note Vers un smart grid en Chine? Rapport Annuel 2010 Marie-Hélène Schwoob, Asia Centre. Novembre 2010 PROGRAMME ENERGIE / ENVIRONNEMENT 2010 Plan

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1 Vers un smart grid en Chine? Rapport Annuel 2010 Marie-Hélène Schwoob, Asia Centre. Novembre 2010 note PROGRAMME ENERGIE / ENVIRONNEMENT 2010 Depuis le début des années 2000, la consommation énergétique chinoise connaît un taux de croissance sans précédent. Et la demande en énergie du pays est appelée à augmenter de 75 % entre 2008 et Par ailleurs, l accentuation des pressions exercées par la dégradation de l environnement sur l économie chinoise a conduit le gouvernement à placer la réduction des émissions de carbone au cœur de ses préoccupations. Dans un tel contexte, la Chine a récemment fait part de sa volonté de mettre en place un «strong and smart grid» à l horizon 2020, afin de sécuriser et de stabiliser l approvisionnement énergétique des espaces urbains, et afin de répondre à ses objectifs de diminution de 40 % à 45 % de l intensité carbone de son économie. Plan I. Ambitions chinoises a. Volontés chinoises et ions de marché b. Vers un strong grid plutôt qu un smart grid? c. Objectifs récents : le 12 e plan quinquennal II. Le milieu entrepreneurial, relais de l évolution du réseau chinois? a. Le plan SGCC b. Initiatives : recherche et projets pilotes c. Inquiétudes III. Contraintes et obstacles a. Obstacles structurels b. Obstacles techniques c. Obstacles institutionnels 71 boulevard Raspail Paris - France Tel : Fax : ww.centreasia.eu contact@centreasia.eu siret IEA, World Energy Outlook 2010.

2 I. Ambitions chinoises a. Volontés chinoises et ions de marché Les ambitions chinoises en matière de smart grid ne sont plus à remettre en question. Les investissements du gouvernement (prêts, subventions et réductions fiscales) ont atteint 7,3 milliards de dollars en 2010, dépassant les 7,1 milliards de dollars dépensés par le gouvernement américain, et plaçant ainsi la Chine en tête des investissements réalisés par le gouvernement dans le domaine du smart grid. smart grid pourrait atteindre l équivalent de 20 milliards de dollars par an en La Chine offre aujourd hui une situation unique. Bien que se trouvant à l aube de la mise en place d un réseau électrique moderne, elle dispose d ores et déjà d un réservoir mondial de technologies de pointe en matière de strong and smart grid. Elle bénéficie ainsi d une occasion unique de mettre en place un réseau moderne et technologique avancé. La Chine s apprête aujourd hui à se positionner parmi les pionniers de la mise en place d un réseau smart grid à grande échelle. L investissement prévu pour les dix prochaines années s élève à 99,6 milliards de dollars pour le smart grid et à 586 milliards de dollars pour le reste du réseau électrique 2, ce qui crée des opportunités majeures pour les entreprises ITC et technologies smart grid, ainsi que pour les investisseurs dans le domaine des énergies sobres en carbone. D autres estimations 3 indiquent que la Chine, afin d atteindre ses objectifs de modernisation du réseau électrique, devra dépenser 10 milliards de dollars par an d ici à Ainsi, le marché chinois est récemment devenu le plus important et le plus prometteur pour le secteur du transport et de la distribution d énergie. En 2008, les dépenses d investissement réalisées par State Grid Corp et China Southern Grid (respectivement 80 % et 20 % du réseau chinois) atteignaient 43 milliards de dollars, avec des taux de croissance annuels prévus entre 15 % et 20 % pour les dix prochaines années. D après Mc Kinsey, le marché du 2 Rapport IHS, octobre Rapport Bloomberg, mai b. Vers un strong grid plutôt qu un smart grid? Il est important de bien comprendre les notions sousjacentes au terme chinois correspondant au «smart grid». Selon la vision occidentale, une attention particulière est prêtée aux mécanismes permettant la mise en place d un réseau énergétique efficient tandis que, selon la conception chinoise, l accent est mis sur le côté efficace du réseau d approvisionnement en énergie. Marquée par les très sérieuses pénuries énergétiques des années 2005 et 2008, la Chine s est fixée comme objectif de créer rapidement un réseau électrique fiable et sécurisé. La plus grande part du plan de «strong and smart grid» mis en place par la Chine concerne ainsi la construction d un réseau de plusieurs milliers de kilomètres de lignes à ultra haute tension (ultra high voltage, ou UHV) la State Grid Corporation of China (SGCC) projetant d installer kilomètres de lignes de transmission megavolt d ici Malgré l importance des volumes d investissement mentionnés, il est ainsi à noter que la plupart d entre eux concernent la mise en place d un système de 2

3 transmission. Le premier souci du gouvernement chinois reste ainsi l approvisionnement en électricité des espaces urbains de l est du territoire, par la mise en place d un réseau électrique de très haute tension, épine dorsale du réseau chinois moderne. c. Objectifs récents : le 12 e plan quinquennal Source : SGCC Dans le 12 e plan quinquennal ( ), le smart grid reste un sujet tout à fait important. Il participe en effet de la politique générale de diminution de la part de charbon dans le mix énergétique, dont l objectif est de passer d une part de 70 % à une part de 64 %. L augmentation de la part des énergies renouvelables et les questions d intégration des énergies éoliennes et solaires au réseau deviennent dès lors un enjeu majeur. Les voies d évolution et d intégration de cet enjeu dictées dans le 12 e plan quinquennal se concentrent sur deux types d instruments politiques : les politiques de soutien aux sous-secteurs de l intégration des énergies renouvelables au réseau et de la régulation des pics de consommation (stockage de l énergie ) ; les standards et régulations, sur lesquels des chantiers importants vont être lancés au premier trimestre II. Le milieu entrepreneurial, relais de l évolution du réseau chinois? a. Le plan SGCC Alors qu en Europe et aux États-Unis, la mise en place d un smart grid est portée par les pressions règlementaires exercées sur les entreprises impliquées dans la modernisation du réseau, en Chine, les investissements massifs permettant d impliquer les gouvernements locaux dans la voie de la modernisation du réseau, la mise en place d indicateurs d évaluation par le leadership centralisé, et le rapprochement avec les industriels clés permettent de porter l évolution vers un smart grid chinois. Depuis quelques années, les industriels clés et en particulier la SGCC exercent un rôle de plus en plus important dans le processus d évolution. Entreprise d État fondée en décembre 2002, la SGCC s est rapidement imposée en tant que leader incontesté dans le domaine T&D énergie en Chine. Le réseau d approvisionnement énergétique de l entreprise s étend aujourd hui au travers de 26 provinces, régions autonomes et municipalités soit plus de 80 % du territoire. Dans la logique des politiques en faveur de la réduction de l intensité carbone, la SGCC a lancé en avril 2009 un plan pour la mise en place d un «strong and smart grid» ( 坚 强 智 能 电 网, jianqiang zhineng dianwang). Le Livre blanc relatif au plan de strong and smart grid publié par la SGCC le 19 avril 2009 met l accent sur l effort à fournir par les entreprises dans le cadre de la construction d une structure de production et de transmission de l énergie moins émettrice de GES Planning and pilot phase Planning of Strong & Smart Grid, technical and management specification fomulation, key technology R&D and equipment development, and pilot programs Full-scale construction Speed up construction of UHV grid and urban/rural distribution network; establish preliminary Smart Grid operation, control and interactive service system. Achieve major technical breakthroughs and extensive application of key technology and equipment Completion and improving phase Preliminarily complete the construction of Strong & Smart Grid; significantly enhance resource allocation ability, security level and operation efficiency of the grid, as well as interaction among grid, power sources and consumers. 5 % 70 % 25 % 3

4 Afin d atteindre l objectif de réduction de 40 % à 45 % de l intensité carbone de l économie, la SGCC propose : State Grid s installed capacity and structure (million kw) l installation, d ici à 2020, d une structure de production d une capacité totale de 1,44 milliard de kw, composée à 28,4 % d énergies non carbone : Pumped storage energy 53 Hydropower 240 Nuclear electric power 53 Wind power 98 Solar power 18 Coal 1165 Source : SGCC l amélioration de la structure d approvisionnement : - amélioration de la capacité d intégration des énergies propres dans le réseau : installation et intégration des énergies propres dans le réseau : millions de kw Objectif millions de kw millions de tonnes - amélioration de l efficacité du système électrique : Réduction des pertes énergétiques des lignes électriques : ,59 % Objectif ,7 % Réduction cons. charbon 14 millions de tonnes 39 millions de tonnes Diminution de la consommation de charbon des centrales de production à 38g/kWh : Réduction cons. charbon 189 millions de tonnes 524 millions de tonnes - mise en place d un strong and smart grid afin d inciter les acteurs industriels et les consommateurs à adopter un comportement économique : Augmentation de la part de consommation d énergie électrique dans la consommation totale d énergie : % Objectif % À calculer - développement des véhicules électriques afin d encourager la substitution énergétique : Objectif millions de véhicules électriques Réduction cons. charbon 35,5 millions de tonnes 69 millions de tonnes TOTAL Réduction des émissions de CO ,70 millions de tonnes 4

5 b. Initiatives : recherche et projets pilotes Dans le cadre du plan strong and smart grid, la SGCC a d ores et déjà pris de nombreuses initiatives, dont de nombreux projets pilotes. Comprehensive Generation Transmission Transformation Distribution Consumption Dispatching Shanghai expo : Smart grid demonstration Wind/PV/ storage/ transmision Joint demonstration Coordination of grid and conventional power plant pilot Transmission line status monitoring center pilot Smart substation pilot Distribution automation pilot Power consumption data collection system pilot Dispatching technology support system of Smart Grid pilot Comprehensive Generation Transmission Distribution Consumption Dispatching Sino-Singapore Tianjin ecocity Smart Grid demonstration Large scale wind power forecast and operation & control Coordination of grid and conventional power plant pilot Helicopter/UAV smart patrol for transmission lines Flexible DC Transmission Integration of distributed PV generation and microgrid s operation & control Provincial centralized power service center Smart community/ building Information platform and security PFTTH Cross-link s Centralized monitoring for grid operation Status monitoring system for transmission and transformation equipments Optimization of sale-distributiondispatching management mode for rural power grid Par ailleurs, la SGCC prend également part à l élaboration des standards. Le programme de la State Grid Corp. a adopté ou intégré dans des documents techniques diffusés 150 standards choisis parmi les bonnes pratiques des entreprises («Technical Specifications of Wind Power Plant Integration», «Technical Guide of Distribution Automation», «Technical Guide of Smart Substation, Function Specifications of Smart Meter», «Technical Standards of Power Consumption Acquisition System», etc. L étude et l adoption d autres standards est en cours, et la mise en place de 41 standards «techniques critiques» devrait avoir lieu à la fin de l année 2010, dans le cadre de la conduite des projets pilotes menés par la SGCC. Enfin, la State Grid Corp. désire conduire une importante activité de recherche, au sein de trois centres principaux en cours de construction (National Energy Solar Power Generation Research and Development Center, Nanjing ; National Energy Large-Scale Wind Power Grid-Connection System Research and Development Center, Pékin ; Smart Power Consumption Technology Research and Test Center, Nanjing). Une dizaine de sujets de recherches ont été étudiés depuis 2009, et 58 autres sujets ont été identifiés comme étant des sujets clefs du domaine smart grid. 5

6 Generation Transmission Transformation Distribution Consumption Dispatching Key technology research on integration of wind and solar power Key technology research on UHVAC/DC and the development of related equipments Key technology research on smart substation and development of related equipments Superconducting energy storage system and key technology research Research on microgrid technology framework, integration technology and distributed energy storage devices Research on the bidirectional interactive marketing & sales technology and construction demonstration s Research on the advanced testing & measurement technology Research on the supporting system for dispatching technology on smart grid Information and communication support Research on the communication & information technology in smart grid Management mode research Research on the management mode in smart grid c. Inquiétudes Des inquiétudes commencent à poindre quant à l importance du rôle pris par la SGCC. Celle-ci détient aujourd hui un monopole quelque peu voyant dans le réseau électrique chinois, et l éventualité d une séparation des secteurs transmission et distribution est à prendre en compte quant on évoque l avenir de la SGCC. UHV has been severely criticized by many electric power experts and regulators. Using million-volt AC unified grid completely destroys the principle of divided regional grids that have proven to be reliable in 20 years experience. This will increase the risk of having a nation-wide outage Meng Dingzhong, senior engineer at Ministry of Electric Power, member of CIGRE and IEEE. However, this unsatisfactory operation has not prevented SGCC from investing heavily in the construction of UHVs. E.g. Huainan-Shanghai and Ximeng-Shanghai pilot s received investments of and billions yuan respectively. These two enormous s can only transmit less than half of the amount of electricity that SGCC announced they could. They are not only wasteful but also pose many security problems. Meng Dingzhong, senior engineer at Ministry of Electric Power, member of CIGRE and IEEE. Source : Business Week, State Grid Empire, / 国 网 帝 国, 商 务 周 刊,2010 年 03 月 03 日 III. Contraintes et obstacles a. Obstacles structurels Bien que le smart grid, en Chine, semble évoluer au même rythme que les réseaux américains ou européens, des contraintes structurelles tendront à faire obstacle à la progression de la modernisation du réseau chinois. Ces contraintes sont : le manque de diversification du mix énergétique et la dépendance chronique au charbon ; le rythme de la croissance de la demande énergétique et électrique (les ions faisant état d une croissance de la population urbaine chinoise de 640 millions de résidents en 2010 à 840 millions en 2020) ; l étendue du réseau et les écarts entre l ouest producteur et l est urbain consommateur, nécessitant la mise en place de lignes de transmission à très grande distance provoquant des pertes d énergie importantes. 6

7 b. Obstacles techniques L insuffisance du raccordement des sites de production d énergies renouvelables au réseau est un problème qui a été amplement mentionné dans la presse chinoise et étrangère 4. Le décalage entre la construction des sites de production des énergies renouvelables (fermes solaires et éoliennes : 1 an en moyenne) et leur raccordement au réseau électrique (2 à 3 ans) sont à l origine d importants retards en matière de capacité de production, et d un gâchis énergétique important. On estime que 3/5 de la capacité de production éolienne de State Grid Corp ne serait pas reliée au réseau. Le secteur éolien ( 弃 风, qifeng) souffre d une relative désaffection motivée par le coût plus intéressant des centrales à charbon (6,25 fois moins chères). Les problèmes d instabilité et d intermittence de la production d énergie se sont multipliés et la nécessité d acheminer l électricité sur de très longues distances est devenue critique, suscitant la préoccupation des autorités nationales au niveau central. Par ailleurs, la gestion des pics de consommation d énergie électrique constitue un problème de taille, qui n est pas facilité par l intégration des énergies renouvelables à des rythmes de production instables. En effet, les sources d énergie choisies par le gouvernement chinois afin d améliorer son mix énergétique constituent des ressources instables, ce qui accentue les problématiques de gestion des pics de consommation, et peut causer jusqu à 60 % de perte de capacité de production. Enfin, des retards technologiques importants peuvent menacer la mise en place du strong and smart grid chinois. Le retard technologique se retrouve en particulier dans le secteur de la distribution. «In the US, the coverage of Advanced Metering Infrastructure (AMI) is 6 % and that of Automatic Meter Reading (AMR) is 30 %; in China, it s almost zero.» Hu Xuehao, chief expert of China Electric Power Research Institute 5. The US published 16 operation standards in April 2009, but only one is applicable in China. Hu Xuehao, chief expert of China Electric Power Research Institute 6. Par ailleurs, les standards aujourd hui émis sont pour la plupart des standards industriels, élaborés par la SGCC, et non des standards nationaux. Enfin, des questions se posent quant à la réalité de la volonté chinoise de mettre en place un demand-side management, et quant au temps qui sera nécessaire à cette évolution. The electric power companies take the posture of a highup ruler; the users are not aware of their rights to ask for compensation for power-cuts. There is much work to do about electricity distribution in the future. Li Li, secretary of South Grid s expert committee, academician of China Engineering Institute 7. Conclusion Malgré l existence d une réelle volonté d attirer les partenaires étrangers dans la construction du strong and smart grid chinois et l accent mis sur le renforcement de la coopération sino-américaine, le système compétitif chinois reste inscrit dans les codes de compétitivité des autres secteurs. Les entreprises nationales, lorsque leur développement technologique le permet, sont généralement plus compétitives en termes de prix, et les entrepreneurs étrangers se plaignent régulièrement du manque de transparence qui caractérise les processus d appel d offre, le marché smart grid et le secteur des énergies renouvelables. La nécessité de passer d un effort de déploiement de la capacité de production à un effort du côté de la demande du milieu urbain chinois constituera une question clé pour l avenir du paysage énergétique de la Chine. Le caractère relativement nouveau des technologies smart grid est à l origine du coût particulièrement élevé de leur acquisition. Les retours sur investissement ne sont pas assez importants pour provoquer un comportement économique spontanément orienté en faveur de la mise en place de technologies smart grid. La volonté chinoise d avancer en matière de smart grid est indéniable, mais il devient urgent de satisfaire le besoin en matière de mécanismes de compensation, de méthodes de management global et intégré, et d indicateurs modernes de suivi des approvisionnements et de la consommation. c. Obstacles institutionnels Il existe tout d abord une certaine confusion en matière de standards. Malgré les importantes capacités chinoises en matière d étude et de réplication des standards, la plupart des standards internationaux restent inapplicables à la Chine. 4 Research Report on the Development of China s Wind Power, National Supervisory Authority on Electricity, July Source : Xinhua, State Grid in-depth Study, , 智 能 电 网 深 入 研 究, 新 华 社, 2010 年 10 月 20 日. 6 Source : Xinhua, State Grid in-depth Study, , 智 能 电 网 深 入 研 究, 新 华 社, 2010 年 10 月 20 日. 7 Source : Xinhua, State Grid in-depth Study, , 智 能 电 网 深 入 研 究, 新 华 社, 2010 年 10 月 20 日. 7

8 Sources : AFD Pékin, entretien Asia Centre, novembre 2010 Business Week, State Grid Empire, , 国 网 帝 国, 商 务 周 刊, 2010 年 03 月 03 日 IEA, World Energy Outlook 2010 IEC61580, Chinese Smart Grid s Scope and the Development of our Smart Grid s Strategy, , 我 国 智 能 电 网 的 现 状 及 发 展 对 策 智 能 电 网, IEC61850, 2010 年 9 月 3 日 isupply, Project on China Electricity Smart Grid Spurs Meter Shipments: Move Driven by the National Smart Grid Plan, octobre 2010 McKinsey, Evolution of the Smart Grid in China, été 2010 SGCC, Livre blanc «Strong and Smart Grid», SGCC, avril 2009 SGCC, Présentation du plan d action de la SGCC, juin 2010 Wall Street Journal, Does China Need the American Smart Grid?, , 中 国 需 要 美 国 的 智 能 电 网 吗?, 华 尔 街 日 报, 2010 年 09 月 30 日 Xinhua, State Grid in-depth Study, , 智 能 电 网 深 入 研 究, 新 华 社, 2010 年 10 月 20 日 Zpryme, Smart Grid Snapshot : China Tops Stimulus Fundings, january 2010 FOCUS Smart meters La SGCC projette de conduire un plan de modernisation du système de transmission et de distribution d électricité, pour un montant équivalant à plusieurs millions de dollars, créant des fenêtres d opportunité majeures pour les fournisseurs de compteurs électriques. Les prévisions faites pour ce marché estiment à 500 millions d unités la demande de remplacement de compteurs d ici à L accent est mis sur les technologies de dernière génération. La part de marché des compteurs électroniques devrait ainsi passer de 66,3 % en 2009 à 89,4 % en La modernisation des équipements réseau devrait surtout concerner les équipements du résidentiel et du commercial (+ 7,4 % par rapport à 2009, contre + 5,0 % pour l équipement industriel). Type d équipement Livraisons 2010 Croissance Compteur classiques 27,9 millions -9,6 % électromécaniques Compteurs électroniques 70,0 millions 15,3 % Au titre des remplacements effectués, 14,7 millions de smart meters devraient être installés avant Tandis que certaines études (McKinsey) révèlent que les smart meters et les réseaux résidentiels intelligents pourraient avoir des retours d investissement positifs en six à sept ans, d autres s inquiètent quant au coût encore élevé de ces technologies. Les produits high-tech smart grid sont en effet issus de technologies relativement nouvelles, aux coûts importants, ce qui continue de ralentir les retours sur investissement, de restreindre les comportements économiques spontanément orientés vers la transition smart meters. The new American meter model will cost over 100 dollars per household which is more than 10 times my electricity fees of the month. Hu Xuehao, expert of the Electric Power Research Institute of China. De tels problèmes constituent des menaces significatives pour le développement des smart meters en Chine, et pourraient être contournés au moyen de mécanismes financiers, à l étude aujourd hui (projet ligne de crédit verte de l AFD ). 8