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Les solutions de Smart grids pour répondre au besoin de modernisation des réseaux

Pour compenser le caractère intermittent des énergies renouvelables et pallier les difficultés de construction de nouvelles lignes électriques, l’Allemagne mise sur deux évolutions : d’une part, le déploiement d’outils de stockage de l’électricité et, d’autre part, l’efficacité énergétique et le développement de systèmes de gestion de la demande.

Le stockage de l’électricité : faire sauter un verrou majeur du développement des EnR

Les systèmes de stockage de l’électricité permettront d’intégrer plus facilement les énergies renouvelables aux réseaux électriques. C’est la raison pour laquelle l’Allemagne a instauré un dispositif légal très incitatif en faveur des diverses formes de stockage.

D’une part, le gouvernement allemand a voté en juillet 2005 un article dans la loi relative à la sauvegarde de l’approvisionnement en énergie (§ 118.6 de l’Energiewirtschaftsgesetz - EnWG) l’exemption des droits d’accès au réseau et de la contribution au financement des énergies renouvelables EEG (équivalent CSPE) pour les moyens de stockage de l’électricité.

D’autre part, l’Allemagne subventionne fortement la recherche sur le stockage. Le 17 mai 2011, le gouvernement fédéral a ainsi annoncé que 200 millions d’euros seraient consacrés à la recherche sur le stockage. En outre, le 5e programme du gouvernement fédéral allemand pour la recherche et l’innovation sur les nouvelles technologies de l’énergie a fait du stockage une de ses priorités. Il fait partie du programme intégré Energie-Climat piloté par le ministère de l’Economie et de la Technologie (BMWi).

Dans ce domaine, la coopération entre gouvernement et industrie prend la forme d’alliances au sein desquelles les industriels s’engagent à effectuer des investissements de recherche et développement nettement supérieurs aux aides publiques. Dans le cadre de l’alliance « Lithium-Ion-Batteries » 2015 démarrée en 2008, le gouvernement fédéral contribue à hauteur de 60 millions d’euros pour une participation industrielle de 360 millions d’euros.

Enfin, le ministère fédéral en charge de l’Économie et de la Technologie a annoncé le 10 janvier 2013 une nouvelle initiative dédiée spécifiquement aux systèmes de stockage d’énergie (« Energiespeicher »). Cette initiative représente une priorité en matière de financement au sein du 6e programme de recherche sur l’énergie allemand.

L’ensemble des technologies de stockage font l’objet de 4 axes de recherches :

  • 1. La technique du « power-to-gas », ou stockage sous forme d’hydrogène, qui consiste, lorsque les éoliennes et panneaux solaires produisent un surplus d’électricité au regard de la demande, à produire de l’hydrogène par hydrolyse grâce à l’électricité excédentaire et ainsi à stocker l’énergie sous forme gazeuse dans des réservoirs.
  • 2. La technique du « power-to-heat », ou stockage thermique à l’aide de pompes à chaleur, qui permet une utilisation innovante des pompes à chaleur généralement utilisées pour chauffer les bâtiments.
  • 3. Le stockage diffus par batterie, notamment les batteries utilisées dans les véhicules électriques.

En effet, conformément aux objectifs du Plan de développement national en faveur de l’électromobilité de 2009, l’Allemagne a un objectif d’un million de véhicules électriques d’ici à 2020 et six millions d’ici à 2030. Dans cette perspective, il faut construire les infrastructures nécessaires et moderniser le réseau pour répondre à la demande en électricité supplémentaire. Dans ce cadre, le ministère fédéral des Transports mène actuellement des projets pilotes dans huit villes et régions allemandes. Par exemple, les Berlinois peuvent déjà louer et essayer des véhicules électriques au départ des grandes gares ferroviaires de leur ville et à Stuttgart des bus hybrides équipés d’un moteur diesel et d’un moteur électrique sont déjà en circulation.

Le programme « batterie de stockage » établi pour la période 2009-2012 prévoit un budget de 35 millions d’euros dans le but de promouvoir de nouveaux développements dans les technologies de stockage d’électricité (incluant les matériaux supraconducteurs). En outre, une fondation allemande pour la recherche sur les batteries au lithium de forte puissance a été créée et de nouvelles priorités sur le sujet ont été définies par l’association de centres de recherche Helmholtz.

  • 4. Le stockage par air comprimé : le ministère fédéral de l’Environnement participe au financement de projets de recherche sur des systèmes hybrides éolien-CAES, permettant de valoriser l’énergie électrique produite par les éoliennes installées en mer du Nord.

Un système de stockage CAES d’une puissance de 290 MW fonctionne depuis 1978 à Huntorf. Son rendement est néanmoins assez faible, les systèmes les plus prometteurs étant les systèmes de stockage adiabatique, qui permettent une diminution importante des pertes énergétiques par restitution de la chaleur résultant de l’étape de compression (rendement électrique d’environ 70 %).

Le projet ADELE (acronyme de « système de stockage d’énergie adiabatique à air comprimé pour la fourniture d’électricité »), sélectionné au cours du 6e programme-cadre de recherche et développement de l’Union européenne, associe de nombreux partenaires (RWE Power, GE Global Research, Ed. Züblin AG, le TÜV SÜD Industrie Service, 50Hertz Transmission, ainsi que les instituts de recherche, Otto-von-Guericke de Magdebourg et l’Institut Fraunhofer Centre d’Application pour les systèmes techniques d’Ilmenau (IOSB)). Il a pour objectif de développer cette technologie (compresseurs, stockage thermique, cavités intéressantes) et d’identifier des procédés pertinents et valorisables dans les conditions actuelles et futures du marché énergétique.

Le territoire allemand et tout particulièrement les régions côtières de la mer du Nord, bénéficient de conditions géologiques avantageuses pour l’implantation de dispositifs de stockage d’air comprimé.

Pour en savoir plus :

Dossier sur le stockage

L’efficacité énergétique et la gestion de la demande : faire face à la variabilité des EnR en jouant sur la consommation

Alors que la proportion d’énergies renouvelables dans le mix énergétique allemand augmente très fortement, il devient de plus en plus difficile de gérer l’équilibre du système électrique en agissant sur l’offre. C’est la raison pour laquelle l’Allemagne a fait le choix d’investir dans l’efficacité énergétique et de développer les systèmes de gestion de la demande.

L’action allemande en faveur de l’efficacité énergétique repose sur trois piliers, mis en œuvre progressivement depuis 2002 dans le cadre de l’ordonnance de conservation de l’énergie (EnEv en allemand) :

  • réduire la demande d’énergie à travers un cadre légal contraignant, imposant des obligations d’amélioration de la performance énergétique des bâtiments et une utilisation accrue de sources renouvelables chez les distributeurs d’électricité ;
  • proposer des incitations financières à travers des subventions et prêts pour réduire la consommation d’énergie dans l’environnement bâti à tous les échelons administratifs (fédéral, régional, municipal). A l’échelle fédérale, ces incitations sont proposées par la banque d’investissement publique KfW, avec un fort soutien financier de l’État allemand ;
  • informer pour faire évoluer les comportements énergétiques, en travaillant avec les échelons régionaux et locaux, en développant des standards applicables au travers des diagnostics de performance énergétique, mais aussi en soutenant des projets pilotes à l’échelle de tout le pays.

Dans le cadre de son projet « Systèmes énergétiques efficaces », la dena (l’ADEME allemande), en association avec le ministère fédéral de l’Économie et de la Technologie, a lancé un groupe de travail consacré à la gestion de la demande. Le groupe de travail a été créé pour déterminer les « réservoirs » en matière de gestion de la demande dans les secteurs du commerce, de l’industrie et des entreprises publiques et pour développer les instruments adéquats afin de capter ces réservoirs.

Pour en savoir plus :

Site (en allemand) de la dena sur l’efficacité énergétique et la gestion de la demande

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