TECHNOLOGIES CLÉS 2010 (novembre 2006)

Energie – environnement

32. Systèmes éoliens avec stockage intégré

Description

Les éoliennes utilisent l'énergie du vent à travers des pales pour la production d'électricité. En terme de puissance, la gamme est relativement large, depuis l'alimentation de sites isolés et non raccordés au réseau (machines de quelques watts à quelques kilowatts), jusqu'aux grandes éoliennes, dont la puissance unitaire peut atteindre quelques mégawatts, groupées sous forme de «fermes éoliennes» raccordées au réseau.

Si la conception des systèmes éoliens a aujourd'hui atteint une certaine maturité, cette filière conserve un potentiel d'amélioration. Parmi les voies à explorer, on peut citer :

• la caractérisation des sites éoliens (identification, évaluation du potentiel ...) ;
• la prévision de la production d'un site à court terme (jusqu'à 48h à l'avance) ;
• l'éolien offshore (modélisation, nouveaux types de turbines, tenue en environnement sévère ...) ;
• la réduction de l'impact environnemental (bruit, impact sur l'écosystème ...).

Un des principaux inconvénients de l'énergie éolienne est l'instabilité du vent, d'où une production d'électricité très fluctuante, à l'échelle locale mais également au niveau national. Néanmoins, selon RTE (Réseau de transport d'électricité), le système électrique français pourrait comprendre un parc éolien atteignant 10 GW sans nécessiter d'augmentation significative des moyens mis en œuvre pour garantir sa sûreté (équipements thermiques permettant de faire face aux pics de la demande, par exemple). Cela résulte en particulier du fait qu'en France métropolitaine, les zones présentant le potentiel éolien le plus élevé ont des régimes des vents pratiquement décorrélés : une répartition du parc éolien géographiquement équilibrée permet donc de compenser, en partie, les variations régionales.

Un renforcement et une gestion plus performante des réseaux, couplés à des systèmes de prévision à court terme de la production des sites éoliens, peuvent permettre d'augmenter le taux de pénétration de l'éolien. Toutefois, les équipements de production d'électricité en période de pointe et le stockage resteront incontournables.

Plusieurs types de stockage peuvent être mis en œuvre : stockage par pompage hydraulique, par batteries d'accumulateurs, stockage inertiel, supercondensateurs, voire conversion en hydrogène. Il s'agit, soit de stockage de court terme, permettant un lissage de la puissance et un meilleur réglage des caractéristiques du courant livré au réseau (tension, fréquence ...) en réponse aux variations rapides de la force du vent, soit de stockage de long terme, permettant en plus une meilleure planification en fonction de la demande en électricité. Le coût relativement élevé du stockage reste néanmoins un frein majeur au développement de ce type de couplage.

Enjeux, Impact

La directive européenne 2001/77 relative à l'électricité produite à partir de sources d'énergie renouvelables (SER) a fixé comme objectif pour la France une part de 21 % d'électricité SER en 2010, contre 15 % en 1997.

La loi de juillet 2005 fixant les orientations de la politique énergétique française a retenu, parmi ses priorités, le développement des énergies renouvelables dans le secteur électrique. Du fait qu'il s'agit de ressources locales, elles contribuent à la sécurité d'approvisionnement énergétique. De plus, cet objectif est en phase avec ceux du protocole de Kyoto relatif à la diminution des émissions de gaz à effet de serre, transposé en France à travers le Plan climat. La production d'électricité au niveau national représentait, en 2000, 8 % des émissions de CO₂ ; le développement de la production à partir de SER permettra de maîtriser l'évolution de ces émissions.

Marché

En France, 91 MW ont été installés en 2003 (contre 2 645 MW en Allemagne au cours de la même année) ; en 2004, 75 aérogénérateurs supplémentaires, représentant 147 MW, ont été installés. Par ailleurs, début 2005, 566 demandes de permis de construire, représentant 3 198 MW, étaient en cours d'instruction. En 2004, la production française d'électricité à partir d'éoliennes s'élevait à 605 GWh. Pratiquement toutes les installations sont raccordées au réseau.

L'Europe, à elle seule, représentait, en 2002, 72 % de la puissance éolienne installée dans le monde. Les principaux pays concernés sont l'Allemagne, le Danemark et l'Espagne. Le secteur éolien européen détient 90 % du marché mondial de l'équipement, un marché devenu très concurrentiel. Neuf des dix plus gros fabricants mondiaux de turbines éoliennes sont basés en Europe.

Acteurs

Disciplines scientifiques : matériaux, sciences des milieux naturels (terre, océans, atmosphère), énergétique, mécanique des fluides, mécanique, génie des matériaux, génie civil, électronique.

Compétences technologiques : composants électriques, matériaux - métallurgie, moteurs - pompes - turbines, composants mécaniques.

Pôles de compétitivité : Énergies renouvelables-bâtiment (Languedoc-Roussillon), Énergies non génératrices de gaz à effet de serre (Provence- Alpes-Côte d'Azur).

Liens avec (technologies) : contrôle-commande des réseaux et de la puissance.

Principaux acteurs français :

Industriels : Alstom, ATV (pales), Eole Industries (mâts), Jeumont, Petitjean (mâts), Rollix (couronnes d'orientation), Sime Industrie (freins), Vergnet ... ; France énergie éolienne (www.fee.asso.fr)

Exemples d'acteurs dans le monde : Enercon (Allemagne), Gamesa (Espagne), GE Wind Energy (États-Unis), Nordex (Allemagne), Vestas (Danemark) ... ; European Wind Energy Association (www.ewea.org).

Commentaires

En France, un des freins au développement de la production d'électricité à partir d'éoliennes n'est pas d'ordre technique, mais relève plutôt de l'acceptabilité sociale : la présence d'une ferme éolienne est parfois considérée comme une nuisance (esthétique et sonore). Améliorer les conditions techniques d'intégration de ce type de production dans les réseaux électriques est, en revanche, un enjeu européen.

La croissance du marché intérieur de l'éolien dépend des choix politiques et techniques faits par la collectivité. De plus, le contexte technique, économique et réglementaire doit être stable, sous peine de voir les acteurs impliqués privilégier le court terme.

L'électrotechnique est un pôle d'excellence national. La France dispose ainsi des atouts lui permettant de faire de l'énergie éolienne un secteur d'activité créateur d'une forte valeur ajoutée, fortement exportateur, consolidé par quelques acteurs de dimension mondiale.

© Ministère de l'Économie, des Finances et de l'Industrie,
Direction Générale des Entreprises, 12/2006