La puissance réactive, autre oubliée des politiques d'intégration des renouvelables

La tribune ci-après nous présente une énième illustration du fossé qui existe entre les beaux discours volontaires sur la transition énergétique, et la réalité des faits. Un exemple presque secondaire, mais dont l'enjeu dépasserait tout de même le milliard d'euros annuels à l'échelle européenne.

Il est des brindilles que l'on glisse malicieusement dans les roues de la transition énergétique.

La part du coût de raccordement aux réseaux électriques dans le coût total d'une petite installation photovoltaïque va en s'accroissant, et pourrait même s'envoler à moyen terme. Les gestionnaires de réseaux de distribution (dont ERDF) ont pourtant à leur disposition un formidable outil, la "puissance réactive", qui permettrait de réduire significativement ces coûts de raccordement. Malheureusement, certains décideurs ne sont visiblement pas pressés par le temps ...

La puissance électrique dite "réactive" est trop souvent présentée comme un concept très abstrait, réservé aux spécialistes, et sans véritable enjeu. Dans le contexte de l'essor rapide de l'électricité renouvelable décentralisée, cela est assurément regrettable. Car les coûts de raccordement des petites et moyennes installations de production dépendent en (assez) bonne partie de la bonne gestion de cette puissance réactive sur les réseaux de distribution. Et il est peu de dire que ce point de vue la situation actuelle est lamentable, en France comme d'ailleurs presque partout dans le monde.

Des mesures simples et efficaces de bonne gestion de la puissance réactive existent. Telle mesure a été mise en place par l'Allemagne il y a quelques années avec un réel succès* (sans que les pays voisins n'aient jusque-là jugé bon de suivre l'exemple), d'autres mesures sont testées à petite échelle dans tels et tels pays, y compris en France. Mais l'on reste très loin du compte : au rythme actuel, les mesures "minimales" ne seront pas généralisées avant dix ans ou plus, alors même qu'elles sont susceptibles de générer jusqu'à plusieurs milliards d'euros d'économies annuelles ne serait-ce qu'à l'échelle européenne (et alors que leur simplicité aurait du conduire à leur mise en place il y a déjà 5 ou 10 ans).

Si l'on s'attarde sur le cas de la France, il ne s'agit pas ici de contester la nécessité de tester et de vérifier sur le terrain la pertinence d'une solution avant sa généralisation. Par contre, il est stupéfiant que les tests et vérifications aient débuté si tardivement après le commencement de la transition énergétique, qu'ils s'éternisent à ce point, et qu'ils ne soient pas même exhaustifs (laissant apparemment de côté certaines mesures parmi les plus prometteuses).

Difficile de trouver une explication valable à cela. Lenteur des processus de décisions ? Hostilité manifeste à la transition énergétique de tel(s) individu(s) à tel(s) poste(s) clé(s) ? Complexité apparente du sujet ? Manque d'implication des organisations photovoltaïques et éoliennes, ainsi que des acteurs institutionnels ? Vraisemblablement un peu tout à la fois. Quoi qu'il en soit, on ne peut que constater le gouffre qui existe parfois entre les déclarations de bonne intention, sur la transition énergétique et les renouvelables, et les actes concrets. D'autant que cette question de la puissance réactive est loin d'être isolée.

 

Comment la puissance réactive peut-elle contribuer à diminuer le coût de raccordement d'une installation de production décentralisée.

D'abord, pour les non-allergiques aux maths, une parenthèse d'explication (non-exhaustive) sur ce qu'est la puissance réactive : en régime alternatif, la puissance électrique instantanée prend, à quelques déformations près, la forme d'une sinusoïde que l'on peut décomposer comme la somme d'une sinusoïde positive-mais-qui-s'annule-en-un-point (dont par définition la demi-amplitude est la puissance dite active) et d'une sinusoïde centrée sur 0 (dont par définition la demi-amplitude est la puissance dite réactive). En conséquence, la puissance active est également la valeur moyenne de la puissance instantanée (et en fait elle est même souvent définie comme telle). Plus concrètement, la composante active est souvent présentée comme la composante réellement utile de la puissance électrique en régime alternatif, alors que la composante réactive ne serait que "parasite". Il est vrai que cette composante réactive, c'est de l'énergie électrique qui va autant qu'elle vient, donc peu utile à première vue, et qui dans le même temps engendre des pertes par effet Joule ; mais les choses sont plus compliquées que ça : selon le contexte, la composante réactive peut effectivement être subie et parasitaire, ou elle peut être maîtrisée et très utile (notamment en ce qu'elle permet de régler le niveau de tension). Parenthèse refermée.

On peut très naturellement être tenté de recourir à l'analogie du tuyau d'eau pour se représenter une ligne électrique : la quantité de courant qu'il est possible de faire passer dans un sens ou un autre ne devrait dépendre que de la "taille" de la ligne. Mais cette analogie est largement fausse, surtout en basse et moyenne tension. Car sur ces réseaux basse et moyenne tension, les lignes sont rarement saturées au sens où on l'entend habituellement : les limitations des flux d'électricité sont avant tout dues à la nécessité de maintenir la tension proche de sa valeur nominale (230 V en basse tension monophasée, en France) - tension qui fluctue au gré de ces flux d'électricité selon les lois de la physique.

En agissant sur la puissance réactive, les installations de production décentralisées peuvent, si on les y autorise, réguler en partie la tension des réseaux auxquels elles sont raccordées. Ce faisant, elles sont capables d'augmenter assez significativement la quantité d'électricité (plus précisément la puissance active) qu'il est possible de faire transiter par ces réseaux avant que la tension ne sorte des plages autorisées. C'est simple (toutes les installations photovoltaïques et éoliennes actuelles intègrent déjà la capacité de réguler la tension via la puissance réactive), et efficace (les gains - en  non-renforcements de réseaux - sont très largement supérieurs aux coûts de mise en œuvre, surtout si la méthode de réglage de tension est optimisée).

De manière plus détaillée, toute installation de production décentralisée génère nécessairement une hausse de la tension locale, en proportion de ce qu'elle produit (plus précisément en proportion de la puissance active produite) ; ceci peut conduire à dépasser la tension maximale autorisée ; d'autant que nos réseaux de distribution ont été prioritairement pensés pour supporter les baisses de tension (causées à l'inverse par les consommations d'électricité), plutôt que les hausses. Pour surmonter ces hausses de tension, la solution historique consiste à renforcer le réseau, car l'utilisation de câbles plus "épais" réduit les variations de tension à flux d'électricité donnés. Mais de tels renforcements coûtent cher. En Allemagne, une solution presque simpliste a été instaurée il y a quelques années, sous la forme d'une obligation pour les petites installations photovoltaïques d'absorber de la puissance réactive lorsqu'elles produisent beaucoup (voir par exemple ici*, ici ou ici (p.8-11)). En absorbant de la puissance réactive, l'installation photovoltaïque abaisse la tension locale, ce qui contrebalance partiellement la hausse de tension générée par la production d'électricité, et augmente ainsi les capacités d'accueil des réseaux de distribution. Bien que l'on manque de chiffres publics précis, cette mesure toute simple a visiblement permis des économies très significatives outre-Rhin. Sans que jusque-là personne en Europe ne juge bon de s'en inspirer, donc.

Certains gestionnaires de réseaux tentent parfois d'expliquer leur inaction coupable par des arguments de façade: l'absorption de réactif telle qu'instaurée en Allemagne entraîne un surplus (minime) des pertes électriques et générerait des "risques d'îlotage". En réalité, des variantes un peu plus élaborées seraient envisageables pour surmonter ces (soit-disant) obstacles, pour peu qu'on se donne la peine d'y travailler sérieusement. Mais encore faudrait-il que les réticences exprimées soient autre chose que des prétextes.

 

* Extrait : "Germany’s smart-inverter requirements, established three years ago, solved the problem by requiring inverters to start subtracting reactive power when output from their PV arrays exceeds 50 percent of capacity. This counterbalances the voltage-boosting impact of the solar power generation. Compared with upgrading distribution feeders with thicker cables, smart inverters were a cheaper way to enable continued growth of PV systems, Ernst says. “We can install 40 percent more PV capacity on the same line with this functionality,” he adds."

 

[Edit: Sur cette gestion de la gestion de la puissance réactive, Enedis (ex-ERDF) n'est pas complètement inactif, et on ne peut nier que les pratiques s'améliorent peu à peu depuis récemment ; mais cela est tellement lent, et il reste encore tellement à faire (notamment sur les réseaux basse tension)].

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