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une énergie propre: infrastructure de réseau

Août 2019

L'objet du désir: un réseau du XXIe siècle pour un avenir sans carbone

L'énergie renouvelable est devenue bon marché et abondante. Il faut donc une infrastructure de réseau de pointe pour l'exploiter davantage.

L'État de l'Indiana est le deuxième plus gros consommateur de charbon aux États-Unis. Il figure également dans le top 10 des producteurs américains. Alors pourquoi vient-il de décider d'abandonner le charbon? La réponse est simple: son coût. 

Après avoir exploité des mines de charbon depuis 1830, l'Indiana abandonne ce combustible fossile au profit de l'énergie solaire et de l'éolien. Selon sa principale centrale, cette décision se traduira par plusieurs milliards de dollars d'économies pour les consommateurs.

L'Indiana n'est pas un cas isolé. Dans d'autres États américains et pays du monde, les coûts de production de l'électricité renouvelable ont considérablement chuté, permettant ainsi à l'énergie photovoltaïque et éolienne de détrôner les combustibles fossiles.1

C'est une bonne nouvelle à l'heure où les villes et les pays du monde s'efforcent de réduire les émissions de carbone responsables du réchauffement de la planète et où le nombre croissant d'appareils, véhicules et bâtiments connectés dope la demande en électricité.

Cependant, une énergie propre et bon marché ne sera d'aucune utilité si elle ne peut être mise à disposition avec fiabilité là où il faut, de jour comme de nuit. C'est là que le réseau électrique intervient.

Les réseaux électriques assurent la correspondance entre la quantité d'électricité produite et la charge (ou la quantité) consommée. Or, l'infrastructure de réseau actuelle, déjà mise à mal par les phénomènes météorologiques extrêmes comme les ouragans ou les incendies, est mal équipée pour gérer l'élan en faveur des énergies renouvelables.

Du fait du caractère intermittent du photovoltaïque et de l'éolien, ces sources d'électricité ne sont pas adaptées à une distribution d'énergie à grande échelle.

C'est pourquoi le monde a besoin d'infrastructures de transport de pointe.

Afin d'explorer les solutions envisageables, des membres du Conseil Consultatif de Pictet sur l'énergie propre et de l'équipe des investissements stratégiques se sont récemment rendus à Denver, au laboratoire national pour les énergies renouvelables (NREL) et à l'institut de recherche sur la production d'électricité (EPRI) de Palo Alto. Ces deux organisations sont réputées pour leurs travaux précurseurs sur les énergies renouvelables.

Les membres de notre Conseil Consultatif ont ainsi constaté par eux-mêmes les progrès effectués dans le domaine des technologies renouvelables. Ils ont également obtenu des informations actuelles sur les besoins en termes d'infrastructures générés par la transition vers les véhicules électriques, ainsi que sur les défis et opportunités que représentent l'intégration d'une part croissante d'énergies renouvelables dans le réseau électrique.

Vaincre les limites des réseaux CA

Le réseau actuel repose sur un système unidirectionnel qui consiste à acheminer l'électricité des centrales vers les foyers et les entreprises. Il utilise du courant alternatif (CA) pour le transport sur de longues distances comme pour la distribution locale.

Le CA a peu évolué depuis son apparition à la fin du XIXe siècle, où il remporta la «guerre des courants» et s'imposa comme la norme dans les réseaux d'électricité du monde entier.

Avec un transformateur, le CA peut être aisément converti en différentes tensions. Le revers de la médaille est la perte d'énergie au cours du transport. Pour une tension équivalente, elle est deux fois plus élevée avec un système CA (courant alternatif) qu'avec un système CC (courant continu), capable de transporter de l'énergie efficacement et à moindre coût sur de très longues distances.

Les limites du CA sont d'autant plus criantes lorsqu'il s'agit de distribuer de l'énergie renouvelable, car les courants photovoltaïque, éolien et hydroélectrique sont généralement produits loin de leur lieu d'utilisation.

Les membres de notre Conseil Consultatif estiment que la capacité renouvelable des réseaux CA est limitée à 15% du mix de courant total.

Une augmentation de ce pourcentage pourrait déstabiliser le réseau et entraîner des pannes de courant régulières.

C'est là que le courant continu peut faire la différence. 

le jeu de la puissance

Accélération de l'intégration de l'énergie renouvelable dans les réseaux grâce au CCUHT

modèle de réseau CCUHT

Source: Pictet Asset Management, Tepco, CEERT

Sous sa forme moderne, le courant continu ultra-haute tension (CCUHT) est plus puissant encore. Il est en effet capable de gérer des tensions de 1 100 kV, contre 1,5 kV pour le CC classique.

Le CCUHT peut également relier des systèmes de transmission CA non interconnectés de différentes zones (cf. schéma). Concrètement, un macro-réseau CCUHT permet aux gestionnaires de réseau de puiser tout au long de la journée dans différentes sources d'énergie, situées à plusieurs centaines voire milliers de kilomètres. Ils peuvent ainsi passer efficacement d'une source à l'autre en fonction de la demande et des conditions météorologiques.

Près d'une décennie après avoir été le premier pays à adopter le CCUHT, début 2019, la Chine a inauguré la ligne CCUHT la plus longue et la plus puissante de la planète. Cette nouvelle ligne s'étend sur plus de 3200 km, soit plus que la distance qui sépare Londres de Moscou. Elle fournit 66 milliards de kilowattheures d'électricité produits dans l'extrême nord-ouest du pays, qui comprend de nombreuses installations photovoltaïques et éoliennes,  vers l'est fortement peuplé, répondant ainsi à la demande de 50 millions de foyers.

Le CCHT n'a pas uniquement le vent en poupe en Chine. L'Europe prévoit elle aussi de moderniser son infrastructure de réseau avec un objectif ambitieux: devenir un maillon de transmission clé qui permettra à un puissant réseau de transport paneuropéen de distribuer de l'électricité au-delà des frontières, acheminée des régions ensoleillées ou venteuses vers les zones pluvieuses et nuageuses.

À titre d'exemple, l'Allemagne met actuellement en place une ligne CCHT pour transporter de l'énergie renouvelable du nord du pays, où le vent souffle en abondance, vers les régions du sud à forte consommation.

Cette ligne, qui s'étend sur 800 km et a été baptisée Sudlink, devrait aider l'Allemagne à réaliser l'objectif qu'elle s'est fixée à l'échelle nationale, à savoir couvrir 65% de ses besoins en énergie avec des sources renouvelables d'ici 2030 (contre 38% à l'heure actuelle).

Des voix critiques pointent du doigt le coût initial élevé du CCUHT, qu'elles considèrent comme un obstacle non négligeable à son adoption.

Les retombées positives à long terme pourraient cependant être énormes. Selon les membres de notre Conseil Consultatif, les projets d'infrastructure européens sont généralement amortis en trois à cinq ans grâce aux économies liées aux gains d'efficacité.

Les projets d'infrastructure européens sont généralement amortis en trois à cinq ans grâce aux économies liées aux gains d'efficacité.

Le vent du Wyoming

Fondamentalement, les États-Unis, qui sont les plus gros consommateurs d'énergie de la planète, sont convertis au CC.

Le projet TransWest Express (USD 3 milliards) consiste à installer une ligne de transmission CCUHT pour transporter l'électricité éolienne produite dans le Wyoming sur près de 1200 km jusqu'en Californie, demandeuse d'énergie propre pour réaliser ses objectifs de réduction de carbone.

Le NREL estime à USD 1 milliard par an le montant des économies que la ligne permettra de réaliser pour les consommateurs californiens.2

Une étude menée par l'Earth System Research Laboratory (ESRL) révèle que des réseaux électriques tels que celui-ci, qui optimisent l'exploitation du potentiel de l'éolien, une énergie abondante, pourraient permettre de réduire les émissions de carbone de 80% par rapport aux niveaux de 1990.3

Investir dans la transition énergétique mondiale

Grâce aux nouvelles technologies de réseau innovantes, le passage aux énergies renouvelables pourrait s'accélérer. Elles sont prometteuses pour les investisseurs, qui devraient bénéficier d'une transition à long terme vers un monde à faible émissions de carbone.

Le fonds Pictet-Clean Energy investit dans des entreprises qui jouent un rôle important dans cette transition vers une énergie propre.

Le secteur du CC haute tension offre de multiples opportunités d'investissement, ce marché étant appelé à croître à un taux annuel composé de près de 9%. Il devrait peser USD 16,3 milliards d'ici 2026.4

Les technologies sur lesquelles reposent les systèmes CCHT devraient elles aussi prospérer, notamment les semiconducteurs industriels, des composants essentiels au fonctionnement des réseaux électriques.

Des puces en silicone sont par ailleurs nécessaires pour convertir différentes tensions CA et CC en différentes fréquences, ce qui contribue à minimiser les pertes d'énergie et à maintenir un flux d'électricité stable.

Le demande en semiconducteurs industriels devrait ainsi doubler entre 2016 et 2022 pour atteindre USD 81 milliards et croître de 10% chaque année.5