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Lumière solaire, vent et eau : les données climatiques au service du marché de l’énergie verte ?

Lumière solaire, vent et eau : les données climatiques au service du marché de l’énergie verte ?
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Post-pandémie, les plans visant à relancer et à « décarboniser » l’économie seront axés sur les énergies renouvelables. En conséquence, les acteurs de l’industrie verte et les exploitants de réseaux s’intéressent de plus en plus aux données climatiques pour optimiser la production d'énergie.

Pour les Européens, 2019 aura été une année radieuse. En effet, le continent n'avait pas comptabilisé autant d'heures d'ensoleillement depuis au moins le début des années 80. Le secteur de l’énergie solaire s’est également démarqué, la capacité de production solaire ayant plus que doublé par rapport à l’année 2018 ; un bond que l’on n’avait pas vu depuis dix ans. Les énergies renouvelables poursuivent leur élan : en 2019, elles ont constitué 34,6 % de l'approvisionnement en électricité de l'UE, soit un niveau record. Et, bien que la pandémie de COVID-19 ait freiné le développement de nouvelles installations d'énergie verte, les énergies renouvelables sont devenues la clé qui permettra à l'Europe de relancer son économie et de réaliser son ambition, récemment modifiée, de réduire ses émissions de 50 à 55 % d'ici 2030. Le secteur s’est donc fixé une double mission : se tailler la part du lion pour le système énergétique, tout en devenant plus fiable et plus performant ; ceci en faisant face au changement climatique, ce qui, en soi, modifie encore les risques.

Sources : données d’EUROSTAT jusqu’en 2017; calculs d’Agora Energiewende et de Sandbag pour 2018 et 2019 ; prévisions pour 2030 tirées de la « Stratégie à long terme » de la Commission européenne 2018.

« La mutation verte est l'un des principaux piliers du plan de relance proposé par la Commission [européenne], fin mai », a déclaré Kadri Simson, Commissaire européenne à l’énergie. « L'Accord vert européen est notre stratégie pour accéder à la neutralité climatique d'ici 2050, tout en rendant notre économie plus compétitive », a ajouté la Commissaire. Selon l'Agence internationale pour les énergies renouvelables (IRENA), l'Union européenne peut considérablement augmenter la part d'énergies renouvelables dans sa palette énergétique, tout en réalisant des bénéfices. La réduction des coûts associés à ces technologies pointe dans cette direction et, bien que les prévisions record de 2020 en matière d'énergies renouvelables aient été revues à la baisse, le secteur de l'énergie à faible émission de carbone devrait rebondir, renforcé par la demande décroissante en pétrole et en gaz, tendance qui devrait se prolonger post-pandémie.

Mais, si les énergies renouvelables s’avèrent résistantes aux chocs économiques, reste encore à prouver leur résistance face aux changements climatiques et à certains types de conditions météorologiques extrêmes, de plus en plus fréquents. Les changements de température, les précipitations, les rayonnements, le niveau de la mer, les particules d'air, ainsi que les conditions extrêmes, telles que les vagues de chaleur, les inondations ou les sécheresses, peuvent affecter les productions et infrastructures d'énergies renouvelables, et influencer la demande en électricité.

Selon Agora Energiewende, la production d'énergie hydroélectrique en Europe continue de baisser. L’an dernier, moins de précipitations et un climat plus chaud ont entraîné un déclin de 6 % de la production totale, tandis que les vagues de chaleur associées à l’absence récurrente de précipitations en France, en Espagne, en Italie et au Portugal ont entraîné une baisse du niveau des eaux au printemps et en été, réitérant l’analyse des débits fluviaux du Rapport sur l'état du climat européen 2019. Certains scientifiques estiment que l’évolution des précipitations et des températures pourrait accroître le potentiel hydroélectrique de l’Europe du Nord et diminuer les rendements dans le sud.

Source des données : modèle dérivé des débits fluviaux, Service Copernicus de gestion des urgences (EMS) Crédit : Service Copernicus de gestion des urgences (Copernicus EMS)/ECMWF.

S’il reste difficile de prédire la vitesse du vent, le moindre changement peut grandement affecter la production d'électricité. En 2018, les faibles vents d'été ont réduit la production jusqu’à 20 % par rapport à la normale. Les événements météorologiques extrêmes et la hausse du niveau de la mer peuvent affecter les infrastructures des parcs éoliens, sur terre comme en mer. L'énergie solaire fait également face à des facteurs climatiques variables, certaines études prévoyant un rayonnement solaire plus élevé en Europe (jusqu'à 10 %), entraînant des rendements plus importants ; cependant, le réchauffement futur pourrait contrecarrer cet effet, car les panneaux photovoltaïques (PV) perdent de leur efficacité à mesure que les températures augmentent.

Source : registre de données climatiques sur la durée d’ensoleillement, EUMETSAT CM SAF. Crédit : Service changement climatique de Copernicus (C3S)/EUMETSAT CM SAF/DWD.

« La recherche sur le climat nous indique que les conditions météorologiques extrêmes vont devenir plus fréquentes ; mais à quel point ? Ces questions sont cruciales pour fournir des sources d'énergie renouvelables fiables », explique Colin McKinnon, PDG de l'Institute of Environmental Analytics (IEA). Selon Kadri Simson, « Les données climatiques sont essentielles pour évaluer nos besoins énergétiques et nos capacités de production, en particulier dans le domaine des énergies renouvelables ».

Dans la mesure où les producteurs d'énergie renouvelable doivent gérer l'incertitude climatique sur toute la durée de vie de leurs projets, disposer de données climatiques est désormais indispensable pour augmenter la part d'énergies renouvelables dans la palette énergétique. Les exploitants de réseaux doivent également être en mesure de prévoir les conditions météorologiques extrêmes affectant les lignes de transmission (par exemple : les inondations, les tempêtes, les vagues de chaleur, la neige) et de jongler avec l'offre et la demande en fonction des conditions climatiques influençant la production et la consommation d'énergie.

« Les informations climatiques sont un élément essentiel à prendre en compte dans le cadre de la prise de décisions à différentes étapes des projets », remarque l'équipe climatique de la société espagnole Iberdrola, qui dispose d'un large portefeuille de projets dans le secteur des énergies renouvelables à travers l'Europe. La société effectue des mesures sur place, qu’elle associe à des informations climatiques à court et à long terme, sur chaque site de projet. Dans le cas de l'énergie éolienne, par exemple, Iberdrola se base sur les données climatiques et les modèles météorologiques pour déterminer les meilleurs sites pour l'installation de turbines éoliennes, et estimer leur capacité de production tout au long de leur durée de vie.

« Les données climatiques sont utilisées dans des modèles visant à calculer la consommation et la production des centrales solaires, éoliennes, hydroélectriques et thermiques. Ceux-ci sont ensuite utilisés dans des modèles de réseaux électriques, afin d’étudier la pertinence de la palette énergétique », explique Gabriel Bareux, Directeur adjoint des systèmes d'information et de communication chez RTE, le gestionnaire de réseau de transport français. « En ce qui concerne les infrastructures, étant donné que les composants sont installés pour durer jusqu'à 80 ans, il est important de mesurer les futurs risques potentiels posés aux installations existantes, tout en évaluant avec précision les ressources à venir, qui seront exploitées dans de nouvelles conditions climatiques », ajoute Gabriel Bareux.

« Imaginez que vous souhaitiez construire une nouvelle centrale solaire », suggère Etienne Wey, Directeur général de Transvalor, qui fournit, entre autres, des bases de données de rayonnement solaire et de données météorologiques. « La banque vous proposera un financement en se basant principalement sur des estimations déterminant la quantité d'énergie que vous pourrez produire au cours des 20 prochaines années », explique Etienne Wey. « Il y a cinq ans, le degré d'incertitude relatif à la construction d'une nouvelle centrale solaire n'était pas très important, car le prix que les gouvernements ou les exploitants de réseaux étaient prêts à payer par kilowattheure était très élevé, par rapport à aujourd'hui. De nos jours, le marché est très concurrentiel, donc toute incertitude peut faire la différence entre pertes et profits », précise-t-il.

« Au cours des cinq dernières années, l’utilisation de données climatiques dans le secteur de l'énergie est devenue plus courante », déclare Alberto Troccoli, Directeur fondateur du World Energy and Meteorological Council (WEMC). Le WEMC est à la tête du Département opérationnel pour le secteur de l’énergie du Service changement climatique de Copernicus (C3S), qui fournit des données climatiques utilisables en temps quasi réel aux acteurs de l'énergie.

Les observations climatiques passées sont l'une des sources de données les plus couramment utilisées dans la conception de systèmes électriques ; analyser des événements antérieurs, tels que des vagues de froid ou de chaleur, et leur impact sur les énergies éolienne et solaire, par exemple, peut aider à identifier ce qui pourrait se produire dans une situation similaire à l’avenir. « C’est une bonne approche pour les quelques prochaines années mais, au fur et à mesure que le changement climatique se confirme, utiliser des données passées pour effectuer des prédictions exclut indéniablement des informations importantes », explique Gabriel Bareux de RTE. « Par exemple, la vague de chaleur de 2003, que nous n’avions jamais vue dans le passé, pourrait devenir la norme d'ici 2050. Il est essentiel de prendre ces nouvelles informations en compte pour simuler le système énergétique futur, » ajoute-t-il.

Le Service changement climatique de Copernicus (C3S) propose des enregistrements historiques, des prévisions saisonnières et des projections sur plusieurs années, ainsi que des indicateurs énergétiques. « Nous avons des modèles qui examinent en quoi le climat affectera la demande », explique Alberto Troccoli. « La température augmente dans la plupart des pays d’Europe, ce qui stimulera la demande, même si les schémas d'utilisation varieront », ajoute-t-il. « Le degré de variabilité climatique est en train de changer également, et les modèles climatiques peuvent renseigner sur les périodes durant lesquelles une ressource énergétique sera associée à une variabilité plus importante que d'autres. »

Le service recense la variabilité du climat et de l'énergie à travers tout le continent. Les données climatiques aideront les acteurs du secteur de l'énergie à anticiper les changements de l'industrie induits par le climat (par exemple : les vagues de froid, les vagues de chaleur, les sécheresses), mais aussi à analyser comment la température stimule la demande d'électricité à travers le continent et en quoi ceci est lié à la variabilité de la production d'énergie renouvelable.

Un exemple de la façon dont des scénarios d'énergie solaire pour les prochaines décennies sont représentés dans le démonstrateur pré-opérationnel d’énergie du Service changement climatique de Copernicus.

Les informations climatiques peuvent aider les gouvernements et les producteurs d'énergie à décider de la bonne combinaison d'énergies renouvelables dans leurs systèmes électriques. En préambule de leur service, C3S a lancé en 2017 le projet European Climatic Energy Mixes demonstrator. « Ce démonstrateur aide à évaluer dans quelle mesure différents mélanges énergétiques répondront à la demande en Europe, en se concentrant sur le rôle du climat sur la combinaison des sources énergétiques », explique M. McKinnon de l'IEA, qui a développé le projet pour le compte de C3S. Leur plus récent projet avec C3S cible le développement de normes résistantes au changement climatique destinées aux infrastructures ; celles-ci aideront les ingénieurs, les architectes et les autorités de normalisation à s'assurer que leurs projets (y compris, par exemple, les projets d'énergie renouvelable) pourront relever les défis relatifs à la variabilité climatique et aux événements climatiques extrêmes.

« À mesure que les énergies renouvelables prennent de l’ampleur et que l'électrification s’étend à d’autres utilisations (transport, chauffage, refroidissement, etc.), les données climatiques trouvent de nouvelles applications, qui ont un rôle important à jouer », explique l'équipe d'Iberdrola. Par exemple, les données pourraient contribuer à analyser comment combiner différentes technologies de stockage de l’électricité pendant une vague de chaleur, afin de maximiser la production et de répondre à la demande croissante en énergie.

Le prochain défi pour répondre aux exigences de certitude climatique des producteurs et réseaux d'énergie renouvelable ? D’après Gabriel Bareux de RTE, « Fournir des données climatiques sur une base horaire est essentiel pour le système énergétique, car les modèles de systèmes électriques se basent sur des références à l’heure. » Il explique que, puisque les simulations climatiques ne sont disponibles que quotidiennement ou pour plusieurs heures, les utilisateurs sont obligés d’interpréter les données climatiques par eux-mêmes et ne sont pas forcément qualifiés pour le faire. Une procédure standardisée accessible à tous les utilisateurs pourrait être une solution à envisager.