Alors que les systèmes électriques basés sur les énergies fossiles suivent des modèles bien établis, ceux reposant principalement sur des ressources renouvelables telles que le vent et le soleil posent des défis uniques en matière de fiabilité. Une étude récente explore l’impact du nombre d’années de données météorologiques historiques utilisées pour planifier ces systèmes sur leur capacité à répondre à la demande en électricité de manière fiable et économique.
Une variabilité météorologique au cœur des enjeux
Les ressources éoliennes et solaires présentent une variabilité à court et long terme, qui complexifie la planification des capacités nécessaires pour garantir une adéquation entre offre et demande. Les chercheurs ont utilisé des données météorologiques couvrant 42 années (1979-2020) pour modéliser différents scénarios de production électrique. L’objectif : identifier des configurations à moindre coût tout en assurant une fiabilité élevée, mesurée par l’absence de coupures de charge (ou lost load).
Des résultats variés selon les scénarios
L’étude a analysé trois scénarios principaux :
- Solaire + éolien + batteries : une solution sans génération pilotable, avec des batteries pour le stockage à court terme.
- Solaire + éolien + batteries + génération pilotable : cette option autorise une production à partir de sources pilotables, comme le gaz naturel, jusqu’à 5 % de la demande totale.
- Solaire + éolien + batteries + hydrogène : intégrant un stockage longue durée sous forme d’hydrogène.
Les systèmes utilisant uniquement des batteries se sont révélés particulièrement sensibles aux aléas météorologiques, nécessitant des investissements importants pour atteindre des niveaux de fiabilité comparables. À l’inverse, l’ajout de génération pilotable ou de stockage hydrogène a permis de réduire ces coûts tout en améliorant la robustesse.
Les années de données : un facteur déterminant
La durée des séries météorologiques utilisées pour la planification s’est avérée cruciale. Les systèmes basés sur une seule année de données météorologiques ont fréquemment échoué à répondre à la demande lorsqu’ils étaient testés sur des années hors échantillon. En intégrant plusieurs années, la fiabilité s’est nettement améliorée : passer d’une à deux années a réduit de moitié les coupures, et 15 années ont suffi à atteindre une fiabilité comparable à celle obtenue avec 40 années pour les scénarios incluant une génération pilotable.
Toutefois, cette amélioration a un coût. Pour les systèmes sans génération pilotable, les dépenses augmentent rapidement avec le nombre d’années intégrées dans la planification. Les chercheurs ont également noté que certaines années spécifiques, marquées par des conditions météorologiques extrêmes, influencent fortement les performances des systèmes.
Le compromis entre coûts et fiabilité
L’analyse révèle un équilibre à trouver entre les coûts de construction et d’exploitation des systèmes et le niveau de fiabilité atteint. Par exemple, dans les scénarios incluant une génération pilotable ou du stockage hydrogène, la planification basée sur un nombre modéré d’années (5 à 15) permet de réduire les coûts sans compromettre la fiabilité. Cependant, les systèmes exclusivement basés sur le solaire, l’éolien et les batteries nécessitent une surcapacité pour pallier les aléas, rendant leur coût plus difficilement justifiable.
Implications pour les systèmes électriques futurs
Cette étude souligne l’importance d’intégrer davantage de données historiques dans la planification des systèmes électriques renouvelables pour anticiper les périodes de faible production. Elle met également en lumière le rôle crucial des technologies complémentaires, comme la génération pilotable et le stockage longue durée, pour équilibrer coûts et fiabilité.
Alors que les systèmes électriques évoluent vers des modèles décarbonés, les décideurs devront arbitrer entre des investissements immédiats pour renforcer les infrastructures et les économies potentielles liées à une meilleure adéquation entre l’offre et la demande sur le long terme. Ces conclusions rappellent que les choix technologiques et méthodologiques dans la planification énergétique auront des répercussions majeures sur la transition vers une énergie propre et fiable.
