Bilan

Une île danoise expérimente l’électricité du futur

Les énergies renouvelables et l’arrivée des voitures électriques bouleversent le modèle d’affaires des électriciens. Reportage à Bornholm, érigé en test grandeur nature.

Plus aucune conférence sur les technologies de l’environnement n’échappe, aujourd’hui, à une session sur les «smart grids». Au fil des présentations PowerPoint s’esquisse ainsi un concept de réseaux électriques transportant non seulement des électrons mais aussi des informations, calqué sur Internet. Un chiffre capte l’attention: 43 milliards de dollars pour le marché mondial du smart grid en 2020, selon le consultant spécialisé Zpryme. Dix fois plus qu’en 2011… Concrètement, pourtant, au-delà du déploiement de compteurs intelligents, la logique du smart grid s’égare vite dans l’invraisemblable labyrinthe de nos infra-structures électriques. Pour comprendre pourquoi tant d’entreprises – d’ABB à GE en passant par Cisco et nos électriciens – sont à ce point toquées des smart grids, il faut un exemple. Pour cela, le mieux est de se rendre à Bornholm, au Danemark.

Recharge Le chercheur Dieter Gantenbein entend pomper l’énergie des batteries de voitures électriques.

Gérer la surabondance des énergies renouvelables

Un vent à décorner les bœufs balaie ce jour-là la petite île baltique à mi-chemin entre l’Allemagne et la Suède. – C’est toujours comme ça? – Pas toujours, mais souvent, sourit Poul Sorre-Pedersen, le directeur technique d’Ostkraft, l’entreprise électrique appartenant à la Municipalité de Bornholm. Au sud de l’île, on aperçoit les bateaux qui achèvent le nouveau gazoduc Nord Stream entre la Russie et l’Allemagne. Poul Sorre-Pedersen désigne aussi l’emplacement futur d’immenses parcs d’éoliennes en mer. «Un banquier de l’île prévoit d’en créer un d’une centaine d’éoliennes offshore. Plus loin, vous avez un projet de 750 mégawatts entre le Danemark et l’Allemagne et encore un autre de 400 mégawatts…», bougonne l’ingénieur. Cela ne le réjouit qu’à moitié parce que lui, sur son île, avec 30 éoliennes auxquelles s’en ajoutent 11 en construction, il a déjà un problème. Avec 30% de son approvisionnement électrique d’origine éolienne, ce n’est pas le déficit de vent qui inquiète Poul Sorre-Pedersen. Un câble vers la Suède et les turbines biomasse-charbon du réseau de chauffage urbain ainsi que des diesels en back-up suffisent à combler les manques. Non, ce qui l’embarrasse, c’est qu’il se retrouve régulièrement avec trop d’électricité par rapport à la demande. Et avec 50% d’éolien dans à peine huit ans, il se demande comment exporter efficacement tout ce courant. Aigu à Bornholm, ce problème de l’inadéquation de l’offre d’énergies renouvelables vis-à-vis de la demande est un défi pour tout le Danemark. «L’offre éolienne dépasse déjà la demande de 1 à 2% du temps par année. On s’attend à ce que ce soit 10% en 2020 quand l’éolien aura atteint 30% de notre approvisionnement», explique Maja Bendtsen, la déléguée d’Ostkraft au sein du projet européen EcoGrid. «Le kilowattheure éolien est subventionné par le Danemark. Or quand nous exportons nos surplus d’électricité éolienne c’est parfois en dessous du prix de cette subvention, ce qui n’est pas logique du point de vue économique.» A cette logique économique s’ajoute la prévalence du renouvelable dans son mix énergétique: Bornholm, 42 000 habitants, a la plus forte proportion d’énergie éolienne du monde pour une population significative de plus de 25 000 personnes. Ces deux facteurs ont conduit l’île à accepter de devenir le premier prototype européen du smart grid. Doté de 21 millions d’euros, le projet EcoGrid, qui démarre ce mois, implique 2000 participants (ménages, PME, administrations…). Ceux-ci vont tester toutes les dimensions du smart grid afin de vérifier les prévisions d’efficacité énergétique mais aussi d’économies sur leurs factures promises par cet ensemble de nouvelles technologies. La Suisse, au travers des laboratoires d’IBM Zurich, de la filiale de Siemens à Zoug et de Landis + Gyr, est aux avant-postes dans ce projet. Pas par hasard. EcoGrid dessine le futur de notre électricité si le pays entend atteindre ses objectifs de sortie du nucléaire, de développement des énergies renouvelables et de réduction des émissions de CO2. D’autre part, pour nos industries distanciées dans la fabrication de panneaux solaires et d’éoliennes, les smart grids sont une des principales opportunités qui restent à conquérir sur les marchés des technologies environnementales.

Un marché automatisé pour lisser la demande

Dans la salle de contrôle d’Ostkraft, face au soleil qui se couche sur la Baltique, on découvre la première pièce du gigantesque puzzle que constitue un smart grid. Les éoliennes de la côte ouest de l’île produisent à ce moment-là quelque 7000 kilowattheures d’électricité. Comme c’est plus que ce qui est nécessaire, Hans-Henrik Ipsen, le responsable de l’éolien, fixe un objectif de 5000 kilowattheures sur la console de son PC. Quelques kilomètres plus loin, les pales de quatre éoliennes se sont un peu inclinées. La production tombe immédiatement à 5000 kilowattheures. «A l’avenir, ce surplus de courant, nous pourrons l’exporter mais aussi le stocker sous forme de chaleur dans notre réseau de chauffage urbain, explique Poul Sorre-Pedersen. Nos choix seront déterminés par les cours de l’électricité à ce moment-là.» Le prix de l’électricité est, en effet, au cœur de la notion du smart grid, qui n’est pas qu’un ensemble de technologies mais aussi et peut-être avant tout un marché. Géré depuis Leipzig, le marché européen de l’électricité joue déjà sur les lois de l’offre et de la demande. Par exemple, on pompe de l’eau vers les barrages suisses la nuit quand l’énergie nucléaire française est bon marché et on la turbine le lendemain quand les prix explosent au moment du «pic Nespresso» du matin ou lors du pic du début de soirée. Afin d’éviter tout risque de black-out, la capacité de production d’électricité correspond à la demande maximum. En d’autres termes, les investissements dans les capacités de génération sont surdimensionnés par rapport à la demande hors pics et le seront plus encore avec l’introduction des énergies solaires et éoliennes, par nature intermittentes. En outre, pour servir les pics, on n’a pas recourt qu’aux barrages mais à des centrales à gaz et à diesel, chères et émettrices de CO2. Le rêve des électriciens serait de pouvoir déplacer une partie de la demande pendant les pics vers les heures creuses. C’est à ce souhait que répond le smart grid. En transformant les consommateurs en marchands d’électricité. Dans le cadre du projet EcoGrid, Maja Bendtsen a ainsi sélectionné 500 ménages de Bornholm qui se chauffent soit à l’électricité soit avec des pompes à chaleur. Ces équipements seront dotés de microcontrôleurs développés par Siemens Suisse. Ils seront capables d’allumer et d’éteindre les chauffages en fonction du prix du kilowatt-heure tout en maintenant la température constante grâce à l’inertie des bâtiments. D’autres ménages recevront, eux, les informations de prix sur leurs smartphones pour décider, par exemple, du démarrage du cycle d’une machine à laver. «Le système crée un prix du courant toutes les cinq minutes en fonction de l’offre et de la demande, explique Maja Bendtsen. En même temps, il ne s’agit pas de diminuer le niveau de confort des utilisateurs. Nous voulons donc évaluer ce qui fonctionne le mieux de l’implication des acteurs ou des systèmes automatisés grâce à la carotte de la diminution des factures d’électricité et symétriquement de l’optimisation de nos capacités de production.» Il y a cependant encore plus «smart» que cela.

Projet ecogrid  2000 participants à Bornholm vont tester les nouvelles technologies du smart grid.

Votre voiture va devenir un barrage suisse

A Copenhague, dans les bureaux de l’organe faîtier des électriciens, Dansk Energi, Dieter Gantenbein, du laboratoire d’IBM Zurich, est enthousiaste. Selon lui, la mobilité électrique s’apprête non pas à faire exploser la demande d’électricité mais peut, au contraire, devenir un moyen extraordinaire de mieux gérer les réseaux. Ses recherches, en collaboration avec l’Université technologique du Danemark (DTU), lui laissent même penser que l’on va éliminer les surcoûts d’achat d’environ 50% des voitures électriques (à cause des batteries) vis-à-vis des véhicules à essence. «Dans toute l’Europe, les électriciens doivent non seulement équilibrer l’offre et la demande, mais ils doivent en plus rester en permanence au plus près de la fréquence des 50 hertz. Faute de quoi, les réseaux disjonctent, explique Dieter Gantenbein. Ce maintien de la fréquence des réseaux a un coût, donc une valeur économique correspondant à environ 3000 dollars par an et par batterie de voiture électrique. Avec le smart grid, nous transformons ces 3000 dollars en un amortissement en trois à cinq ans de ces batteries.» Là encore, le Danemark et Bornholm n’ont pas été choisis par hasard. Pour équilibrer sa balance commerciale, le pays avait introduit une taxe d’immatriculation de 180%. Avec la TVA, cela signifie qu’une voiture est trois fois plus chère qu’ailleurs. Mais les voitures électriques sont exonérées. C’est ce qui a poussé Better Place à choisir le Danemark pour lancer en Europe son service de remplacement instantané des batteries pour voitures électriques. Dans ce contexte, les chercheurs d’IBM Zurich et de DTU ont mis au point un système dans lequel des acteurs comme Better Place ou tout opérateur de flotte de voitures électriques vont jouer le rôle d’agrégateurs des nouvelles et potentiellement énormes capacités de stockage d’électricité que représentent des milliers de batteries. A l’instar des barrages suisses, ils gagneront de l’argent en pompant dans ce parc de batteries la précieuse électricité nécessaire au réglage des réseaux. «En moyenne, les gens n’utilisent leur voiture qu’une heure par jour, précise Dieter Gantenbein. Dès lors qu’elles sont reliées au grid via une station de recharge, on peut donc parfaitement se servir de cette capacité dormante, achetée quand le courant est bon marché, pour la revendre quand il est cher sans que l’utilisateur ne s’en rende compte autrement que par une réduction drastique du coût des batteries.»

Pour qu’un tel système fonctionne, il faut mettre beaucoup d’intelligence informatique dans l’ensemble du réseau afin que les consommateurs ne soient pas gênés. «Nous avons besoin de modèles informatiques précis pour prédire l’évolution de l’offre et de la demande afin d’optimiser leurs achats», poursuit Dieter Gantenbein. En fait, le seul comportement que les développeurs du smart grid n’ont pas modélisé, c’est celui des humains. C’est pour cela que l’île de Bornholm a été choisie comme maquette grandeur nature. Si l’expérience réussit, les énergies renouvelables et la mobilité électrique sortiront de l’anecdote pour entrer dans le marché de masse.

Parc maritime  Au Danemark, l’offre éolienne dépasse la demande de 1 à 2% du temps par année.  

La Suisse en situation d’observatrice Vis-à-vis du Danemark, Berne semble en retard dans le déploiement des smart grids.

On ne trouve en Suisse encore que quelques petits projets concernant principalement l’installation de compteurs intelligents (smart meterings). La durée de vie des infrastructures et le modèle centralisé de la production d’électricité suggèrent que le passage au smart grid sera progressif. La présence de trois grandes sociétés suisses prescriptrices dans le secteur de l’énergie au sein du consortium européen EcoGrid montre cependant l’intérêt de nos industriels pour ce marché. Son potentiel est d’ailleurs souligné par les premiers succès en France et en Allemagne de la start-up valaisanne Geroco. Du coup, les électriciens suisses commencent à se réveiller. Un programme de recherche de 5 millions de francs vient d’être signé entre EOS Holding et les HES de Suisse occidentale. Reste à savoir si ce n’est pas trop peu et trop tard?

Crédits photos: Dr

Fabrice Delaye
Fabrice Delaye

JOURNALISTE

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Fabrice Delaye a découvert Internet le 18 juillet 1994 sur les écrans des inventeurs du Web au CERN. La NASA diffusait ce jour-là les images prises quasi en direct par Hubble de la collision de la comète Shoemaker-Levy sur la planète Jupiter…Fasciné, il suit depuis ses intuitions sur les autoroutes de l’information, les sentiers de traverse de la biologie et étend ses explorations de la microélectronique aux infrastructures géantes de l’énergie.

L’idée ? Montrer aux lecteurs de Bilan les labos qui fabriquent notre futur immédiat; éclairer les bases créatives de notre économie. Responsable de la rubrique techno de Bilan depuis 2006 après avoir été correspondant de L’Agefi aux Etats-Unis en association avec la Technology Review du MIT, Fabrice Delaye est diplômé de l’Institut d’Etudes Politiques de Paris et de l’EPFL.

Membre du jury des SwissICT Awards, du comité éditorial de la conférence Lift et expert auprès de TA-Swiss à l’Académie Suisse des Arts et des Sciences, Fabrice Delaye est l’auteur de la première biographie du président de l’EPFL, Patrick Aebischer.

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