L’Europe, bien cachée sous les nuages en ce mois de mai 2016, ne cesse pourtant de battre des records de production d’énergies renouvelables, que ce soit au Portugal (4 jours de consommation électrique sans utiliser d’énergies fossiles) ou en Allemagne où l’Energiewende se poursuit.

Revenons sur la cas de notre voisin germanique pour lequel les données sont nombreuses et facilement consultables. Jeudi 12 mai, à midi, l’éolien et le solaire assuraient 50 % de la production électrique allemande alors qu’en France, ces mêmes énergies peinaient à assurer 5% de notre production malgré une météo pas moins clémente et un rendement de fonctionnement identique (50% de la puissance installée).

L’écart tient bien évidemment à la puissance installée — 6 GW en France, 40 GW en Allemagne — mais aussi à la prééminence de l’énergie nucléaire en France. Toujours au même moment, l’Allemagne produisait, en effet, 7 GW à partir de ses centrales nucléaires, nous 42 GW (soit avec un rendement de fonctionnement égal à 67% de la puissance installée, pas mirifiquement meilleur que notre solaire sous les nuages donc).

On reparlera nucléaire, énergies fossiles (et charbon!) un peu plus loin, je voudrais d’abord que l’on discute de pourcentages. En effet, quelques jours plus tôt, dimanche 8 mai, près de 90 % de la consommation allemande a été couverte par les énergies renouvelables ! yikes myopera smiley

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Je me suis montré sciemment imprécis dans cette dernière phrase. En réalité, la consommation allemande d’électricité a été couverte par les EnR à près de 90% entre 12:00 et 15:00. Le reste de le journée les EnR ont fourni 50% min. de la demande, même la nuit. Comme jeudi d’ailleurs où ce ratio de 50% s’est maintenu toute la journée même durant le pic de production.

Il y aurait énormément de choses à dire. Je vais essayer d’être synthétique.

La première remarque, c’est que, oui c’est donc possible. Si cela va sans dire, précisons-le tout de même.

Et si ce ratio de 90% a été possible, c’est aussi parce que ce dimanche, comme sans doute tous les dimanches, les Allemands ont moins consommé qu’en semaine. C’est bien la preuve que la sobriété est un préalable incontournable à une transition d’ampleur.

On entend parfois aussi dire que cela ne peut pas marcher parce que la nuit, il ne fait pas assez jour pour les cellules photovoltaïques. Ne nous étendons pas trop sur ce truisme et constatons ensemble que les EnR qui se maintiennent la nuit permettent, toujours, de couvrir 50% de la consommation électrique. Notamment parce que la nuit, on consomme moins d’électricité.

À force de le répéter, vous l’aurez sans doute remarqué, nous ne parlons, là, que d’électricité. Si les Allemands ne sont plus très loin de leur objectif pour 2020 (18% de l’énergie finale en EnR), n’oublions pas que près de 90 % de l’énergie primaire consommée par les Allemands est de l’énergie fossile ou fissible. Les choses évoluant rapidement en Allemagne, on est aujourd’hui plus près de 15% que de 11,1% (graphique ci-dessous de 2014) de la consommation couverte par les énergies vertes.

primaryenergyconsumptiongermany2014

Avant de nous moquer, rappelons qu’en France, nous dépendons pour 90% aussi des énergies fossiles ou fissibles. Si 40% est pour nous d’origine nucléaire, nous avons une dépendance au pétrole pas bien moins élevée (30% au lieu de 35%).

Cela veut donc clairement dire que, quelque occidental que nous soyons, notre dépendance aux fossiles est gigantesque ! Il est complètement aberrant de croire répondre aux déplétions en cours sans plus de sobriété et d’efficacité.

Disons tout de suite ce que le problème n’est pas : nous n’allons pas manquer d’énergie fossile. Il y en a plein mais de moins en moins accessible si bien qu’il faut de plus en plus d’énergie pour extraire de l’énergie !

Alors qu’avec un baril de pétrole, on soutirait 40 barils dans les champs conventionnels d’Arabie Saoudite, il faut maintenant 3 barils pour soutirer un baril de pétrole des sables bitumineux des régions actuellement en feu du Canada. On voit bien qu’on approche une limite physique !

Pour récupérer ces précieuses ressources, on a besoin de plus en plus de métaux. On a tout en tête les westerns où le pétrole jaillissait du sol comme un geyser, on avait juste besoin d’un jerrycan, rien de plus. Imaginez, en revanche, toutes les machines et l’acier associé pour faire chauffer les sables bitumineux et en tirer le jus noir tant convoité.

Malheureusement, les métaux, très demandés (même pour le nucléaire ou les EnR whistle myopera smiley), sont de moins en moins accessibles eux aussi. On a donc besoin de plus d’énergie, plus de pétrole, pour émietter de plus en plus des roches de plus en plus profondes.

C’est un cercle vicieux, « un problème systémique sans précédent : il nous faut dépenser plus d’énergies pour extraire des métaux moins concentrés, et il nous faut plus de métaux pour une énergie moins accessible. » (P. Bihouix).

Mais revenons à nos moutons et aux records de production renouvelable en Allemagne. Une des conséquences, étonnante pour le grand public, est que les prix ont chuté lourdement jusqu’à se retrouver dans le négatif durant plusieurs heures !

chart (2)

Si cela paraît une bonne nouvelle pour les consommateurs, en réalité, cela trahit la trop grande rigidité du réseau actuel : les centrales nucléaires et les centrales au charbon sont incapables de s’arrêter rapidement, cela occasionne un surplus de production que l’on brade à tout va si bien qu’on a fini par payer les Allemands, durant quelques heures, pour consommer de l’électricité.

Ne nous excitons pas trop vite ! Les énergies vertes ne produisent pas de l’énergie gratuite ou rémunérante, elles ne le feront jamais. Si elles abaissent le coût de l’énergie, jamais un réseau 100% énergie verte ne vous paiera pour consommer sa production.

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Ceux qui sont prêts à vous payer pour consommer, ce sont ceux qui assurent la production de base, dite aussi « de ruban », pour caractériser le fait qu’elle est permanente et quasiment inflexible (cf. bande orangé sur production française présentée plus haut). C’est cette inflexibilité, cette incapacité à produire moins de façon rapide (pour le même coût), qui rend ces producteurs-là prêts à payer pour que vous consommiez leur production. Mieux vaut vous payer que d’être contraint d’éteindre des centrales (et les redémarrer après nervous myopera smiley), cela leur coûterait trop cher. J’entends quelques mauvaises langues parmi vous souffler que c’est ce qui explique la naissance simultanée du chauffage électrique et de la ventilation mécanique en France, pfff  o myopera smiley

Ces prix négatifs sont, finalement, une assez mauvaise nouvelle pour la transition énergétique allemande. D’une part parce qu’ils contrarient les producteurs conventionnels qui voient d’autant plus la transition d’un mauvais œil que cela les contraint à « offrir » leur énergie ; d’autre part, parce que cela rend les investissements dans des productions flexibles complémentaires aux EnR difficilement rentables.

Pour les transitionneurs allemands, il faut, en effet, investir dans des solutions ultra-flexibles (de 10 à 50 GW en quelques heures) capables d’être complémentaires de la production renouvelable, par essence fluctuante. Le fonctionnement « en ruban » des centrales au charbon ou nucléaires (encore moins réactives) est inadapté pour compléter la production verte par manque de flexibilité (à coût constant) et du fait d’un coût au kWh peu concurrentiel.

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« Sérieusement, nous devons abandonner la production de base. L’énergie nucléaire est la moins flexible de ces productions. Oubliez donc la combinaison du nucléaire avec l’éolien et le solaire, ils ne se mélangent pas plus que l’eau et l’huile. » (Craig Morris, rédacteur technique à l’IRENA, primé par l’IAEE en 2014)

Le choix allemand d’abandonner le nucléaire pour 2022 est une force motrice pour se passer du fonctionnement en base et basculer vers des solutions complémentaires réactives. En France, nous sommes coincés dans une souricière atomique :
– Pour augmenter notre part d’EnR dans notre mix électrique, il vaut mieux que la consommation électrique baisse. De facto, sans investissement, la proportion d’énergie verte augmenterait alors, en effet.
– Pour que la production électrique ne représente que 50% de la consommation sans éteindre de centrales, il faudrait, étant donné la surcapacité actuelle, que la consommation électrique augmente très significativement (+ 40 à 50%). Ce n’est pas la tendance actuelle et même avec un parc de 5 millions de voitures électriques, on ne pourrait s’attendre qu’à une hausse de + 3 %.
– Pour diviser par deux notre consommation globale comme nous nous y engageons pour 2050, il faudrait mieux que la consommation électrique diminue plutôt qu’augmente.

Qu’entendent les Allemands par solutions complémentaires réactives ?

centrale-gaz-cycle-combineIl y a tout d’abord les centrales thermiques fonctionnant aux énergies fossiles mais capables de flexibilité, en particulier les centrales à gaz à cycle combiné. Du fait de leur rendement élevé (70% contre 35% pour une centrale plus classique), elles sont moins polluantes et ont une contribution deux fois moindre à l’effet de serre. Converties au biogaz, elles pourront prétendre à un bilan d’exploitation presque nul.

Au gaz ou avec une biomasse différente, les centrales à cogénération sont l’option la plus vertueuse. En combinant production électrique et production de chaleur (pour réseau), la centrale Niehl 3, par exemple, affiche un rendement de 85 %eek myopera smiley

Transformer le réseau, le rendre plus intelligent est aussi une étape indispensable. D’abord au sein même du pays, en reliant mieux les zones qui produisent à celles qui consomment mais aussi en engageant des coopérations avec toute l’Europe.

Il est également essentiel de gérer la demande à sa source. Par des mesures de sobriété, d’efficience mais aussi par des productions d’appoint chez le consommateur. Des fabricants ont travaillé ainsi sur le moteur Strirling (et Ericsson) pour permettre de la cogénération domestique à partir de gaz, de biogaz et même de bois.

Il y a enfin le fameux stockage d’énergie qui excite tous les geeks. À partir du moment où la production renouvelable allemande dépassera le 100 % de la consommation électrique, il deviendra, en effet, intéressant et important de stocker cette énergie « propre » (sans CO2).

Cependant, ne nous emportons pas trop vite, le stockage d’énergie ne constituera pas un mur d’investissement infranchissable. En effet, si l’on en croit le renommé Institut Fraunhofer, le besoin supplémentaire de stockage restera faible (5 GW de pompage-turbinage sont déjà installés), même avec 90% d’énergies renouvelables dans le mix :

« Jusqu’à une part d’électricité renouvelable de 60 %, l’ajout de périphériques de stockage de puissance n’est pas une condition préalable pour l’ajout de centrales solaires et éoliennes… Même à haut degré de pénétration (90 % en Allemagne), l’équilibrage requis est largement possible sans stockage d’énergie supplémentaire. » (Presseinformation 2014)

Il y a pléthores de solutions de stockage plus ou moins prometteuses. L’institut Fraunhofer travaille, en particulier, sur 7 technologies :
– les batteries,
– le stockage électrique via des super-condensateurs,
– le stockage électro-mécanique (air comprimé),
– le stockage thermo-chimique (ex : matériaux à changement de phase),
– les piles à combustibles.

Mais bien plus intéressant encore, il y a le stockage fonctionnel ! N’oublions pas que l’électricité n’est pas une énergie mais un vecteur énergétique, c’est-à-dire un véhicule de l’énergie. Ce qui nous intéresse ce n’est pas l’électricité en elle-même mais ce qu’elle nous apporte, par ex. la chaleur (notre premier besoin) et la mobilité (véhicules électriques).

En fonctionnant en intégration électricité-chauffage-transport, on peut ainsi stocker les surplus de production dans des véhicules électriques ou des réseaux de chaleur (Power-To-Heat/P2H).

image-994120-galleryv9-ffeb-994120Portée par l’augmentation de fréquence des prix négatifs (succès des EnR oblige), cette dernière solution a le vent en poupe. Elle est d’une simplicité enfantine : quand il y a surplus de production électrique, on utilise la puissance pour chauffer de l’eau avec une résistance électrique. Oui, oui, comme votre bouilloire ! Enfin plusieurs dizaines de milliers de bouilloires. L’eau chaude est ensuite envoyée dans un réseau de chaleur ou stockée en attendant de la demande. Simple, peu coûteux et très efficace (rendement de 98%) !

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« Power-to-heat and thermal storage are of utmost interest. » (Professor Dr Ulrich Wagner, scientific director at the Research Center for Energy Economics)

Terminer sur une telle note optimiste me paraît très bien. Si vous voulez en savoir plus, consultez donc les nombreux liens que j’ai inclus dans ce billet.

Pour conclure, l’Allemagne ne tourne pas (encore) aux énergies renouvelables… Mais elle a pris les choses au sérieux, vous ne trouvez pas ?!

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3 réflexions sur “L’Allemagne tourne-t-elle aux énergies renouvelables ?

  1. Bravo pour cet article ! Et pendant ce temps, nos politiques et EDF restent embourbés dans le nucléaire. En France, on avance très peu sur le dossier des énergies renouvelables alors qu’il est évident qu’en prenant en mains le sujet trop tard, on aura du mal à combler nos lacunes.
    Au niveau politique, on ne voit même pas qui pourrait porter ces idées !

  2. Très bon article, merci.

    Cela dit, le rendement global du Power-to-Heat ne me parait pas fameux … Passer de l’électricité à la chaleur, c’est une sacré perte de qualité de l’énergie. De plus la chaleur ne sert qu’à …chauffer (^^) et on n’aura pas forcément besoin de chaleur à ce moment là (au hasard en été)
    J’ai une préférence pour le Power-to-Gas de Négawatt qui est beaucoup plus versatile (le gaz peut servir à tout, chauffage, mobilité, électricité) et où les capacités de stockage sont énormes et déjà existantes. Par contre, le rendement du Power-to-Gas est pas top top actuellement il me semble …

    1. Bonjour et merci jgandy73 !

      Il ne faut pas mettre en concurrence frontale le P2G et le P2H mais les voir comme des solutions complémentaires, à adapter en fonction du besoin et des prix de l’électricité.

      stockage sur réseau MuGriFlex

      Si j’ai fait l’impasse sur le premier et que j’ai évoqué le second, c’est parce que c’est une solution à la fois simple, d’un excellent rendement (98% contre < 60% pour le P2G) et ridiculement peu coûteuse, on parle d'un amortissement en 67 semaines sans même intégrer la revente de la chaleur ! 😮

      Le P2H a le vent en poupe en Allemagne du fait de la croissance de la fréquence des prix négatifs. Il est très intéressant pour un industriel d'être payé pour chauffer de l'eau que vous revendez ensuite, vous y gagnez deux fois sans investir beaucoup.

      Je crois qu'il ne faut pas non plus dénigrer la chaleur qui a l'avantage d'être le "déchet entropique ultime". Je veux dire, on est déjà dans la forme d'énergie la plus dégradée, on ne risque pas de pertes de transformations. Or, la chaleur est de loin notre premier besoin, dans le résidentiel (cf. graphique ci-dessous), comme dans l'industrie (40% de la consommation d'énergie finale, voire 60% dans les industries à haute température).

       Estimations of the ‘Final energy consumption’, ‘Final energy consumption for heating and warm water’ and ‘Useful energy for space heating and warm water’ for the residential sector for each Member State

      En été, lorsque la demande est moindre, l’industrie reste un client possible mais également la génération de froid par sorption.

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