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Mieux prévoir le solaire pour mieux l'intégrer au réseau

Xavier Le Pivert, PDG de Steadysun, nous propose un avis d'expert sur la prévision de production d'électricité du solaire et les nouvelles technologies efficaces désormais disponibles.

Avis d'expert  |  Energie  |    |  Actu-Environnement.com

On constate une véritable dynamique mondiale qui propulse le solaire. Son coût devenant compétitif, la croissance du solaire devient exponentielle. Le solaire pourrait devenir la première source d'énergie d'ici quelques années. Sa progression reste néanmoins freinée par de nombreux défis techniques, dont la résolution faciliterait son intégration dans les réseaux électriques. Parmi les solutions qui se présentent actuellement, l'une est simple à mettre en œuvre. C'est aussi la moins coûteuse. Il s'agit de la prévision de production d'électricité issue du solaire. De nouvelles approches croisées (mathématiques + physiques) démontrent leur efficacité sur le terrain. Très innovantes, ces nouvelles technologies de prévision souffrent juste d'être méconnues.

Le marché du solaire est passé à la vitesse supérieure

Oui, le marché du solaire a très vite muri ! En dehors de toutes considérations environnementales, et d'un point de vue purement énergétique (production annuelle), il est souvent plus simple et plus rentable de construire une centrale solaire qu'une centrale thermique. Cette dynamique est en train de faire muter les stratégies énergétiques de nombreux pays et opérateurs. Le déploiement du solaire à grande échelle, dans certaines régions du globe, réduit le coût du solaire pour tous. Les solutions mises en œuvre gagnent chaque jour en fiabilité, performance, rentabilité. De ce fait, on observe un effet domino. Dans de nombreux pays, la parité réseau est atteinte, les énergies renouvelables deviennent plus compétitives que les énergies traditionnelles. Les incitations publiques s'arrêtent alors et laissent le marché prendre le relais.

Mais des freins techniques subsistent

Le solaire a du mal à s'intégrer massivement au réseau électrique. Par définition, c'est une source d'énergie variable, qui doit cependant être injectée dans des réseaux électriques stables, et devant le rester.

En effet, le système électrique se fonde sur un jeu d'équilibres. A chaque instant, ce qui est produit doit être consommé. Le cauchemar du gestionnaire de ce réseau est une rupture dans cet équilibre production / consommation. Par exemple, un passage nuageux sur une centrale solaire fait chuter brutalement sa production, ce qui peut être source d'instabilités sur le réseau. L'intermittence du solaire est donc perçue comme un aléa contre lequel le gestionnaire de réseau doit se prémunir.

L'incertitude a un coût

Pour pallier ce risque potentiel, les opérateurs ont développé diverses stratégies. Ils peuvent faire appel à des capacités de production classique, en propre ou au travers du marché de l'énergie. Les opérateurs ont aussi la possibilité de limiter le niveau de production solaire ou d'augmenter les réserves, tout ceci de manière dynamique avec des constantes de temps qui peuvent aller de quelques secondes à quelques heures. Quoi qu'il en soit, ces mesures compensatoires, mises en œuvre a priori (sans connaître/anticiper la réalité du risque), ont un coût qui n'est pas négligeable.

Comment intégrer plus de solaire dans le réseau ?

Quatre solutions émergent. Le renforcement de l'interconnexion des réseaux, la modulation de la consommation, le stockage de l'énergie, et enfin la prévision.

Pour les trois premières solutions, les investissements seraient gigantesques, et le seul objectif de permettre d'intégrer plus de solaire ne pourrait les justifier. Elles n'ont de sens que lorsqu'elles cumulent plusieurs fonctions et apportent des réponses à plusieurs problématiques à la fois. A noter que le stockage est en pleine effervescence, avec un foisonnement de nouvelles pistes technologiques testées et au coût encore élevé.

La dernière solution, la prévision de production des centrales solaires, est plus facile et moins coûteuse à mettre en œuvre. Cette prévision intervient comme un outil chirurgical, léger et précis. Elle nécessite peu d'investissement et a désormais d'énormes effets grâce à sa précision. Combinée aux autres solutions, la prévision de production de centrales solaires est un vrai levier pour le développement du solaire.

Des technologies de prévision plus performantes

Ce qui est nouveau, c'est le niveau inédit de précision grâce au croisement de plusieurs approches. Des modèles physiques enrichissent les traditionnels modèles mathématiques à base d'intelligence artificielle et de statistique, et une grande variété de types d'informations est utilisé. Cette approche de la prévision solaire a été développée en France et donne maintenant des résultats opérationnels. La solution mise en œuvre utilise en effet plusieurs sources d'informations, à différentes échelles spatiales et temporelles.

Trois niveaux d'information se combinent et se complètent. Tout d'abord, les prévisions météorologiques à la maille spatiale assez large (de 50 à 10 km et même localement jusqu'à 1 km) et dont la fréquence de mise à jour varie entre 6 et 12h. A ces prévisions s'ajoutent les images satellites à une maille spatiale plus fine (entre 3 et 1 km) et une périodicité du quart d'heure. Enfin, on peut y associer des images hémisphériques prises en temps réel sur site à l'aide de caméras spécifiquement développées pour cette application. Ces images issues de caméras permettent de couvrir avec une grande précision des zones de quelques km².

En fonction des situations et des besoins, on peut donc augmenter la précision des prévisions sur des horizons temporels plus ou moins importants et ainsi diminuer grandement l'incertitude.

La prévision de production solaire : un rapide retour sur investissement

Les gestionnaires de centrales solaires équipées de tels systèmes innovants constatent une réduction de l'erreur de 40% à 50% par rapport à des systèmes de prévision simple, ce qui réduit d'autant les coûts associés à l'incertitude. A la clé, des sommes en jeu considérables :

  • Dans les réseaux interconnectés, où le MWh se vend entre 40 € et 60 € sur le marché de l'énergie, l'incertitude liée à la production photovoltaïque coûte entre 2 et 3 €/MWh. En moyenne, nous pouvons donc permettre une économie de l'ordre de 2.000 €/MW installé et par an.
  • La rentabilité est encore plus significative sur les îles (et sites isolés) où le MWh thermique coûte entre 200 et 300 € contre 50 € à 150 € pour le MWh solaire. Dans ces situations insulaires et plus généralement pour les systèmes hybrides, plus on est capable d'intégrer de la production photovoltaïque, plus on réduit la facture pour le client final. Nous avons observé dans de telles situations, des coûts d'incertitude de plusieurs dizaines d'euros par MWh, et des économies atteignant 20.000 € /MW installé par an !

Nous constatons tous les jours que la plupart des professionnels de la filière solaire qui découvrent cette nouvelle approche de la prévision de production l'intègrent dans leur feuille de route pour la mettre en œuvre.

Avis d'expert proposé par Xavier Le Pivert, PDG de Steadysun.

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