ce qui constituait autrefois l'épine dorsale fiable de l'approvisionnement énergétique devient de plus en plus le principal frein à cette transformation. Le problème fondamental réside dans le changement de système : passer de quelques grandes centrales centralisées à des milliers de générateurs décentralisés et dépendants des conditions météorologiques. Les réseaux, conçus pour un flux unidirectionnel de la centrale vers le consommateur, ne sont pas adaptés à ce trafic bidirectionnel et fluctuant.

Les conséquences sont déjà dramatiques : des gestionnaires de réseau comme Bayernwerk font état de demandes de raccordement pour des projets d’énergies renouvelables totalisant plus de 60 gigawatts, qu’ils ne peuvent satisfaire. Dans de nombreuses régions, les réseaux fonctionnent à pleine capacité, ce qui entraîne des délais d’attente de cinq à quinze ans pour le raccordement de nouveaux parcs solaires. La situation est aggravée par le clivage nord-sud bien connu : un surplus d’électricité est produit dans le nord, plus venteux, et n’atteint pas les centres industriels du sud. Des rues entières sont déjà déclarées « non raccordables », ce qui paralyse localement l’essor du solaire.

Ce défi colossal exige cependant bien plus que la construction coûteuse et chronophage de nouvelles lignes électriques. Des approches novatrices et intelligentes sont nécessaires pour optimiser l'utilisation des infrastructures existantes et façonner le système énergétique de demain. Parmi celles-ci figurent les réseaux intelligents qui coordonnent la production et la consommation en temps réel, les centrales virtuelles qui regroupent des milliers de petites installations en un vaste réseau, ainsi que des concepts ingénieux tels que le surdimensionnement des interconnexions et les prises de raccordement proactives. Ces solutions promettent non seulement d'accélérer la transition énergétique, mais aussi de maîtriser l'explosion des coûts d'extension du réseau et, par conséquent, les prix de l'électricité pour les consommateurs. Le texte qui suit met en lumière les principaux obstacles et présente les solutions les plus prometteuses qui détermineront la réussite ou l'échec de la transition énergétique allemande.

Convient à:

Pourquoi l'infrastructure du réseau électrique est-elle un facteur essentiel au développement des énergies renouvelables ?

L'infrastructure du réseau électrique constitue l'épine dorsale d'une transition énergétique réussie, mais représente simultanément son principal obstacle. Le problème réside dans la transformation fondamentale du système énergétique : alors qu'auparavant de grandes centrales électriques centralisées produisaient de l'électricité de manière prévisible, laquelle était ensuite acheminée vers les consommateurs via le réseau, ce sont aujourd'hui les sources d'énergie renouvelables, décentralisées et instables, qui dominent.

Les projets de parcs solaires de grande envergure nécessitent des réseaux électriques robustes, capables de gérer leur capacité d'injection. Or, de nombreux réseaux fonctionnent déjà à pleine capacité et ne peuvent absorber aucune capacité supplémentaire. Bayernwerk, par exemple, signale des demandes de raccordement pour plus de 60 gigawatts, et de nombreux gestionnaires de réseau annoncent déjà des délais d'attente de 5 à 15 ans pour les nouveaux raccordements.

Le clivage nord-sud en Allemagne accentue ce défi : au nord, la production d’électricité éolienne dépasse la consommation, tandis qu’au sud, avec ses centres industriels, les besoins énergétiques sont supérieurs à la production locale. Ce problème s’aggravera après la sortie du nucléaire et la fermeture progressive des centrales à charbon.

Quels sont les principaux obstacles au raccordement des parcs solaires au réseau électrique ?

Les problèmes pratiques liés au raccordement des parcs solaires au réseau sont multiples et concernent tous les niveaux de tension. Au niveau moyenne tension, où sont raccordés la plupart des systèmes photovoltaïques au sol d'une puissance comprise entre 10 et 60 MW, les réseaux sont déjà fortement sollicités dans de nombreuses régions. Les réseaux haute tension offrent une capacité encore plus importante, mais nécessitent la construction coûteuse de postes de transformation dédiés.

À titre d'exemple concret, citons la situation à Klettgau, dans le Bade-Wurtemberg, où le gestionnaire du réseau électrique local, EVKR, a publié une liste de rues où « il est très improbable que de nouveaux systèmes photovoltaïques puissent être raccordés ». Ces saturations du réseau empêchent même le raccordement de systèmes solaires déjà installés.

Les plans d'extension du réseau des gestionnaires de réseaux de distribution montrent que de nombreuses zones des réseaux moyenne et haute tension sont désignées comme des « zones critiques ». Cela entraîne des délais de raccordement de plus en plus longs, certains projets ne pouvant être raccordés au réseau qu'après 2030, le temps d'étendre au préalable l'infrastructure locale.

Comment évoluent les coûts de réseau et quels en sont les effets ?

Les frais de réseau, qui représentent environ un quart du prix de l'électricité, connaissent une évolution contrastée. Les quatre principaux gestionnaires de réseaux de transport ont annoncé une hausse moyenne de 3,4 % pour atteindre 6,65 centimes par kilowattheure en 2025. Cette augmentation est principalement due aux investissements considérables réalisés dans l'extension du réseau.

Parallèlement, l'harmonisation nationale des tarifs de réseau en 2025 permettra une répartition plus équitable des coûts. Les régions connaissant un fort développement des énergies renouvelables en bénéficieront : les tarifs de réseau diminueront de 29 % dans le Schleswig-Holstein, de 29 % dans le Mecklembourg-Poméranie-Occidentale, de 21 % dans le Brandebourg et de 16 % en Bavière.

Cette redistribution tient compte du fait que les régions comptant de nombreuses installations d'énergies renouvelables ont par le passé dû supporter des coûts d'extension du réseau électrique disproportionnés. Parallèlement, les tarifs de réseau augmentent dans les régions où la part des énergies renouvelables est plus faible, notamment dans le Bade-Wurtemberg, la Rhénanie-Palatinat et la Rhénanie-du-Nord-Westphalie.

Que sont les réseaux intelligents et comment peuvent-ils contribuer à la solution ?

Les réseaux intelligents, ou réseaux électriques intelligents, utilisent les technologies numériques pour coordonner la production, l'exploitation, le stockage et la consommation d'électricité. Contrairement aux réseaux électriques traditionnels, qui fonctionnaient à sens unique de la centrale électrique au consommateur, les réseaux modernes doivent gérer de manière fiable les flux d'énergie bidirectionnels ainsi que les injections d'énergie imprévisibles.

Un réseau intelligent connecte tous les composants du système électrique, des panneaux solaires sur le toit aux batteries de stockage en sous-sol, en passant par les bornes de recharge pour véhicules électriques. Grâce aux compteurs électriques numériques et aux technologies de communication modernes, ces systèmes peuvent réagir en temps réel aux variations de consommation et optimiser l'équilibre entre l'offre et la demande.

Les systèmes de stockage d'énergie par batteries jouent un rôle central en tant que composantes essentielles des réseaux électriques modernes. Ils stabilisent le réseau en compensant les fluctuations à court terme, permettent de gérer les congestions et accroissent la flexibilité du système. Un stockage d'énergie ciblé peut prévenir les surcharges du réseau et réduire le besoin d'extensions coûteuses de l'infrastructure.

Convient à:

Quel rôle joueront les centrales électriques virtuelles dans le futur système énergétique ?

Les centrales électriques virtuelles constituent une solution innovante pour une meilleure intégration des énergies renouvelables. Elles connectent des centaines, voire des milliers, de centrales de production décentralisées, d'installations de stockage et de consommateurs pilotables au sein d'un réseau coordonné. Ces centrales en essaim peuvent collectivement fournir autant d'électricité que les grandes centrales conventionnelles.

Le système de contrôle central d'une centrale électrique virtuelle surveille en temps réel toutes les installations connectées et réagit instantanément aux variations du réseau électrique. En cas de production insuffisante, il active des générateurs d'énergie renouvelable supplémentaires, indépendants des conditions météorologiques, tels que des unités de méthanisation ou des centrales hydroélectriques. À l'inverse, en cas de surproduction, il réduit l'injection d'électricité en conséquence.

Les centrales électriques virtuelles modernes utilisent des passerelles de compteurs intelligents pour une gestion économique des petites installations. Elles permettent non seulement une meilleure intégration des énergies renouvelables au sein des systèmes, mais créent également une valeur ajoutée pour les exploitants grâce à une commercialisation optimisée sur plusieurs marchés.

Qu’est-ce que le surdéveloppement et comment peut-il réduire les goulots d’étranglement du réseau ?

La construction au-dessus des points de raccordement au réseau représente une approche prometteuse pour une utilisation plus efficace de ce dernier. Elle consiste à connecter au réseau des centrales électriques capables de produire ensemble plus d'électricité que les lignes ne peuvent théoriquement en transporter. Le facteur crucial réside dans la combinaison de centrales qui fonctionnent rarement simultanément à pleine capacité.

Les centrales éoliennes et solaires sont parfaitement complémentaires : les éoliennes produisent généralement leur plus grande quantité d’énergie la nuit et en automne ou en hiver, tandis que les centrales solaires sont les plus productives en milieu de journée et en été. Une étude de la Fédération allemande des énergies renouvelables (BEE) montre que lorsque les deux systèmes fonctionnent sur un même réseau, seuls 3,5 % environ de l’énergie solaire et 1,5 % de l’énergie éolienne doivent être écrêtés.

Bayernwerk a déjà démontré l'efficacité de ce type d'extension de réseau : un nouveau système photovoltaïque a été installé à proximité d'une éolienne existante, raccordée au même réseau. Les deux systèmes fonctionnent de concert, ce qui permet à tous les acteurs concernés et aux consommateurs d'économiser les coûts d'extension du réseau. Le potentiel est considérable : les 1 000 nouvelles éoliennes prévues d'ici 2030 pourraient être installées sur le seul réseau de Bayernwerk grâce à l'utilisation des raccordements photovoltaïques existants.

Comment fonctionne le concept de la prise d'alimentation externe ?

Le système d'injection représente un changement de paradigme dans la planification du raccordement au réseau. Au lieu d'une infrastructure en retard par rapport aux centrales d'énergies renouvelables, une capacité supplémentaire est fournie de manière proactive, à laquelle les promoteurs de projets peuvent ensuite faire appel.

Bayernwerk a établi un raccordement au réseau en Basse-Bavière grâce à cette méthode, à laquelle les développeurs de centrales d'énergies renouvelables pouvaient prétendre. La quasi-totalité de la capacité a été allouée en 24 heures, malgré une exigence d'écrêtement des pointes de 30 %. Ceci améliore considérablement l'utilisation des lignes et accélère considérablement les projets : du début des travaux en mars à la mise en service en novembre de la même année.

LEW Verteilnetz et Bayernwerk Netz ont poursuivi le développement de leur projet pilote commun « Prise d’injection », dans le cadre duquel les deux entreprises créent indépendamment des capacités de raccordement supplémentaires dans leurs postes de transformation. Bayernwerk prévoit la construction d’un nouveau poste de transformation à Niederviehbach, tandis que LVN équipe le poste existant de Balzhausen d’un transformateur supplémentaire.

 

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Au cœur de cette avancée technologique se trouve l'abandon délibéré de la fixation par serrage traditionnelle, standard depuis des décennies. Le nouveau système de montage, plus rapide et plus économique, répond à ce besoin grâce à un concept fondamentalement différent et plus intelligent. Au lieu de fixer les modules à des points précis, ils sont insérés dans un rail de support continu de forme spéciale et maintenus solidement. Cette conception garantit une répartition uniforme de toutes les forces, qu'il s'agisse des charges statiques dues à la neige ou des charges dynamiques dues au vent, sur toute la longueur du cadre du module.

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Infrastructure numérique : comment l'IA et les réseaux intelligents transforment le réseau électrique

Quel potentiel offre la flexibilisation du système énergétique ?

La flexibilité du système énergétique désigne sa capacité à compenser les fluctuations entre production et consommation et à garantir la stabilité de l'approvisionnement en électricité. Dans l'optique d'atteindre 80 % d'électricité renouvelable d'ici 2030, le système énergétique doit devenir suffisamment flexible pour assurer l'approvisionnement même pendant les périodes de faible production nocturne.

Cette flexibilité peut être assurée par divers composants : stockage d’énergie, charges pilotables et centrales électriques flexibles. Le potentiel des systèmes à petite échelle, tels que les installations solaires décentralisées, le stockage par batteries, les véhicules électriques et les pompes à chaleur, est particulièrement prometteur. Si l’Allemagne compte des millions de véhicules électriques dans les années à venir, une flexibilité de 8 000 mégawatts sera rapidement disponible.

La flexibilité spatiale permet de compenser les fluctuations géographiques, comme le goulot d'étranglement nord-sud bien connu en Allemagne. La flexibilité temporelle, quant à elle, équilibre les variations saisonnières et journalières. Les solutions intelligentes de gestion de l'énergie constituent ainsi l'infrastructure numérique du secteur énergétique de demain et permettent de prendre des décisions en temps réel.

Convient à:

Que signifie le couplage sectoriel pour la charge du réseau ?

Le couplage sectoriel désigne l'intégration des secteurs autrefois distincts de l'électricité, du chauffage, des transports et de l'industrie grâce à un recours accru aux énergies renouvelables. Cette évolution entraîne une augmentation significative de la consommation d'électricité et modifie simultanément les profils de charge du réseau.

La Fédération allemande des énergies renouvelables (BEE) prévoit une demande d'électricité supplémentaire comprise entre 69 et 150 TWh d'ici 2030 en raison du couplage sectoriel. Elle estime que la demande la plus importante proviendra de l'électromobilité, avec jusqu'à 48 TWh, suivie des pompes à chaleur (41 TWh), de la production d'hydrogène (37 TWh) et des chaudières électriques industrielles (21 TWh).

Cette évolution pose de nouveaux défis au réseau électrique : lorsque de nombreux ménages rechargent simultanément leurs voitures électriques après le travail, de nouveaux pics de consommation apparaissent. Les pompes à chaleur peuvent remplacer les systèmes de chauffage au fioul et les chaudières à gaz, mais elles nécessitent un approvisionnement électrique fiable. La gestion intelligente de ces nouveaux consommateurs sera essentielle à la stabilité du réseau.

Comment l'expansion proactive du réseau peut-elle résoudre les problèmes ?

L'extension prédictive du réseau électrique représente un changement de paradigme fondamental dans la planification des réseaux. Au lieu de se contenter de réagir lorsque des installations spécifiques sont planifiées, l'infrastructure du réseau doit être étendue de manière proactive afin de répondre aux besoins futurs.

Le problème du système actuel réside dans les délais de mise en œuvre différents : la construction de centrales d’énergies renouvelables prend 5 mois, tandis que l’extension du réseau électrique nécessite 7 à 10 ans. Cet écart temporel engendre des difficultés importantes pour le raccordement et le transport des énergies renouvelables.

L'Association des entreprises municipales plaide pour un cadre réglementaire favorisant une expansion du réseau électrique tournée vers l'avenir. Cela implique des changements dans six domaines clés : dépasser le caractère rétrospectif des pratiques réglementaires, instaurer une planification budgétaire prospective et réduire les obstacles réglementaires aux investissements proactifs.

La première publication, en mai 2024, des plans d'extension du réseau par environ 80 grands gestionnaires de réseaux de distribution d'électricité allemands a constitué une étape importante. Ces plans décrivent les mesures d'extension prévues pour les années 2028 et 2033, ainsi que des estimations des besoins d'extension jusqu'en 2045.

Quel rôle jouent la numérisation et l'automatisation ?

La numérisation et l'automatisation du réseau électrique sont essentielles à l'intégration réussie des énergies renouvelables. Les systèmes d'automatisation modernes permettent de surveiller et d'optimiser les flux d'énergie en temps réel. L'automatisation axée sur la demande est particulièrement nécessaire sur les réseaux basse et moyenne tension, où sont raccordées plus de 90 % des sources d'énergie renouvelables.

Les jumeaux numériques des réseaux de distribution constituent une source d'information unique et fiable pour les gestionnaires de réseau, en combinant diverses sources de données telles que les compteurs intelligents, les SIG, les ERP et les systèmes SCADA. Ces modèles informatiques de réseau peuvent réagir dynamiquement à des événements tels que les variations des conditions météorologiques ou de la charge.

À l'avenir, les solutions logicielles de prévision de l'état des réseaux utilisant l'intelligence artificielle s'appuieront sur des modèles de réseau en temps réel, basés sur des profils de charge individualisés. Les programmes d'aide à la décision pourront recommander des mesures en fonction des goulots d'étranglement identifiés et de leurs échéances.

L'étude du VDE sur l'automatisation poussée montre qu'une gestion active du réseau permet une intégration plus rapide des systèmes photovoltaïques et des véhicules électriques, grâce à la régulation des flux d'énergie. L'automatisation assure également le rétablissement automatique de l'alimentation en cas de coupure et une meilleure utilisation des capacités existantes du réseau.

Quelles sont les implications économiques de ces solutions ?

Les impacts économiques des différentes solutions sont considérables et influent à la fois sur les coûts et sur l'efficacité du système global. Selon une étude de l'Energy Economics Institute, l'installation de centrales photovoltaïques et éoliennes sur les réseaux existants peut réduire les coûts d'extension de ces réseaux jusqu'à 1,8 milliard d'euros par an.

Bien que le projet de construction nécessite la réduction de la production de davantage de centrales électriques, les économies réalisées sur les coûts d'extension du réseau dépasseraient de 800 millions d'euros les coûts liés à la réduction de la production. Ce gain net d'efficacité résulte de la réduction significative des investissements dans les nouvelles infrastructures de réseau, pour des coûts de réduction de production à peine supérieurs.

L'investissement nécessaire à l'extension du réseau électrique européen d'ici 2050 est estimé entre 1 994 et 2 294 milliards d'euros. Pour la seule Allemagne, diverses études indiquent qu'il faudra en moyenne 350 milliards d'euros pour étendre son réseau de distribution d'ici 2045. Ces sommes colossales soulignent la nécessité de solutions efficaces.

Parallèlement, une meilleure utilisation du réseau permet de réduire les coûts spécifiques : plus l’électricité est transportée sur le réseau, plus les coûts de réseau par kilowattheure sont bien répartis. Le développement des infrastructures, les réseaux intelligents et le stockage d’énergie peuvent améliorer l’efficacité du système et réduire le coût global de la transition énergétique.

Comment la politique et la réglementation peuvent-elles soutenir cette transformation ?

Le cadre politique et réglementaire est essentiel à la réussite du développement du réseau électrique. La loi modifiant la loi sur l’industrie énergétique, adoptée en janvier 2025, a déjà posé des jalons importants en créant le cadre juridique nécessaire à cette expansion.

Grâce à la modification de l'article 8 de la loi sur les énergies renouvelables (EEG), les centrales d'énergie renouvelable peuvent désormais être raccordées à un point de raccordement au réseau déjà utilisé par une autre centrale d'énergie renouvelable. Le nouvel article 8a de l'EEG autorise également des accords de raccordement au réseau flexibles, indispensables à la mise en œuvre concrète du partage des câbles.

L'accélération des procédures de planification et d'autorisation est un autre facteur crucial. Les gestionnaires de réseau exigent des décisions administratives plus nombreuses et plus rapides, car douze éoliennes doivent être construites et raccordées au réseau chaque jour pour atteindre les objectifs climatiques. Cela nécessite un renforcement des effectifs et des ressources des autorités de planification et d'autorisation, ainsi que des tribunaux.

La priorité juridique accordée aux énergies renouvelables par la loi de 2023 sur les sources d'énergie renouvelables (EEG) implique également une priorité pour l'extension du réseau de distribution. Il est impératif de tirer parti des synergies en matière d'évaluation d'impact environnemental, de mettre en place des procédures d'autorisation parallèles et de geler l'état des lois existantes au début de ces procédures.

Convient à:

Quelles innovations technologiques façonneront l'avenir ?

Plusieurs innovations technologiques façonneront considérablement l'avenir des infrastructures de réseau électrique. Les lignes de transport à courant continu haute tension permettent le transport à faibles pertes de grandes quantités d'électricité sur de longues distances et sont particulièrement pertinentes pour le gradient de puissance nord-sud en Allemagne.

Les technologies Power-to-X ouvrent de nouvelles perspectives pour le couplage sectoriel : le Power-to-heat permet de convertir l’électricité en chaleur, tandis que le Power-to-gas permet de produire de l’hydrogène à partir d’électricité. Ces technologies peuvent servir à la fois de solution d’ajustement de la flexibilité énergétique et de solution de stockage à long terme.

Les technologies de comptage et de contrôle intelligents constitueront le socle de toutes les autres innovations. Les passerelles de compteurs intelligents permettent une gestion économique des petits systèmes et l'intégration des ménages dans des centrales électriques virtuelles. Le déploiement à grande échelle de cette technologie est une condition préalable à la numérisation complète du système énergétique.

L'intelligence artificielle et l'apprentissage automatique sont de plus en plus utilisés pour la prévision de l'état du réseau, la prédiction de la charge et la prise de décision automatisée. Ces technologies permettent de gérer et de contrôler de manière optimale la complexité du futur système énergétique.

Quels défis restent à relever ?

Malgré des solutions prometteuses, d'importants défis subsistent. La rapidité avec laquelle le réseau électrique doit être étendu représente un défi considérable pour tous les acteurs concernés : les investissements prévus dans le réseau doivent passer d'environ 36 milliards d'euros par an à plus de 70 milliards.

La pénurie de main-d'œuvre qualifiée dans le secteur de l'énergie aggrave encore la situation. Parallèlement, les difficultés d'approvisionnement en transformateurs, câbles et autres composants du réseau entraînent des retards supplémentaires. Ces perturbations de la chaîne d'approvisionnement peuvent ralentir l'ensemble du déploiement du réseau, indépendamment des financements disponibles.

La coordination entre les différents acteurs – gestionnaires de réseaux de transport et de distribution, producteurs et consommateurs – demeure complexe. Tout retard dans un élément du système peut avoir des répercussions sur l'ensemble du système.

Les cadres réglementaires doivent être constamment adaptés à l'évolution rapide des technologies et des conditions du marché. Ce qui est considéré comme optimal aujourd'hui pourrait être obsolète dans quelques années seulement. Trouver un équilibre entre la réglementation nécessaire et la flexibilité suffisante pour l'innovation demeure un défi.

L’adhésion du public à l’expansion massive de l’infrastructure réseau doit continuer d’être assurée. La participation citoyenne et une communication transparente sont essentielles à la réussite des projets d’extension de réseau.

L'infrastructure du réseau électrique est essentielle à la transition énergétique et en détermine largement le succès. Des approches novatrices, telles que l'extension du réseau, les réseaux intelligents, les centrales électriques virtuelles et une planification proactive, peuvent permettre de surmonter les obstacles actuels. Une combinaison d'innovations technologiques, d'ajustements réglementaires et d'investissements substantiels sera nécessaire pour pérenniser le réseau. C'est la seule façon de libérer tout le potentiel des énergies renouvelables et d'atteindre les objectifs climatiques.

 

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