Préparer le réseau à l'électrification

Le monde devient de plus en plus électrique. En conséquence, les alternatives électriques gagnent rapidement des parts de marché dans presque tous les procédés et équipements fonctionnant aujourd’hui avec d’autres sources d’énergie.

Les voitures particulières électriques et les autres solutions de transport électrique remplacent progressivement les véhicules équipés de moteurs à combustion interne. Les particuliers se détournent progressivement du pétrole et du gaz naturel pour leurs systèmes de cuisson et de chauffage/climatisation. L’automatisation industrielle et l’essor des cobots multiplient les équipements électriques sur les sites de production.

Cette « électrification de tous les usages » entraîne une forte demande en électricité propre et fiable. Selon l’Agence internationale de l’énergie, la demande mondiale en énergie devrait augmenter de près de 25 à 30 % d’ici 2030 pour atteindre environ 30 000 térawattheures (TWh). Les projections indiquent que les véhicules électriques représenteront à eux seuls 1 100 TWh de consommation d’électricité d’ici 2030, soit environ 4 % de la demande totale. Ce volume correspond à deux fois la consommation électrique actuelle du Brésil^[1].

Pour tenir la promesse d’une électrification mondiale, nous devons apporter des modifications considérables à nos réseaux électriques. Nous devons moderniser les systèmes actuels pour en faire des systèmes plus intelligents, plus durables, plus fiables et plus résilients.

TE travaille en étroite collaboration avec des clients directement impliqués dans l’électrification de tous les domaines – allant des fabricants de VE et autres spécialistes de l’e-mobilité aux entreprises du secteur de l’énergie. Grâce à cette expérience, nous avons identifié quatre changements cruciaux pour bâtir les réseaux électriques de demain.

Le système électrique mondial est confronté à deux défis simultanés : comment répondre à la demande croissante d’électricité tout en poursuivant des objectifs ambitieux visant à réduire les émissions de carbone. Le remplacement de la production basée sur les combustibles fossiles par des sources d’énergies renouvelables peut aider à répondre à ces deux priorités, mais il ne s’agit pas d’un simple compromis.

Les sources d’énergie renouvelables telles que l’éolien et le solaire ne fournissent pas le même flux continu d’électricité que les centrales thermiques ou nucléaires traditionnelles. La quantité d’électricité produite dépend au contraire de paramètres comme la vitesse du vent ou l’ensoleillement, ce qui expose les réseaux à des déficits lorsque les conditions sont défavorables. À capacité installée équivalente, une centrale nucléaire produit en réalité quatre à sept fois plus d’énergie qu’un parc solaire.

Pour répondre aux pics de demande d’électricité, les gestionnaires de réseaux doivent augmenter considérablement et rapidement la capacité installée des énergies renouvelables afin de fournir suffisamment d’énergie. Le déploiement de ces capacités nécessitera des solutions facilitant la configuration des installations de production renouvelable et leur raccordement aux infrastructures existantes. Cependant, les investissements supplémentaires devront concerner aussi le reste du réseau.

Les exploitants devront construire davantage de postes électriques ainsi que de lignes de transport et de distribution afin de raccorder les nouvelles installations renouvelables, tout en modernisant d’autres équipements. Par exemple, l’intégration des énergies renouvelables exige des transformateurs modernes capables d’autoréguler la tension selon la source d’énergie, contrairement aux transformateurs traditionnels fonctionnant avec des rapports fixes.

L’augmentation des capacités renouvelables installées transformera profondément la production d’électricité, qui passera d’un modèle centralisé et unidirectionnel à un modèle plus décentralisé et dynamique. Pour y répondre, les gestionnaires de réseaux ont besoin de systèmes avancés de surveillance et de contrôle afin d’optimiser les performances du réseau. 

Parmi les nouveaux défis figure notamment la capacité à transférer facilement l’électricité excédentaire d’un point à un autre afin d’équilibrer l’offre et la demande. Avec l’installation croissante de panneaux solaires sur les habitations et les bâtiments professionnels, la gestion des flux d’énergie bidirectionnels devient encore plus complexe.

Outre ces exigences en temps réel, les opérateurs doivent également disposer de systèmes avancés pour gérer les performances du réseau sur le long terme. Traditionnellement, les réseaux électriques fonctionnaient avec des taux de charge d’environ 60 % afin de prolonger la durée de vie des infrastructures. Aujourd’hui, les variations de vent et d’ensoleillement provoquent des fluctuations plus importantes de la production électrique, ce qui sollicite davantage les réseaux et impose souvent des niveaux de charge plus élevés. Ces niveaux de charges supérieurs peuvent entraîner une augmentation des opérations de maintenance et réduire la durée de vie des équipements.

Pour aider les opérateurs à gérer ces contraintes, nous prévoyons une évolution rapide des réseaux intelligents. Des réseaux plus intelligents permettent d’étendre les capacités de collecte de données grâce à l’intégration de capteurs supplémentaires de tension, de courant et de température destinés à surveiller l’état du réseau. En centralisant ces informations vers un seul point, les opérateurs obtiennent une meilleure visibilité sur l’état actuel du réseau.  Les avancées dans les capacités de commutation automatisée et dans l’intelligence artificielle permettront également aux réseaux d’autoréguler leurs flux d’énergie.

La durabilité a toujours été un critère essentiel pour les composants des infrastructures électriques fonctionnant dans des conditions climatiques difficiles, notamment au niveau des points de connexion particulièrement sensibles. Le secteur s'efforce de développer aujourd’hui de nouvelles solutions capables de résister aux contraintes générées par les charges électriques variables, aux vibrations permanentes des éoliennes, aux conditions extrêmes des installations offshore et à d’autres environnements exigeants.

Par exemple, nous avons conçu de nouveaux connecteurs pour la dernière génération d’éoliennes de 15 MW et nous développons actuellement des connecteurs répondant aux exigences des futures éoliennes de 20 MW, en nous appuyant sur l’expérience acquise au cours des trois dernières décennies.

TE a également pour objectif de rendre l’installation des projets d’énergie renouvelable plus simple, plus sûre et plus fiable. À titre d'exemple, nos connecteurs séparables destinés aux parcs éoliens offshore permettent à une seule personne d’effectuer les connexions sur une éolienne. Nous proposons également des services de formation afin d’enseigner aux installateurs et câbleurs les bonnes pratiques qui garantissent précision et sûreté, car une installation correcte dès le départ est essentielle à la fiabilité du réseau sur le long terme.

Parmi toutes les évolutions nécessaires pour préparer les réseaux à l’électrification de tous les usages, le développement de solutions de stockage d’énergie fiables et à grande échelle constitue l’un des enjeux les plus importants. Par le passé, le stockage d’énergie était une priorité secondaire, car les opérateurs pouvaient facilement démarrer ou arrêter les générateurs alimentés par des combustibles fossiles en fonction de la demande. Cependant, la production variable des énergies renouvelables impose désormais de stocker l’énergie excédentaire lorsque les conditions sont favorables, puis de la restituer lorsque la demande dépasse la production disponible. 

Le secteur de l’énergie étudie actuellement différentes technologies de stockage, notamment des systèmes utilisant l’électricité excédentaire pour pomper de l’eau vers des bassins de retenue avant de la relâcher pour alimenter des turbines hydroélectriques lorsque cela est nécessaire. De la même manière, les systèmes à air comprimé utilisent l’électricité excédentaire pour comprimer et stocker l’air afin d’alimenter ultérieurement des turbines. Les progrès réalisés dans les technologies de batteries permettront également de développer davantage les systèmes de stockage par batteries rechargés par des sources renouvelables lorsque les conditions sont optimales.

À plus long terme, l’hydrogène représente une solution particulièrement prometteuse pour le stockage durable de l’énergie. L’électricité excédentaire peut être utilisée pour produire de l’hydrogène, que les opérateurs pourront ensuite stocker et utiliser lorsque la production renouvelable sera insuffisante. Le procédé est déjà éprouvé, mais le manque actuel de rendement dans la production d’hydrogène à partir d’électricité excédentaire limite encore sa viabilité commerciale. Cependant, lorsque les réseaux électriques mondiaux produiront beaucoup plus d’énergie que nécessaire à partir de sources renouvelables, l’hydrogène pourra jouer un rôle clé dans la résolution des défis énergétiques mondiaux.

Ces changements sont déjà en cours. Cependant, nous pensons que le rythme de l’innovation doit encore s’accélérer afin de suivre la demande croissante générée par l’électrification de tous les usages. Par ailleurs, les progrès ne peuvent pas se limiter à un seul domaine. Ils doivent être développés simultanément dans les capacités de production, les postes électriques, le câblage, les connecteurs, les capteurs, les systèmes de surveillance et les technologies de stockage.

La collaboration entre tous les acteurs du secteur de l’énergie constitue la clé d’une transformation réussie des réseaux électriques. TE jouera pleinement son rôle en collaborant avec ses clients afin d’intégrer davantage de production d’énergie renouvelable dans leurs réseaux et de développer des infrastructures électriques de nouvelle génération plus intelligentes, plus sûres, plus durables, plus stables et plus pérennes.