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Article - Réseaux et développement des réseaux

Les réseaux électriques du futur

Introduction

Réseaux électriques et infrastructure ; Source : Bundesnetzagentur

© Bundesnetzagentur

L'Allemagne dispose d'un réseau électrique bien développé et très ramifié. Les gestionnaires de réseaux sont les premiers compétents pour garantir une exploitation sûre des réseaux et les développer en fonction des besoins. Leurs responsabilités sont clairement définies dans la loi sur le secteur énergétique (EnWG) : Les gestionnaires de réseaux doivent assurer la satisfaction de la demande en électricité et contribuer, par des réseaux fiables, à la sécurité de l'approvisionnement en Allemagne.

Le réseau électrique allemand se subdivise en réseaux de transport (très haute tension) et en réseaux de distribution (haute tension, moyenne tension et basse tension).

Longues distances : réseaux de transport

Les réseaux de transport permettent le transport d'électricité sur de longues distances, dans toute l'Allemagne et au-delà des frontières, pour l'amener directement et avec aussi peu de pertes que possible jusqu'aux grands centres de consommation. Le réseau allemand à très haute tension est raccordé au réseau d'interconnexion européen par des lignes d'interconnexion. Les réseaux de transport d'électricité ont une longueur d'environ 35 000 kilomètres. L'électricité est transportée à une tension de 220 kilovolts (kV) ou de 380 kV (très haute tension).

Les gestionnaires de ces réseaux de transport sont des prestataires de services qui exploitent l'infrastructure des réseaux de transport d'électricité sur de longues distances aux fins du transport de l'énergie électrique, assurent l'entretien des réseaux, développent et modernisent les lignes électriques et garantissent sans discrimination l'accès des distributeurs et des fournisseurs à ces réseaux.

Leur tâche consiste par ailleurs à maintenir aussi faibles que possible les variations du réseau qui résultent d'écarts entre la demande et la quantité d'électricité produite à un moment donné. En Allemagne, le réseau de transport à très haute tension est, pour l'essentiel, dans les mains de quatre gestionnaires : Transpower (TenneT), 50Hertz Transmission, Amprion et EnBW Transportnetze.

Acheminement direct jusqu'au consommateur : réseaux de distribution

Au niveau des réseaux de distribution, l'électricité est transportée à haute, moyenne et basse tension.

  • Haute tension : de 60 kV à 220 kV (longueur des lignes électriques : environ 77 000 km)
    Le réseau haute tension est destiné à la distribution primaire de l'électricité. L'électricité est acheminé des réseaux à très haute tension vers les postes de transformation des grandes agglomérations ou des grandes exploitations industrielles.
  • Moyenne tension : de 6 kV à 60 kV (longueur des lignes électriques : environ 479 000 km)
    Le réseau moyenne tension distribue l'électricité à des postes de transformation régionaux ou l'amène directement à des établissements d'une certaine importance, tels que, par exemple, les hôpitaux ou les usines.
  • Basse tension : de 230 V à 400 V (longueur des lignes électriques : environ 1 123 000 km)
    Le réseau basse tension est destiné à la distribution secondaire de l'électricité. Le réseau basse tension dessert les ménages, les petites exploitations industrielles, le commerce et l'artisanat ainsi que les administrations. Les réseaux présentant des niveaux de tension inférieurs sont destinés à la distribution de l'électricité aux consommateurs. Un grand nombre de gestionnaires de réseaux régionaux et communaux opèrent dans ce domaine.

Défis pour les réseaux électriques

La libéralisation a entraîné un durcissement constant des exigences auxquelles doivent répondre les réseaux électriques. Dans le droit fil de l'augmentation des échanges d'électricité, du développement des énergies renouvelables et de la séparation croissante qui s'ensuit entre les grands centres de production et de consommation d'électricité, les quantités d'électricité transportées se sont accrues, et on observe des fluctuations croissantes de la production d'électricité ainsi que leur impact sur les réseaux.

Des investissements considérables dans le développement et la modernisation des réseaux électriques sont nécessaires pour continuer de répondre à ces exigences. Le 21 janvier 2015, l'Agence fédérale des réseaux a remis au ministère fédéral de l'Économie et de l'Énergie un rapport sur l'évaluation et les propositions concernant le développement de la réglementation incitative, l'outil principal de la réglementation des gestionnaires de réseaux. Le rapport porte également sur la manière dont les conditions de réglementation devront être développées à l'avenir afin que les gestionnaire de réseaux puissent relever les défis que la transition énergétique leur pose.

Les réseaux doivent relever trois grands défis à l'échelle européenne.

  • La production d'électricité est moins régulière (« le vent ne souffle pas toujours ») : les variations ont un impact sur la stabilité des réseaux. Cet effet s'observe non seulement pour les grandes lignes à très haute tension qui sillonnent l'Allemagne (« réseaux de transport »), mais aussi pour les lignes électriques régionales (« réseaux de distribution »).
  • Un grand nombre de petites installations de production d'électricité se connectent au réseau (installations photovoltaïques sur les toits, petits parcs d'éoliennes, par exemple) : auparavant, les réseaux de transport amenaient l'électricité à sens unique jusqu'au consommateur par l'intermédiaire des réseaux de distribution ; aujourd'hui, les réseaux doivent assurer le transport d'électricité en tenant compte de l'électricité injectée en sens inverse.
  • Le commerce d'électricité à l'échelle de l'Union européenne s'intensifie : pour l'Allemagne en tant que pays de transit entre les marchés de l'électricité d'Europe occidentale et orientale, les perspectives d'échanges transfrontaliers d'électricité sont nettement supérieures en comparaison avec d'autres pays.

Face à ces défis, la production, les réseaux, le transport et la consommation ne peuvent être envisagés séparément. Une appréciation globale s'impose.

  • Nouvelles lignes : de nouvelles lignes sont le seul moyen de couvrir la distance entre les grands centres de production et de consommation. Pour cette raison, la loi sur le développement des lignes électriques (EnLAG) et la loi sur le développement accéléré du réseau (NABEG) ont été introduites afin d'accélérer la construction de lignes qui doivent être aménagées d'urgence.
  • Nouvelles technologies : la mise à l'essai de câbles souterrains et le recours au transport de courant continu à haute tension doivent être possibles là où ces solutions sont économiquement efficientes et utiles sur le plan technique. Il faut en outre renforcer la recherche en tant que base pour la mise en valeur des potentiels technologiques (6e programme de recherche du gouvernement fédéral dans le domaine de l'énergie (version Anglaise)).
  • Coordination au niveau européen : Le réseau électrique allemand sera exploité par l'Europe. Le développement du réseau doit également se faire de manière coordonnée. La Commission européenne organise actuellement une consultation à l'échelle de l'Union européenne sur des projets d'intérêt commun concernant les infrastructures de gaz et d'électricité. Les commentaires quant aux propositions émanant des autorités, entreprises, associations, organisations de protection de l'environnement et particuliers seront acceptés jusqu'au 13 mars 2015. Cette consultation est disponible sur le site Internet de la Commission européenne (version anglaise).
  • Réseaux électriques intelligents (« smart grids ») : les réseaux, la production et les charges doivent interagir efficacement et intelligemment.

Tous les acteurs impliqués doivent unir leurs efforts : les gestionnaires de réseaux, les autorités locales responsables de la planification et des autorisations, ainsi que les initiatives citoyennes. Les échanges et la coopération sont les seules possibilités de faire prendre conscience de l'urgente nécessité du développement des réseaux.

Câblage souterrain dans le réseau de transport

L'électricité peut aussi bien être transportée de façon aérienne par des lignes aériennes que de façon souterraine par des câbles souterrains. Au niveau des réseaux de distribution, les lignes électriques souterraines sont courantes en Allemagne. Le transport d'électricité sur longues distances au niveau de la haute tension, c'est-à-dire via les réseaux de transport, est effectué, quant à lui, en règle générale via les lignes aériennes. Actuellement, le courant triphasé (tension alternative) est avant tout utilisé. À l'avenir, les lignes de courant continu haut voltage (lignes HVDC) doivent être aussi utilisées sur les nouvelles autoroutes de l'électricité dans le sens Nord-Sud (p. ex SuedLink).

Le gouvernement fédéral a posé les jalons pour un développement des réseaux plus rapide et accepté par la population : Après l'accord au sein de la coalition gouvernementale en juillet 2015, le Conseil des ministres fédéral a donné le feu vert en octobre 2015 au recours accru aux câbles souterrains dans le domaine de la tension continue (en allemand). Le Bundestag a adopté le 3 décembre 2015 le projet de loi (en allemand) (PDF: 377 KB) dans la version de l'amendement présenté par les groupes parlementaires de la coalition (en allemand) (PDF: 49 KB), décidé également le 18 décembre 2015 par le Bundesrat. Les nouvelles réglementations sont entrées en vigueur à la fin de l'année 2015.

Désormais, lors de la construction de nouvelles autoroutes de l'électricité (lignes HVDC) , les câbles souterrains seront préférés aux lignes aériennes. La priorité est donnée aux grandes lignes Nord-Sud comme « SuedLink » et « SuedOstLink ». De manière générale, les lignes aériennes de courant continu doivent être interdites dans les zones habitées. Elles seront seulement utilisées à titre exceptionnel, par exemple dans les zones où les intérêts de protection de la nature ont été identifiés ou dans les zones où les lignes existantes peuvent être utilisées sans avoir d'incidence notable sur l'environnement. Elles sont aussi envisageables lorsque la collectivité territoriale concernée en fait la demande expresse pour des raisons d'intérêts locaux.

L'utilisation de câbles souterrains pour les projets de courant triphasé (tension alternative) doit, elle, tout d'abord être mise à l'essai dans le cadre de projets pilotes afin d'accumuler des expériences et de promouvoir leur développement technique. Jusqu'à présent, l'expérience faite en matière de câbles souterrains en Allemagne ainsi que dans toute l'Europe dans le domaine du courant triphasé pour la très haute tension est très limitée. En effet, cette nouvelle technologie présente encore des défis techniques dans le réseau maillé en triphasé. Ces défis doivent être relevés avant une future utilisation de façon à sécuriser l'approvisionnement. Le gouvernement fédéral examine les progrès réalisés par cette technologie grâce à un mécanisme de suivi. Un projet pilote mené actuellement à Raesfeld en Rhénanie-du-Nord-Westphalie permet une première expérience concrète en matière de câbles souterrains. Les points forts et les lacunes de cette nouvelle technologie sont évalués sur une longueur de câble de 3,5 kilomètres. Pour en savoir plus sur ce projet, consulter cette vidéo (en allemand) de l'Agence fédérale des réseaux - électricité, gaz, télécommunications, postes et chemins de fer.

Les nouvelles réglementations étendent désormais aussi, de façon modérée, les possibilités d'enfouissement des câbles électriques de courant triphasé. Pour tous les projets pilotes, des câbles souterrains peuvent être utilisés sur des tronçons efficaces d'un point de vue technique et économique si les lignes aériennes planifiées ne respectent pas une certaine distance avec les bâtiments d'habitation. De plus, les nouvelles réglementations complètent les critères de l'installation éventuelle de câbles souterrains pour toutes les liaisons pilotes. En d'autres termes : En particulier là où il est nécessaire de protéger la nature, les lignes électriques peuvent être partiellement enterrées à l'avenir. En outre, après entente avec les Länder fédéraux, des projets pilotes supplémentaires ont été prévus dans le domaine du courant triphasé (PDF: 49,1 KB).

Le développement des réseaux est une partie intégrante indispensable de la transition énergétique

De bons réseaux bien développés permettent d'acheminer l'électricité aux consommateurs à des coûts avantageux. La transition énergétique confronte le transport de l'électricité à de nouveaux défis. La transformation et le développement des réseaux électriques nécessaires à cet effet sont par conséquent un aspect important de la transition énergétique. En effet, la structure de la production évolue. L'énergie solaire et éolienne seront de plus en plus produites de manière décentralisée et partiellement éloignée des unités de consommation. L'électricité produite par des installations éoliennes et de nouvelles centrales classiques dans le nord de l'Allemagne doit notamment être transportée vers les grands centres de consommation dans l'ouest et dans le sud du pays.

L'objectif du ministère fédéral de l'Économie et de l'Énergie (BMWi) est de faire progresser rapidement la transformation et le développement des réseaux électriques et de mieux intégrer ces activités au développement des énergies renouvelables. Les mesures requises pour le développement des réseaux sont élaborées dans le cadre d'une procédure en plusieurs étapes incluant la participation de la population. Afin d'évaluer les besoins, les gestionnaires de réseau de transport prévoient un ensemble de scénarios grâce auquel ils estiment l'évolution de la production et de la consommation d'électricité en tenant compte des objectifs sur le moyen et le long terme de la politique énergétique du gouvernement fédéral. Ces résultats sont pris en considération dans les plans de développement du réseau des gestionnaires de réseau de transport qui sont examinés et confirmés par l'Agence fédérale des réseaux.

Cadre juridique du développement des réseaux

Quatre textes encadrent le développement coordonné, accéléré et transparent des réseaux électriques : la loi sur le secteur énergétique (EnWG), la loi sur le développement accéléré du réseau (NABEG), la loi de programmation fédérale des besoins (BBPlG) et la loi sur le développement des lignes électriques (EnLAG).

Loi régissant le secteur de l'énergie (EnWG)
Dans les cadres de ses dispositions, la loi sur le secteur énergétique assure entre autres une planification annuelle coordonnée et transparente du développement du réseau allemand à très haute tension. L'évaluation des besoins de développement du réseau se traduit par une procédure en plusieurs étapes.

Loi sur le développement accéléré du réseau (NABEG)
La loi sur le développement accéléré du réseau (NABEG) facilite la planification de projets de développement des réseaux interrégionaux ou transnationaux. Les tracés des lignes sont planifiés et approuvés par l'Agence fédérale des réseaux (BNetzA) avec la participation de la population à un stade précoce. L'Agence fédérale des réseaux est également compétente pour les procédures d'approbation des plans relatifs aux projets de développement de réseau ; elle peut ainsi fixer le tracé exact des lignes. Le passage de la planification au niveau du Land à la planification au niveau fédéral permet de rationaliser la procédure et d'empêcher la fragmentation des compétences.

Loi de programmation fédérale des besoins (BBPlG)
La programmation fédérale des besoins reste l'instrument central du développement des réseaux électriques au niveau des réseaux de transport. Elle identifie les projets de développement prioritaires sur la base du plan de développement des réseaux et du plan de développement des réseaux offshore.

Loi sur le développement des lignes électriques (EnLAG)
Outre la programmation fédérale des besoins, la loi sur le développement des lignes électriques (EnLAG) de 2009 régit des projets prioritaires qui relèvent de la compétence exclusive des Länder.

Procédure à suivre : approche par étapes et participation de la population

L'ampleur du développement des réseaux en Allemagne ainsi que les tracés concernés sont déterminés dans le cadre d'une procédure à plusieurs étapes.

1. Scénarios de l'approvisionnement énergétique

Quelle quantité d'électricité consommerons-nous au cours des prochaines années, et où ? Quels rôles joueront désormais les centrales électriques classiques et les sources d'énergies renouvelables ? Un ensemble de scénarios permet de répondre à ces questions et fournit la base de l'indispensable planification du développement des réseaux. L'ensemble des scénarios est conçu par les gestionnaires de réseau de transport et approuvé par l'Agence fédérale des réseaux.

Les scénarios approuvés et les projets de scénarios sont disponibles par année cible sur le site Internet de l'Agence fédérale des réseaux.

2. Plan de développement des réseaux et rapport sur l'environnement

Les gestionnaires de réseau de transport établissent chaque année, sur la base des différents scénarios, un projet de plan de développement des réseaux qui est soumis à la population (consultation publique). Après la clôture de la consultation, les gestionnaires de réseau de transport retravaillent le projet et le présentent ensuite à l'Agence fédérale des réseaux (BNetzA) pour examen et confirmation. L'Agence fédérale des réseaux rédige ensuite un rapport sur l'environnement concernant le plan de développement des réseaux tel que validé. Ce processus a été réalisé pour la première fois en 2012 (pour l'année cible 2022). En novembre 2012, l'Agence fédérale des réseaux a remis au BMWi le premier plan national de développement des réseaux et le rapport sur l'impact environnemental (pour l'année cible 2022).

Outre le plan de développement des réseaux (NEP), les gestionnaires de réseau de transport ont pour la première fois créé en 2013 un plan de développement du réseau offshore (O-NEP), pour l'année cible 2023, qui prévoyait des lignes pour le raccordement d'installations éoliennes en mer. Depuis lors, le plan O-NEP représente une partie intégrante de la procédure décrite ci-dessus.

Les projets approuvés et les propositions des plans de développement des réseaux onshore et offshore ainsi que les rapports sur l'environnement sont disponibles sur la page Internet de l'Agence fédérale des réseaux (version allemande) et sont classés par année cible.

3. Programmation fédérale des besoins

La programmation fédérale des besoins est établie sur la base des plans de développement des réseaux. Les projets décrits dans la loi sur le développement des lignes électriques (EnLAG) ne sont pas inclus dans la programmation fédérale des besoins. La loi de programmation fédérale des besoins fixe les projets de développement concernant le réseau de transport qui sont prioritaires et nécessaires pour le secteur énergétique. La loi de programmation fédérale des besoins est mise à jour au moins tous les trois ans.

4. Décision relative aux tracés des lignes

La programmation fédérale des besoins, qui ne définit que le point de départ et d'arrivée des projets identifiés, est différente de la décision relative aux tracés des lignes. Lors du choix des axes de développement des lignes, les compétences sont clairement réparties : si les lignes prévues passent des frontières nationales ou des Länder, c'est l'Agence fédérale des réseaux qui décide du choix des axes (planification au niveau fédéral). Les décisions relatives aux tracés des lignes dans les limites d'un Land sont prises par les autorités compétentes du Land.

5. Fixation des tracés exacts des lignes dans le cadre de la procédure d'approbation des plans

Les axes déterminés à la quatrième étape sous-tendent la procédure d'approbation des plans. Les gestionnaires de réseau de transport doivent tout d'abord envisager plusieurs tracés possibles pour chaque axe. Leurs propositions font l'objet de débats publics et sont examinées quant à leur compatibilité environnementale. La procédure se clôture par une décision d'approbation des plans qui contient les tracés exacts des lignes supposés être les moins contraignants pour l'homme et l'environnement.

Participation de la population

Dans le cadre du développement des réseaux, le BMWi mise sur une information complète et un dialogue précoce avec les citoyens concernés. Le développement des réseaux ne peut réussir que si les projets prévus sont bien acceptés. C'est pourquoi l'Agence fédérale des réseaux (BNetza) permet à la population de participer le plus tôt possible et autant que possible à chaque étape de la procédure du développement du réseau.

Raccordement au réseau d'installations éoliennes en mer; Source: iStock.com/Dieter Beselt

© iStock.com/Dieter Beselt

Tout comme pour l'énergie éolienne terrestre, exploiter l'énergie éolienne en mer est un élément central de la politique énergétique et climatique du gouvernement fédéral. En raison des vitesses de vent constantes et élevées en mer, l'énergie éolienne en mer joue un rôle important dans la transition énergétique.

En Allemagne, les surfaces appropriées pour exploiter l'énergie éolienne en mer se situent majoritairement dans la « zone économique exclusive » (AWZ), c'est-à-dire à l'extérieur de la zone des 12 milles marins et comparé à d'autres États loin de la côte. Cela permet de protéger d'autres activités réalisées en mer du Nord et en mer Baltique, en particulier la protection de la nature comme par exemple la protection du patrimoine mondial naturel de la mer des Wadden ou le transport maritime et la pêche.

Pour transporter l'électricité éolienne produite en mer du Nord et en mer Baltique au consommateur final, des câbles de raccordement offshore sont nécessaires. Ils relient les installations éoliennes en mer aux points de raccordement terrestres du réseau. De là, l'électricité continue à être transportée par liaison terrestre. En raison de la longue distance entre la côte et les installations éoliennes en mer, le raccordement au réseau est un défi technique, financier et logistique. Il faut donc une coordination étroite lors de l'instauration du parc éolien et du raccordement au réseau pour obtenir la plus grande synchronisation possible et minimiser ainsi les risques financiers relatifs. En mer Baltique, du courant triphasé est utilisé pour transporter l'électricité produite en mer. En règle générale, des lignes HVDC d'une puissance allant jusqu'à 320 kV sont utilisées en mer du Nord en raison des distances nettement plus grandes.Le plan de développement détermine quels câbles de raccordement offshore doivent être construits établi tous les deux ans et en règle générale confirmé par l'Agence fédérale des réseaux - électricité, gaz, télécommunications, postes et chemins de fer en même temps que le plan de développement des réseaux (NEP), fixe la construction de câbles de raccordement pour les années à venir. Les gestionnaires de réseaux de transport tenus de réaliser le raccordement s'appuient sur ces plans pour mettre en œuvre les mesures appropriées.