Un rapport publié par un des trois réseaux de distribution électrique allemand permet d’étudier la limite de la puissance éolienne qu’on puisse installer dans un pays sans augmenter les pannes générales de réseau et sans faire d’investissements inutiles.

Problèmes d'un grand réseau électrique éolien

Le réseau d’E.On Netz

      Le réseau électrique de la partie centrale de l’Allemagne (une bande de terrain allant de la mer du Nord à la Bavière) est confié au gestionnaire allemand E.ON Netz.

      Cet organisme gère la distribution de la puissance éolienne locale (7 GW sur les 16,4 GW de l’Allemagne en 2004) en plus de celle délivrée par des centrales à flamme, nucléaires et hydroélectrique.

Les problèmes amenés par l’accroissement de l’éolien

       L’opérateur du réseau électrique E.ON Netz a publié en 2005 un rapport concernant ses opérations relatives à l’éolien en 2004 (disponible en anglais sur internet [139]).

      C’est la première fois qu’un rapport de ce type est disponible. Il dévoile des données permettant d’analyser la situation réelle de l’éolien, ce qui explique clairement les problèmes actuels et futurs.

       Cette publication permet aux opérateurs du réseau d’annoncer que 3 problèmes majeurs vont perturber le réseau du fait de la croissance de l’éolien.

1) L’énergie éolienne ne peut remplacer les centrales traditionnelles que dans une proportion limitée. (En partant d’une situation ou toute l’électricité est produite par des centrales à flamme, on ne pourrait pas arrêter plus de 4% de ces centrales même en ayant 100% de la puissance fournie par l’éolien).

2) Les méthodes actuelles de prévision météorologique ne peuvent estimer la production éolienne future que de façon approximative. (Cette prévision, même améliorée, restera donc presque inutile).

3) L’accroissement prévu de l’énergie éolienne ne pourra être pris en charge que si l’on renforce l’infrastructure du réseau de distribution. (Ce qui coûtera plus de 3 milliards d’euros : 3 G€).

       Ces problèmes qui deviennent critiques pour le réseau E.On Netz (et qui le deviennent de même pour des réseaux voisins) deviendront encore plus aigus et plus irrémédiables si le projet de tripler la capacité éolienne allemande est poursuivi. (Suite à la publication de ce rapport, les installations de nouvelles éoliennes ont été réduites en Allemagne).

Publication de statistiques du vent

      Le rapport donne les statistiques du vent observé dans la région du réseau E.On. Ce réseau est représentatif car il inclut tous les régimes de vent de l’Allemagne, off-shore et in-shore au littoral, en plaine et sur des crêtes. (C’est la première fois que des statistiques détaillées sont ainsi disponibles pour démontrer que les assertions des lobbies du vent sont fausses).

 

        La statistique journalière (Fig. 3, reproduite du rapport E.On ) en 2004 montre qu’il n’y a eu que peu ou pas de vent la plupart des jours (production éolienne inférieure à 3 %). La production éolienne n’a été importante que pendant quelques mois de l’année (février et mars en 2004). En 2004, il n’y a eu que 7 jours où la production éolienne a été supérieure à 25 % du maximum de 15 GW de la demande sur ce réseau. Le graphique publié (Fig. 3) démontre qu’il n’est pas vrai que, quand il n’y a pas de vent quelque part, il y en a ailleurs dans le voisinage.

 

        Une statistique mensuelle (Fig. 4) montre que, pour 2003 et 2004, la production éolienne d’hiver est presque 2 fois plus importante que celle d’été. Certains mois ne fournissent qu’un tiers de l’énergie d’autres mois.

 

      Des statistiques par quart d’heure (Fig. 6) sont données pour certains jours. Elles montrent que, pour l’ensemble du réseau, c'est-à-dire, après foisonnement maximum, la puissance éolienne peut varier sur un jour de plus de 4 GW (sur un maximum éolien de 6 GW). Une diminution de 4 GW a été observée sur 10 heures, nécessitant pour la compenser de faire monter à pleine puissance 8 centrales à flammes de 500 MW sur ce court laps de temps.

Mise en route progressive des centrales à flamme

       Une voiture doit être chauffée avant de donner sa pleine puissance. On peut démarrer rapidement à froid mais, pour ne pas user anormalement le moteur, il ne faut pas pousser un moteur froid pendant la première minute et il faut attendre quelques minutes pour que le moteur soit assez chaud pour avoir un bon rendement énergétique. Ce réchauffage est beaucoup plus lent pour de grandes centrales à flamme à fort rendement énergétique dont la puissance (500 MW), correspond à celle de 10.000 voitures de 50 kW faisant tourner leur moteur au maximum. Il faut jusqu’à une journée pour réchauffer une centrale à charbon. Le délai pour une centrale à gaz performante (TGV) est plus court mais au moins de quelques heures.

Usage des statistique éoliennes

       Les statistiques et prévisions ci-dessus sont importantes pour connaître le nombre de centrales à flamme que l’on doit préparer (préchauffer pour produire l’énergie demandée si le vent se réduisait brusquement ou augmentait.

      Des statistiques (Fig. 8) montrent des prévisions horaires du vent comparées au vent observé ensuite. Ces essais réels montrent que les erreurs de prévision sont fréquemment supérieures à 2 GW pour les jours venteux (sur un potentiel maximum de 6 GW), soit un écart type de prévision (Sigma) de l’ordre de 1 GW (Fig. 9).

      Pour prévenir une panne de réseau s’il y a un risque de chute du vent, il faut calculer la réserve (les centrales à préchauffer) pour le maximum de la demande en supposant que la production des centrales éoliennes chute au minimum de la prévision (une prévision correcte dans 99,7% des cas correspond à un écart type de 3 Sigma et donne un risque approximativement inférieur à une panne de réseau par an). Pour fournir éventuellement ce complément, le réseau E.On Netz demande actuellement de préchauffer de l’ordre de 4 à 8 centrales d’appoint à flamme pendant les jours venteux. Bien que les lobbies éoliens espèrent que les nouvelles méthodes de prévision en développement seront plus précises, l’erreur sur une puissance éolienne triplée va probablement doubler, ce qui demandera deux fois plus de centrales préchauffées.

La connexion automatique de l’éolien

      Les lobbies éoliens ont obtenu que chaque fournisseur d’électricité soit contraint de fournir un mix énergétique avec un pourcentage imposé de renouvelable.

       Les Allemands ont souscrit à cette demande. Chaque fournisseur doit, sous peine d’amendes versées en Allemagne, produire en 2004 avec 8,1% de renouvelable  (en pratique avec 2,7 % par de l’hydraulique et par la combustion de déchets et le reste par de l’éolien).
L’hydraulique est déjà utilisée à son maximum et le géothermique est peu réalisable en zone non volcanique. Le seul renouvelable utilisable pour générer une quantité significative d’électricité reste donc l’éolien. Si on avait voulu concevoir le Protocole de Kyoto pour forcer les pays à installer de l’éolien (5,4 % en 2004), on ne s’y serait pas pris autrement. Parmi les renouvelables, l’éolien, bien qu’intermittent, a été catégorisé comme une énergie égale aux autres énergies stockables, comme l’hydraulique ou la biomasse. Les lobbies éoliens ont réussi à faire adopter cet illogisme dans d’autres pays comme la Belgique.

      Avant l’éolien, les générateurs d’électricité devaient annoncer un jour à l’avance ce qu’ils comptaient produire, ce qui permettait une négociation sur ce que le réseau allait prendre et donc de faire jouer la loi du marché pour avoir le prix le plus bas. Si les circonstances empêchaient ces plans, le réseau pouvait cependant égaliser la différence en ajustant des réserves à très court terme (barrages, stations de pompage et dispositifs spéciaux) mais il faisait payer beaucoup plus cher pour ces erreurs de prévision (différences d’électricité en plus ou en moins).

       Les productions renouvelables ont le droit de se connecter à tout moment (ce qui ne permet plus un marché libre) mais elles doivent formellement se comporter vis-à-vis du réseau suivant l’ancien schéma. Vu la difficulté des prévisions de vent, la tâche est pratiquement impossible pour l’éolien mais le réseau fonctionne encore sans pannes trop fréquentes tant que la part de l’éolien est de moins de 6 %. Le rapport d’E.ON Netz prévient que ce ne sera plus le cas si l’éolien se développe. La façon de calculer les prix de rachat de l’électricité intermittente et de compenser les erreurs de prévision est assez floue et ne semble pas donner lieu à des statistiques qui permettent de vérifier les comptes.

Gérance de la génération éolienne

      Quand un réseau est saturé, il ne peut plus accepter qu’on lui fournisse de l’énergie sous peine de surcharge, de claquage pour surtension ou de panne générale si les sécurités déconnectent les éoliennes avant des dommages plus graves. Le rapport d’E.On Netz explique qu’un réseau doit protéger les lignes aériennes et les stations de transformation contre les surcharges provoquées par les connexions intempestives pour éviter les pannes d’un secteur. Ces surcharges sont parfois locales car le trafic sur les lignes à haute tension est embouteillé (Fig. 13). La façon dont les coûts de transport (pertes en ligne, amortissements des investissements)  sont répercutés sur ceux qui en sont la source n’est pas explicitée.

       E.On Netz a inventé une expression, la gérance de la génération, pour indiquer qu’il est parfois contraint de refuser la connexion automatique de l’éolien au réseau, connexion légalement obligatoire suite à des clauses internationales. Des directives de la Communauté européenne auraient introduit ces clauses sans que les signataires se soient officiellement rendu compte qu’elles étaient incompatibles avec des contraintes techniques. La responsabilité de ceux qui n’ont pas fait une étude technique ou qui n’ont pas tenu compte des avertissements serait grave dans une entreprise privée mais semble ne pas atteindre les fonctionnaires et les politiciens des instances publiques internationales et nationales.

       Le Danemark et l’Allemagne ont été contraints de refuser la connexion automatique. La structure de décision politique au niveau mondial ou européen a étrangement entraîné que l’amendement à une clause impossible n’a pas encore été adopté.

      Malgré l’exemple des pays voisins, d’autres pays laissent encore installer des éoliennes sans préciser que la connexion automatique peut être refusée (Peut-être n’est-il pas nécessaire de l’expliciter car il y a probablement des lois qui rendent nulle une demande impossible mais il faudrait un  procès pour y arriver et les pays et l’Europe ne financent que les lobbies éoliens et non pas leurs contre pouvoirs). L’exemple de l’éolien pourrait être utilisé pour étudier concrètement ce qui ne fonctionne pas dans la gouvernance européenne et pour y remédier.

       Le rapport d’E.On prévient que les cas exceptionnels où la connexion éolienne est refusée vont devenir la règle si la puissance éolienne augmente. Le réseau danois a signalé avoir dû négocier et offrir une compensation pour que 12 parcs d’éoliennes ne délivrent pas d’électricité pendant une période de surproduction prévue de 12 heures.

      L’éolien off-shore peut produire pendant 2 fois plus de temps que l’on-shore. Donc les centrales d’appoint de l’off-shore émettent deux fois moins de CO2. L’éolien off-shore, malgré son prix plus élevé (disons de 50%),  double les quelques économies d’émission de CO2 de l’on-shore tout en ayant les mêmes désavantages (rendre plus productif un système déficitaire n’est pas nécessairement un bien). Quand il faut choisir entre deux maux, l’énergie éolienne off-shore est plus efficace qu’on-shore. L’off-shore va donc se développer mais son énergie doit être acheminée vers les utilisateurs qui sont principalement au centre de l’Allemagne.

       Le rapport d’E.On Netz prévient donc que le développement éolien rend indispensable d’ajouter 2700 km de lignes à haute tension de la mer vers le centre de l’Allemagne et de renforcer toutes les installations du réseau et des sous-stations (conducteurs, systèmes de coupure, convertisseurs, transformateurs). Les systèmes de sécurité du réseau vont sauter chaque fois que l’éolien envoie des sursauts d’énergie dans le réseau puisque ces systèmes n’avaient pas été prévus pour cela. Le développement de l’éolien entraîne donc qu’il faut refaire l’infrastructure du réseau et son installation de sécurité et changer les règles de gestion (Ce que le rapport belge de la Commission Énergie 2030 prévoyait déjà).

La stabilité du réseau compromise par l’éolien

      Le rapport d’E.On Netz énumère quelques importantes pannes récentes du réseau pour montrer que les producteurs éoliens devraient contribuer à stabiliser le réseau. (C’est à dire, ne profitent plus de leur autorisation de se connecter à tort et à travers). Le rapport E.On Netz prévient que les éoliennes qui ne seront pas munies de dispositifs demandant l’autorisation du réseau avant de se connecter (c'est-à-dire toutes celles installées avant 2005) ne seront bientôt plus admises car elles perturbent trop gravement la stabilité du réseau.

      Le rapport signale que, bien que le comportement des méthodes de connexion des éoliennes ait, depuis des grandes pannes, évolué pour mieux contribuer à la stabilité du réseau, des centrales traditionnelles resteront vitales pour supporter le réseau et conserver sa stabilité (Cela veut dire qu’on ne peut pas accepter 100% de puissance éolienne mais seulement un pourcentage non précisé, disons 50% après avoir soustrait le nucléaire).

Perturbations se répercutant chez les voisins

      Le rapport prévient que la croissance de l’éolien en Allemagne va perturber les réseaux des pays voisins. La Belgique doit donc s’attendre à des changements soudains de puissance venant du Nord et devrait améliorer ses circuits de coupure pour s’isoler de leurs pannes générales. Elle ne doit pas compter sur ses voisins pour stabiliser son réseau au moment où elle atteindra elle-même sa limite d’éolien admissible, ce qui arrivera avant que ses premiers projets éoliens off-shore soient achevés.

       Un article similaire avait été publié en anglais sur Internet au Danemark mais sans la caution d’un acteur officiel du système électrique, sans des statistiques réelles du vent observé et sans la documentation technique qui en permet la vérification. D’après ce rapport, l’opérateur du réseau danois, Eltra, se plaint, comme E.On Netz, des mêmes problèmes de production excédentaire d’éolien et de sa difficulté à stabiliser le réseau, stabilisation assurée pour le moment grâce à la collaboration des réseaux voisins.

Conclusion

       Le rapport E.On Netz semble avoir été retravaillé par des juristes pour que la façon de s’exprimer (d’ailleurs en termes assez compliqués et mal traduits ici) évite d’attribuer des responsabilités pour les difficultés présentes. La phrase suivante (page 21) : «  De façon à empêcher que l’expansion future de l’éolien de puissance apporte un risque sérieux à la sécurité de l’approvisionnement, les constructeurs et opérateurs doivent s’assurer sur le plan technique que, dans le cas d’un défaut, les parcs éoliens contribuent aussi à éviter une situation critique pour le réseau », est une façon diplomatique de se plaindre que les parcs éoliens ne se soucient nullement des difficultés qu’ils causent au réseau.

       La conclusion de ce rapport n’est pas explicitement formulée mais elle est claire. Le réseau ne peut plus accepter des éoliennes sans des améliorations majeures (3 G€ d’investissements comme première estimation des lignes supplémentaires à haut voltage et des renforcements du réseau), la conservation d’une puissance minimum fournie par des centrales traditionnelles, des amendements à l’Acte sur les énergies renouvelables (par exemple, pour régulariser la connexion automatique) et la suppression des anciennes éoliennes qui se connectent intempestivement.

      L’électricité produite par les parcs éoliens de E.On Netz (11,3 TWh par 7 GW avec un facteur de charge de 18,5% pour un mix off-shore et on-shore) bénéficie d’un subside (de l’ordre de 90 €/MWh, soit de 2,35 G€/an pour 26 TWh pour toute l’Allemagne), soit sur 15 ans, [11,3 x 90 x 15 =] 15,25 G€. Si tous les renforcements d’un réseau de type E.On Netz (lequel dessert un ensemble éolien plus puissant que celui de la totalité des Etats-Unis) sont de 6 G€ (si l’on inclut les indemnisations équitables pour les terrains traversés par les milliers de km de lignes à très haute tension), on peut en conclure qu’une mise à niveau de ce réseau pour qu’il puisse supporter un accroissement de l’éolien augmenterait le prix des subsides actuels de l’éolien de 39%.  (6 G€ ajoutés à 15,25 G€= 21.25 G€).

      La meilleure solution est évidemment de geler tout accroissement du parc éolien mais un réseau ne peut pas dire cela explicitement à propos de la politique officielle. E.On Netz n’est pas vitalement concerné par la poursuite de la politique éolienne actuelle car il a le droit de répercuter ses coûts sur le consommateur. On ne pourra pas l’accuser de n’avoir pas prévenu que le développement éolien provoquait une évolution catastrophique.

        Si les autorités allemandes ont leurs raisons cachées pour continuer à autoriser de l’éolien, elles seront obligés de tenir compte des contraintes techniques. La progression devra attendre que les fabricants d’éoliennes améliorent leur mode opératoire de connexion, que des innovations permettent de stabiliser un réseau ayant plus de 5,7 % d’éolien et que des autorisations de construire des lignes à haute tension soient accordées. La production éolienne ne peut pas dépasser une limite de l'ordre de 10%.

       Il serait souhaitable que la question du financement du réseau soit chiffrée et acceptée par des politiciens soucieux du pouvoir d’achat futur des consommateurs.

       La construction d’un réseau de transport électrique européen va camoufler le gouffre financier creusé par l’éolien mais rien ne fait penser que ce système global sera sensiblement plus efficace puisqu'aucune étude sur des statistiques réelles ne l'a encore démontré. E.On va probablement se fusionner dans ce grand réseau, un grand projet qui englobera les énormes investissements nécessaires sans qu’on doive justifier ces dépenses.

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