Un bilan des énergies renouvelables (EnR) au 1er semestre 2014

Une augmentation du nombre d’installations éoliennes et photovoltaïques raccordées au 1er semestre 2014.

Au premier semestre 2014, on constate une reprise des raccordements pour les filières éolienne et photovoltaïque. Après 3 années de baisse continue de la croissance du parc éolien, on dénombre près de 420 MW raccordés contre 248 MW pour le premier semestre 2013.
On note également une relance de la croissance du parc photovoltaïque avec près de 400 MW raccordés au premier semestre 2014.
Les parcs éolien et photovoltaïque au 30 juin 2014 s’élèvent respectivement à 8 575 MW et 4 763 MW.

La filière éolienne :

Installations éoliennes raccordées au 30 juin 2014

Le parc éolien raccordé représente une puissance de 8 575 MW dont 414 MW sur le réseau de RTE, 7 709 MW sur le réseau d’ERDF et 434 MW sur les réseaux des ELD (Entreprises locales de distribution).
Le parc éolien raccordé depuis fin décembre 2013 progresse de 418 MW. Ce volume raccordé au premier semestre 2014 représente une progression de 5 %.
La file d’attente de raccordement des installations éoliennes en France continentale est de 9805 MW au 30 juin 2014 contre 10 285 MW au 31 décembre 2013.

La file d’attente de raccordement sur le réseau de RTE est de 4 743 MW (dont 3 123 MW d’installations éoliennes offshore).
La file d’attente sur les réseaux de distribution est de 5 062 MW au 30 juin 2014 (dont 4 484 MW sur le réseau d’ERDF et 578 MW sur les réseaux des ELD).

Production éolienne du 1er juillet 2013 au 30 juin 2014
La production éolienne du 1er juillet 2013 au 30 juin 2014 s’élève à 17,5 tWh, soit une progression de 12 % par rapport à la période précédente.
Le facteur de charge moyen mensuel pour la période allant du 1er juillet 2013 au 30 juin 2014 est de 25 %.
Le taux moyen de couverture de la consommation par la production éolienne est de 3,7 % pour la période.

 

 

Les technologies de production éolienne

La technologie éolienne transforme l’énergie du vent en énergie électrique. Le vent met en mouvement le rotor permettant sa transformation en énergie mécanique. La vitesse de rotation de l’arbre entraîné par le mouvement des pales (5 à 15 tours par minute) est accélérée par un multiplicateur (technologie synchrone). Cette énergie mécanique est transmise au générateur qui la transforme en énergie électrique. Dans le cas d’un générateur synchrone, l’énergie mécanique est directement transmise au générateur sans passer par un multiplicateur.
L’électricité produite par une éolienne transite par un transformateur situé dans la nacelle ou au pied du mât qui en élève la tension.
Un parc éolien est constitué de plusieurs aérogénérateurs, espacés de plusieurs centaines de mètres, connectés entre eux par un réseau interne souterrain et raccordés au réseau public par l’intermédiaire
d’un poste de livraison.

S’agissant de l’évolution des caractéristiques des machines, si au début des années 2000, la hauteur moyenne des mâts installés en France se situait aux environs de 50 mètres, ce chiffre a régulièrement évolué pour atteindre 90 mètres en moyenne aujourd’hui. Le diamètre du rotor dépend quant à lui de la technologie de chaque aérogénérateur, mais également d’une adaptation des pales aux conditions de vent propres à chaque site (pour un site peu venté, on utilisera des pales d’une surface importante afin de
capter le maximum de puissance).

 

Les éoliennes installées aujourd’hui sont généralement d’une puissance de 2 à 3 MW en éolien terrestre et de 6 MW ou plus en éolien offshore.
Plusieurs modèles de turbines actuellement commercialisées dépassent les 3 MW unitaires. On pourrait ainsi s’attendre à une poursuite de l’augmentation de la puissance moyenne des éoliennes dans les prochaines années. Néanmoins, les contraintes de transport et d’installation d’éoliennes de grande dimension pourraient atténuer cette tendance.
On assiste également à un développement des gammes d’éoliennes équipées d’un rotor (pales) de diamètre de plus en plus important par rapport à leur puissance nominale, en raison des progrès technologiques liés à la fabrication des pales, et de la demande concernant l’équipement de sites plus faiblement ventés

Les turbines éoliennes constituant le parc sont chacune équipées d’un transformateur qui élève la tension de sortie des générateurs, généralement de 400 ou 690 V, à une tension de niveau HTA (20 kV).
Le réseau interne du parc éolien connecte les éoliennes du parc entre elles jusqu’au point de livraison, interface entre l’installation de production et le réseau public. Dans le cas d’une installation de production raccordée au RPT, le réseau interne intègre un poste de transformation HTA/HTB permettant d’élever la tension au niveau de celle du réseau de transport.

Objectifs nationaux et régionaux

 

La filière photovoltaïque :

Installations photovoltaïques raccordées au 30 juin 2014

Le parc photovoltaïque raccordé représente une puissance de 4763 MW dont 311 MW sur le réseau de RTE, 4133 MW sur le réseau d’ERDF et 227 MW sur les réseaux des ELD (Entreprises locales de distribution).
Le parc photovoltaïque raccordé depuis fin décembre 2013 progresse de 397 MW. Ce volume raccordé au premier semestre 2014 représente une progression du parc de 9 %.

File d’attente des raccordements au 30 juin 2014
La file d’attente de raccordement des installations photovoltaïques aux réseaux de RTE et d’ERDF est de 2527 MW au 30 juin 2014 contre 2 415 MW au 31 décembre 2013.

 

Production photovoltaïque du 1er juillet 2013 au 30 juin 2014
La production photovoltaïque du 1er juillet 2013 au 30 juin 2014 s’élève à 5,5 tWh soit une progression de 18 % par rapport à la période précédente.
Le facteur de charge moyen pour la période du 1er juillet 2013 au 30 juin 2014 est de 14 %.
Le taux moyen de couverture de la consommation par la production photovoltaïque est de 1,2 % pour la période.

 
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Les technologies de production photovoltaïque

L’effet photovoltaïque désigne la propriété de certains semiconducteurs qui génèrent un courant électrique quand ils sont exposés à la lumière du soleil. Ces propriétés sont mises en œuvre dans la production d’électricité à partir d’installations solaires photovoltaïques.
Caractérisation et composants d’une installation photovoltaïque Les composants clés d’une installation photovoltaïque sont :

– Les cellules photovoltaïques (le plus petit élément de production d’électricité).
– Les modules photovoltaïques (ensemble de cellules interconnectées et isolées de l’environnement extérieur, encore désigné par les termes « panneaux solaires »).
– Les onduleurs (dont la fonction est de transformer en courant alternatif le courant continu généré par les modules).
Les autres matériels électriques et électroniques (acheminement du courant, protection des biens et des personnes, monitoring, batteries le cas échéant, etc.).
– Les structures du support.

Une installation photovoltaïque peut être implantée sur des bâtiments de toute nature ou au sol, et peut être raccordée au réseau électrique. La taille des installations varie de quelques kW (segment résidentiel par exemple), à plusieurs centaines de kW (segment des bâtiments professionnels de taille moyenne à grande)
ou plusieurs MW (très grands bâtiments ou parcs au sol).

Les familles de cellules photovoltaïques

-Les cellules en silicium cristallin :
Ce type de cellule est constitué de fines plaques de silicium, élément chimique abondant et qui s’extrait notamment du sable ou du quartz. Le silicium est obtenu à partir d’un seul cristal ou de plusieurs cristaux : on parle alors de cellules monocristallines ou multicristallines. Les cellules en silicium cristallin sont d’un bon rendement(*) (de 14 à 15 % pour le multicristallin et de près de 16 à 21 % pour le monocristallin). Elles représentent près de 90 %(**) du marché actuel.

– Les cellules en couches minces :
Les cellules en couches minces sont fabriquées en déposant une ou plusieurs couches semi-conductrices et photosensibles sur un support de verre, de plastique ou d’acier. Cette technologie permet de diminuer le coût de fabrication, mais son rendement est inférieur à celui des cellules en silicium cristallin (il est de l’ordre de 5 à 13 %). Les cellules en couches minces les plus répandues sont en silicium amorphe, composées de silicium projeté sur un matériel souple. La technologie des cellules en couches minces connaît actuellement un fort développement, sa part de marché étant passée de 2 %, il y a quelques années,
à plus de 10 %(**) aujourd’hui.

– Les autres types de cellules
Les cellules à concentration : elles sont placées au sein d’un foyer optique qui concentre la lumière. Leur rendement est élevé, de l’ordre de 20 à 30 %, mais elles doivent absolument être placées sur un support mobile afin d’être constamment positionnées face au soleil.

Les cellules organiques : composées de semi-conducteurs organiques déposés sur un substrat de plastique ou de verre, ces cellules, encore au stade expérimental, offrent un rendement moyennement élevé (de l’ordre de 5 à 10 %) mais présentent des perspectives intéressantes de réduction de coûts.

Raccordement d’une installation photovoltaïque

L’électricité produite par l’effet photovoltaïque au niveau des modules étant en courant continu, le réseau interne de l’installation de production intègre systématiquement un ou plusieurs onduleurs, afin de convertir cette électricité en courant alternatif, lui permettant d’être injectée sur le réseau public. L’architecture de ce réseau interne varie selon le type d’installation (bâtiment résidentiel ou tertiaire, centrale au sol…), selon la tension de raccordement et selon le choix du producteur.

Raccordement d’une installation résidentielle
Une installation photovoltaïque résidentielle, d’une puissance installée d’environ 3 kW, est composée d’une dizaine de modules connectés entre eux sur la toiture et raccordés au réseau public par l’intermédiaire d’un onduleur unique.

Raccordement d’une installation « commerciale »
Une installation sur toiture « commerciale » suit le même principe, mais est composée d’un nombre beaucoup plus important de modules photovoltaïques, généralement regroupés en chaînes (« strings ») de dizaines de modules. La puissance installée se situe généralement entre 10 et 250 kW, voire plus.

Raccordement d’une centrale au sol
La puissance d’une centrale photovoltaïque « au sol » va de quelques centaines de kW à plusieurs MW. Le réseau interne de l’installation intègre un ou plusieurs onduleurs (onduleur central versus onduleurs « strings ») permettant de produire un courant alternatif, ainsi qu’un transformateur dont le rôle est d’élever la tension de sortie des onduleurs à la tension de raccordement (HTA, généralement 20 kV).

La filière hydraulique

Puissance hydraulique raccordée au 30 juin 2014
Le parc hydraulique raccordé représente une puissance de 25 434 MW dont 23 684 MW sur le réseau de RTE,
1470 MW sur le réseau d’ERDF et 58 MW sur les réseaux des ELD (Entreprises locales de distribution).
Le parc hydraulique ne connaît pas d’évolution significative des capacités raccordées depuis la fin des années 1990.
File d’attente des raccordements au 30 juin 2014 La file d’attente pour le raccordement des installations
hydrauliques aux réseaux publics de transport et de distribution est de 562 MW au 30 juin 2014, contre 443 MW au 31 décembre 2013.
Elle se répartit entre 457 MW sur le réseau de RTE, 102 MW sur le réseau d’ERDF et 3 MW sur les réseaux des ELD.

Production hydraulique renouvelable du 1er juillet 2013 au 30 juin 2014
La production hydraulique renouvelable du 1er juillet 2013 au 30 juin 2014 s’élève à 65 tWh. (La production hydraulique totale, incluant la part non renouvelable produite par les installations turbinant de l’eau remontée par pompage, est de 70 TWh).
Le taux moyen de couverture de la consommation par la production hydraulique renouvelable pour la période du 1er juillet 2013 au 30 juin 2014 est de 13,8 %.

 

Parc hydraulique et types de centrales

Avec une capacité installée de 25 434 MW, la filière hydraulique est la deuxième source d’électricité française, et la première parmi les sources renouvelables. Le parc hydraulique est réparti entre 23 684 MW raccordés au réseau de transport et 1 750 MW aux réseaux de distribution (dont 222 MW sur le réseau d’EDF-SEI en Corse).
Après une croissance historique soutenue depuis les années 1950, la capacité du parc hydraulique s’est stabilisée au tournant des années 1990 autour de 25 000 MW. Aucune évolution significative n’a été enregistrée depuis.

 

Les « centrales lacs », situées dans les lacs en aval des moyennes et hautes montagnes, ont une durée de remplissage de réservoir supérieure à 400 heures et permettent un stockage saisonnier.

Les « centrales éclusées », situées principalement dans les lacs en aval des moyennes montagnes, ont une durée de remplissage de réservoir comprise entre 2 et 400 heures et assurent une fonction de modulation journalière, voire hebdomadaire (pic de consommation journalière, entre les jours ouvrés et non ouvrés…).

Les centrales hydrauliques se répartissent en différentes catégories selon la durée de remplissage de leurs réservoirs.

Les « centrales fil de l’eau », situées principalement dans les plaines, présentent une retenue de faible hauteur et ont une durée de remplissage inférieure à 2 heures. Elles ont donc des capacités faibles de modulations par le stockage et leur production dépend du débit des fleuves.

Par ailleurs, les centrales dites « stEP » (les stations de transfert d’énergie par pompage), fonctionnant en cycles pompageturbinage entre un réservoir inférieur et un réservoir supérieur, grâce à des turbines-pompes réversibles, constituent un outil de stockage efficace contribuant à l’équilibre du système électrique.
Les réservoirs peuvent être alimentés dans certains cas par des apports naturels significatifs.

 

Les s3RenR : outil de planification des réseaux pour l’accueil des énergies renouvelables électriques

Les réseaux publics de transport et de distribution d’électricité peuvent se définir comme des infrastructures permettant la mise en relation de la production d’électricité aux usages finals.
Les réseaux électriques ont été dimensionnés pour transporter et distribuer l’énergie produite par des moyens de production centralisés pour répondre à des demandes d’énergies localisées.

Le développement des réseaux électriques a suivi historiquement la croissance de la pointe de consommation. Le déploiement depuis quelques années des moyens de production éoliens et photovoltaïques, caractérisés par leur nombre important et leur répartition sur l’ensemble du territoire, constitue un nouveau défi pour les réseaux électriques de transport et de distribution.

Cette évolution de la structure de production a un impact important sur le réseau de distribution. Avec le raccordement de 300 000 installations et une moyenne de 30 000 nouvelles installations par an, le réseau de distribution doit à la fois répondre à ces demandes et adapter ses règles d’exploitation pour pouvoir collecter l’énergie produite et la distribuer localement ou l’acheminer vers le réseau de transport d’électricité.

Le développement des moyens de production décentralisés a également un impact sur le réseau de transport d’électricité.
En effet, les excédents de production non soutirés localement sont transportés par le réseau de RTE vers d’autres pôles de consommation. De plus, ces moyens de production décentralisés et variables – éoliens et photovoltaïques – ont un impact sur l’équilibre offre-demande.

Ainsi, ces nouvelles caractéristiques de la production nécessitent un développement du réseau de transport d’électricité à l’échelle à la fois nationale et européenne (à travers les interconnexions) pour assurer la mutualisation des installations et répondre à l’équilibre offre-demande.

Cette transition énergétique, d’ores et déjà amorcée, a vocation à s’accélérer, comme en témoignent les différents objectifs européens, nationaux et régionaux. Afin d’assurer dans de bonnes conditions leur intégration aux réseaux électriques, les énergies renouvelables bénéficient avec les schémas régionaux de raccordement aux réseaux des énergies renouvelables (S3REnR) d’un cadre adapté.