Le consommateur dans le système électrique
Comment consommons-nous l’énergie ? C’est probablement la partie de la chaîne qui te semble la plus familière. Nous allons toutefois essayer d’apporter de nouveaux éclairages afin de t’aider à mieux comprendre les conséquences que la gestion de l’énergie et sa transformation peuvent avoir pour le consommateur final avant qu’elle n’arrive dans nos foyers.
Sommaire
Offre et demande d’électricité
L’intégration des énergies renouvelables dans le système électrique
Autoconsommation photovoltaïque et nouveaux défis pour le système électrique
Offre et demande d’électricité
Première leçon fondamentale : dans un système électrique, l’offre et la demande d’électricité doivent être en permanence en équilibre.
Concrètement, cela signifie que :
- on ne peut pas consommer plus d’électricité que ce que les centrales sont capables de produire à un instant donné ;
- mais les centrales ne doivent pas non plus produire beaucoup plus que la demande réelle à ce moment-là.
En résumé : on consomme exactement l’électricité qui est produite en temps réel.
Comment consommons-nous l’énergie ?
La responsabilité de maintenir cet équilibre entre l’offre et la demande d’électricité revient au gestionnaire du système électrique (ou au gestionnaire du réseau de transport) de chaque pays.
Comment s’y prend-il ?
En grande partie grâce au fait qu’il existe des profils de consommation assez prévisibles :
- Sur une journée typique, les pics de demande les plus élevés apparaissent souvent en soirée, lorsque nous rentrons chez nous, préparons le dîner, allumons la télévision et l’éclairage dans toutes les pièces.
- À l’échelle de la semaine, la consommation d’électricité est généralement plus élevée en semaine que le week-end.
- Sur l’année, la période où l’on consomme le moins d’électricité se situe souvent entre la fin de l’été et le début de l’automne, lorsque les journées sont encore longues et les températures douces.
En hiver, au contraire, la demande d’électricité augmente nettement : nous avons besoin de lumière artificielle plus longtemps et souvent d’énergie pour le chauffage (ou pour alimenter des pompes à chaleur).
En été, dans beaucoup de pays, la demande reste élevée en raison de l’utilisation croissante de la climatisation.
Ces évolutions quotidiennes, hebdomadaires et saisonnières sont essentielles pour permettre au gestionnaire du système de prévoir la demande et de faire en sorte que l’offre et la demande d’électricité restent alignées.
Le mix énergétique
Le gestionnaire du système électrique, chargé de couvrir la demande, s’appuie sur ces prévisions de consommation pour décider quelles centrales doivent produire et à quel niveau de puissance, à chaque instant. Comme nous l’avons dit, la production doit toujours égaler la demande.
Qu’est-ce que le mix énergétique ?
L’offre d’électricité est composée de différentes sources et technologies de production. L’ensemble de ces sources forme ce qu’on appelle le mix énergétique (ou mix électrique) : c’est la combinaison de technologies de production qu’un pays ou une région utilise pour satisfaire ses besoins en électricité.
Tu peux imaginer le mix énergétique comme une recette de cuisine où chaque technologie est un ingrédient :
- Dans certains pays, l’énergie nucléaire est un ingrédient dominant.
- Dans d’autres, le mix est davantage orienté vers les énergies renouvelables, à condition qu’il y ait suffisamment de puissance installée et des conditions favorables.
Par exemple, l’énergie solaire photovoltaïque contribue généralement beaucoup plus en été et en journée, lorsque les journées sont longues et le ciel souvent dégagé.
De plus, de nombreux pays sont interconnectés entre eux par leurs réseaux électriques : il est donc possible d’importer et d’exporter de l’électricité. Le mix énergétique d’un pays ne dépend pas uniquement de ses centrales nationales, mais aussi des échanges transfrontaliers.
Pour déterminer quels types de centrales sont nécessaires pour couvrir la demande, on distingue généralement :
- les heures de pointe, où la demande augmente fortement ;
- les heures creuses, où la demande est plus faible et plus stable.
Les systèmes de production conventionnels – y compris les centrales hydroélectriques – basés sur la rotation mécanique d’un alternateur ou sur des technologies très stables comme les centrales nucléaires, permettent de couvrir une grande partie de la demande de manière fiable.
Il est également intéressant de noter que certaines technologies, comme l’énergie nucléaire, sont moins contraintes par la localisation que, par exemple, l’hydroélectricité : les centrales nucléaires peuvent être implantées plus près des grands centres de consommation ou des régions à fort intérêt économique, alors que les centrales hydroélectriques doivent être situées là où la ressource en eau est disponible.
L’intégration des énergies renouvelables dans le système électrique
Mais ce paysage a profondément évolué au cours des dernières décennies.
Nous sommes de plus en plus conscients des effets négatifs des sources conventionnelles basées sur les combustibles fossiles.
La combustion continue du charbon dans les centrales thermiques, par exemple, émet de grandes quantités de CO₂, qui contribuent au réchauffement climatique, avec des conséquences importantes pour la vie sur Terre.
Comment les sources d’énergie renouvelable sont-elles intégrées au réseau ?
Pour répondre à ce problème, de nombreux pays ont commencé à remplacer progressivement les centrales les plus polluantes par des installations alimentées par des énergies renouvelables, beaucoup plus respectueuses de l’environnement.
Parmi les énergies renouvelables évoquées dans l’article sur la production, deux se distinguent particulièrement aujourd’hui :
- l’énergie éolienne
- l’énergie solaire photovoltaïque
Dans de nombreux pays, ces deux technologies représentent déjà une part importante du mix électrique.
En France, RTE – Réseau de Transport d’Électricité fournit, via le site éCO2mix, les données suivantes sur le mix quotidien de production d’électricité.
Cette intégration croissante de l’éolien et du photovoltaïque dans le système électrique représente toutefois un véritable défi pour les gestionnaires de réseau.
Pourquoi ?
Parce que le principal problème de ces sources est leur forte variabilité :
Pour les parcs éoliens et les centrales photovoltaïques, en revanche, la production dépend fortement des conditions météorologiques et peut évoluer rapidement, tant en volume total qu’en part relative de chaque source dans le système.
Avec les centrales conventionnelles, il est relativement facile de contrôler et de prévoir la production : au fond, la vitesse de rotation d’une turbine se régule assez précisément.
Autoconsommation photovoltaïque et nouveaux défis pour le système électrique
Parallèlement, un autre phénomène s’est développé : de plus en plus de ménages et d’entreprises choisissent d’installer des panneaux solaires sur leurs toits.
Le coût relativement bas et la facilité d’installation du solaire font que l’autoconsommation photovoltaïque devient de plus en plus répandue : produire une partie de son électricité directement sur son toit et la consommer sur place, sans dépendre uniquement de l’énergie prélevée sur le réseau.
Les principaux objectifs sont :
- devenir plus indépendant du réseau et de potentiels problèmes d’approvisionnement ;
- réduire la facture d’électricité et obtenir un meilleur retour économique qu’en achetant 100 % de l’énergie au réseau.
Mais cette montée de l’autoconsommation photovoltaïque a un impact direct sur le système électrique :
- La courbe de charge vue par le gestionnaire de réseau change : lorsque de nombreux toits produisent de l’électricité à midi, le prélèvement sur le réseau diminue, puis la demande peut remonter fortement en soirée.
- La part de production décentralisée au niveau des réseaux de distribution augmente.
- Le système dans son ensemble a besoin de davantage de flexibilité, aussi bien du côté de la production que de la consommation.
C’est pourquoi, dans le secteur de l’énergie, on parle de plus en plus de :
- flexibilité du système électrique et
- solutions de stockage d’énergie – autrement dit de systèmes de stockage d’électricité (batteries et autres technologies) capables d’emmagasiner l’énergie excédentaire lorsque la production renouvelable est abondante et de la restituer lorsque la demande est élevée ou que la production renouvelable est faible.
Nous reviendrons plus en détail sur le stockage d’énergie et les différentes technologies disponibles dans de prochains articles.
Pour conclure
On va s’arrêter là pour aujourd’hui.
J’espère que cette série t’a aidé à regarder le système électrique avec un œil nouveau.
Et peut-être qu’à la prochaine fois où tu allumeras la lumière chez toi, tu te poseras la question :
- Cette électricité vient-elle du vent ?
- Du soleil ?
- D’une centrale nucléaire ou au gaz ?
Si nous avons réussi à éveiller cette curiosité, alors le voyage en valait déjà la peine.