Un approvisionnement sûr en électricité issue d’énergies renouvelables ne peut réussir que si nous améliorons également l’infrastructure du réseau. Au sein de l’Energy Science Center (ESC), les chercheurs cherchent des moyens intelligents de rendre le réseau électrique apte à la transition énergétique, même sans extension coûteuse.
Ces derniers mois, la Suisse a posé d’importants jalons en matière de politique énergétique. Depuis que les électeurs ont clairement approuvé l’abandon des énergies fossiles en été 2023 avec la loi sur la protection du climat et qu’ils ont également clairement confirmé cette année la loi sur l’électricité pour un développement rapide des énergies renouvelables, l’objectif net zéro est désormais également ancré dans la loi : la Suisse ne doit plus émettre de gaz à effet de serre supplémentaires d’ici 2050 au plus tard.
Pour cela, elle doit électrifier les transports et les chauffages, compenser l’abandon du nucléaire et couvrir les besoins croissants en électricité avec l’énergie hydraulique, photovoltaïque et éolienne. L’avenir énergétique sera donc ici aussi climatiquement neutre, renouvelable et électrique.
Pas de tournant énergétique sans un réseau électrique solide
Si la Suisse mise de plus en plus sur le photovoltaïque et l’éolien, le réseau doit compenser à tout moment la production fluctuante des énergies renouvelables et s’adapter à la demande. Or, les réseaux existants ne sont pas encore conçus de manière optimale pour cela. Le manque de capacités de réseau entraîne rapidement des goulets d’étranglement.
"C’est pourquoi nos réseaux doivent être développés et transformés au fur et à mesure de la croissance des énergies renouvelables", explique Christian Schaffner, directeur de l’Energy Science Center (ESC) de l’ETH Zurich. Sans un réseau solide et flexible, l’électricité issue des énergies renouvelables ne peut pas être intégrée efficacement. "Cela rend l’extension et la transformation du réseau électrique inévitables", constate Schaffner.
La question est d’abord posée à Gabriela Hug, professeur d’énergie à l’ESC. Elle est professeur de systèmes énergétiques électriques à l’EPF de Zurich et préside l’Energy Science Center (ESC). "Nous devons ici faire la distinction entre le réseau de transport et les réseaux de distribution en Suisse", explique Hug.
Un bon réseau avec les voisins
En tant que pays de transit de l’électricité, la Suisse possède un solide réseau de transport, dont Swissgrid est responsable. A ce niveau de réseau le plus élevé, avec les lignes à très haute tension, le pays est très bien connecté avec les pays voisins et intégré dans le commerce européen. Les augmentations de tension prévues permettront de renforcer les lignes critiques.
Environ deux tiers du réseau de transport, qui compte au total 6700 kilomètres, ont aujourd’hui entre 50 et 80 ans et devront être remplacés dans les années à venir.
Mais Hug estime qu’il faut surtout agir dans les niveaux inférieurs du réseau. "L’électricité solaire produite de manière décentralisée sur le toit de la maison et la voiture électrique dans le garage sollicitent surtout les réseaux locaux à basse tension", explique la spécialiste des réseaux électriques.
Energy Week @ETH 2024
L’avenir du réseau électrique suisse est également un thème de l’Energy Week @ ETH : le grand événement de l’Energy Science Center (ESC) aura lieu du 4 au 8 novembre 2024 à l’ETH Zurich - avec des dialogues ciblés, un symposium et une exposition sur le système énergétique de demain. Le délai d’inscription est fixé au 31 octobre.
Cliquez ici pour consulter le programme ou vous inscrire directement.
"Nos analyses de plus de 60 zones d’approvisionnement ont montré que c’est dans l’extension et la transformation du réseau de distribution qu’il y a le plus à faire, mais dans des proportions très différentes", confirme Demiray. Cela dépend parfois de la typologie des réseaux, c’est-à-dire s’ils couvrent des zones urbaines, rurales ou périurbaines, mais aussi du niveau d’aménagement individuel, ce qui rend difficile toute conclusion générale.
Le tournant énergétique a lieu dans le réseau de distribution
La plupart des installations photovoltaïques et des pompes à chaleur ainsi que toutes les voitures électriques fonctionnent sur les niveaux de réseau les plus bas, à savoir le réseau basse tension ou de distribution (220 à 400 V). Seulement, ces réseaux n’ont pas été conçus pour une alimentation électrique dynamique et décentralisée.
Néanmoins, les réseaux de distribution relient désormais de plus en plus souvent les installations de production à des consommateurs puissants et injectent et retirent des flux d’électricité toujours plus importants. Si une grande quantité d’électricité photovoltaïque est produite, des surtensions se produisent localement, tandis qu’une consommation de charge plus importante due aux pompes à chaleur et aux voitures électriques entraîne des sous-tensions. Dans les deux cas, des surcharges locales peuvent apparaître sur le réseau. Et cela coûte cher.
Turhan Hilmi Demiray ne connaît que trop bien ce problème. Il dirige le Centre de recherche sur les réseaux d’énergie (FEN), qui se consacre à l’ESC aux questions liées au secteur énergétique local. Cet été, Demiray a co-rédigé une étude sur les besoins d’extension et de transformation des réseaux de distribution pour l’Association des entreprises électriques suisses.
La flexibilité évite l’extension du réseau
"Nous avons actuellement de très nombreux projets avec des gestionnaires de réseaux de distribution. Et tous veulent savoir comment planifier leurs réseaux de manière rentable pour l’avenir", explique Demiray. Il existe deux approches pour renforcer le réseau : le cuivre et le Grips.
Le cuivre représente l’extension traditionnelle du réseau : comme autrefois, il faut enfouir de nouvelles lignes dans le sol, renforcer le câblage et les transformateurs. C’est coûteux, mais efficace et parfois inévitable. Les opérateurs de réseau s’orientent souvent vers la charge maximale et surdimensionnent les projets physiques - ce qui renchérit encore l’extension du réseau.
Grips est synonyme d’intelligence et de flexibilité : la numérisation et les concepts intelligents de gestion des flux d’électricité jouent ici un rôle décisif. L’injection limitée de photovoltaïque et la réduction des pics de charge des pompes à chaleur et des véhicules électriques, combinées à des batteries domestiques utiles au réseau, assurent la flexibilité. Cela permet de stabiliser le réseau électrique et de réduire substantiellement les coûts d’extension.
Des sources de flexibilité recherchées
Le principe s’applique toutefois à l’ensemble du réseau électrique : si la production y varie typiquement de la minute à la saison, le réseau doit devenir plus flexible en conséquence à ces échelles de temps.
Demiray précise : "Les batteries, les accumulateurs de pompage, les lacs d’accumulation alpins et les accumulateurs de chaleur saisonniers pour l’hiver sont alors des moyens de compensation idéaux. Mais les approches smart grid pour une gestion intelligente du réseau et de la consommation ainsi qu’une intégration complète de la Suisse dans le marché européen de l’électricité sont également des ressources essentielles qui permettent de réduire la charge", explique le spécialiste du réseau électrique.
Dans une étude très remarquée commandée par la Confédération, le centre de recherche Réseaux énergétiques 2022 s’est penché sur la sécurité d’approvisionnement dans le domaine de l’électricité en Suisse et en Europe. L’analyse a montré que trois aspects sont décisifs pour la sécurité d’approvisionnement suisse : La production flexible d’électricité par l’énergie hydraulique, le commerce d’électricité (importation en hiver), ainsi que le réseau électrique très bien intégré avec l’Europe. "Ce sont des sources de flexibilité très précieuses", explique Demiray.
Décharge grâce aux véhicules électriques
Dans le projet de promotion Sweet-Pathfindr de l’OFEN, des chercheurs de l’ESC cherchent, en collaboration avec des entreprises d’approvisionnement et des communes, des moyens d’utiliser de manière optimale les options de flexibilité, la numérisation et le couplage des secteurs.
Dans ce cadre, ils se penchent également sur la question de savoir dans quelle mesure l’e-mobilité pourrait contribuer à la flexibilité du réseau électrique suisse - par exemple si les voitures électriques sont rechargées lorsque l’électricité est disponible en quantité suffisante. Des prix dynamiques de l’électricité pourraient aider à mettre en place les bonnes incitations.
Demiray résume : "Plus le réseau électrique est intelligent et flexible, plus il est capable d’équilibrer les pics d’énergie solaire, hydraulique et éolienne, et moins il a besoin d’extension physique du réseau".
"Mais on ne peut pas remplacer complètement l’extension. "Même si nous utilisons toutes les flexibilités, il y aura toujours un besoin d’extension", constate Hug en souriant.
"Le réseau électrique suisse en soi est bien adapté à l’avenir. Mais il faut investir à la fois dans l’extension physique du réseau et dans de nouveaux concepts de gestion", conclut Schaffner. Cuivre et intelligence - les deux sont importants.
Série "Solutions énergétiques pour la Suisse
La Suisse doit réduire ses émissions de gaz à effet de serre à zéro net d’ici 2050. Cela nécessite un approvisionnement énergétique sans fossiles, basé sur des sources d’énergie renouvelables et durables - un énorme défi pour le pays. L’ETH Zurich et son Energy Science Center soutiennent le tournant énergétique en Suisse en proposant des solutions concrètes dans les domaines de la recherche, de l’enseignement et du transfert de connaissances.
Déjà paru :
