renewables Made in Germany L approvisionnement en énergie verte d aujourd hui et de demain www.renewables-made-in-germany.com
Éditeur Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena) L agence allemande de l énergie Chausseestraße 128 a, 10115 Berlin, Allemagne Tél. +49 (0) 30 72 61 65-6 00 Fax +49 (0) 30 72 61 65-6 99 E-mail: renewables@dena.de Internet: www.dena.de Dernière mise à jour Décembre2013 Impression Elbedruckerei Wittenberg GmbH Breitscheidstraße 17 a 06886 Lutherstadt Wittenberg, Allemagne Concept et réalisation set-up design.print.media Walderseestraße 7, 30163 Hannover, Allemagne Image de couverture PantherMedia Tous droits réservés. Toute utilisation est soumise à l autorisation de la dena. Tous les contenus ont été rédigés avec le plus grand soin et selon l état le plus avancé des connaissances. La dena décline toute responsabilité quant à la mise à jour, la justesse et l exhaustivité des informations mises à disposition. La dena décline toute responsabilité pour des dommages, qu ils soient de nature matérielle ou immatérielle, causés de manière directe ou indirecte par l utilisation ou la nonutilisation des informations proposées, hormis dans les cas où elle a commis de manière avérée une faute intentionnelle ou une négligence grave. Site web officiel www.renewables-made-in-germany.com 2
SOMMAIRE Sommaire Avant-propos...5 Énergies renouvelables Les technologies des énergies renouvelables l énergie de demain...8 Les technologies des énergies renouvelables pour la sécurité énergétique...9 Les technologies des énergies renouvelables pour limiter le changement climatique...10 Conditions politiques et juridiques générales assurant le succès des énergies renouvelables en Allemagne....11 Les technologies des énergies renouvelables une success-story allemande... 12 Financement des projets d énergies renouvelables... 13 Énergie éolienne L énergie éolienne prend de la vitesse... 14 Les éoliennes terrestres... 15 Les éoliennes en mer.... 16 Le photovoltaïque L énergie solaire: le photovoltaïque... 17 Installations photovoltaïques couplées au réseau... 18 Photovoltaïque: perspectives... 19 Le solaire thermique Le solaire thermique: technologies et applications...20 Installations thermiques solaires pour la production d eau chaude et le chauffage... 21 Réfrigération solaire...22 Les centrales solaires thermiques.................................................................. 23 3
SOMMAIRE La bioénergie Production de chaleur et d électricité à base de biomasse solide....24 Biomasse solide et les biocarburants liquides...25 Électricité et chaleur issues du biogaz...26 L énergie hydraulique L utilisation de l énergie hydraulique...27 L électricité provenant de la petite hydraulique...28 L énergie géothermique Exploitation de la chaleur terrestre....29 Géothermie à basse profondeur pour le chauffage et la climatisation de bâtiments...30 Énergies hors réseau Énergies hors réseau: accéder aux énergies modernes... 31 Systèmes solaires de production d électricité hors-réseau...32 Autres technologies de production hors-réseau et systèmes hybrides...33 Les énergies renouvelables dans le résidentiel Production d électricité....34 Production de chaleur et refroidissement...35 4
AVANT-PROPOS Avant-propos Eu égard à la hausse des prix de l énergie et aux défis posés par le changement climatique, la question des énergies renouvelables est devenue un enjeu politique majeur. Contrairement aux ressources énergétiques fossiles, les énergies renouvelables reposent sur des sources inépuisables. Elles englobent un bouquet énergétique regroupant l énergie éolienne, la bioénergie, l énergie solaire, l énergie hydroélectrique et la géothermie, et ont clairement le potentiel de prendre le relais, progressivement, des ressources énergétiques fossiles, d approvisionner en énergie les hommes vivant dans des régions reculées sans raccordement au réseau et par ailleurs, de permettre un approvisionnement en eau potable pour l essentiel fiable. Les énergies renouvelables peuvent être utilisées pour la production de courant et de chaleur de même que dans le domaine de la mobilité. Alors que dans le secteur de l électricité, le vent et le soleil, en fonction de la situation météorologique, entraînent une production fluctuante de l énergie, la bioénergie, l énergie hydroélectrique et la géothermie sont disponibles de manière constante et peuvent être stockées et paramétrées. Étant donnée leur considérable plage de performance, s étendant de quelques watts seulement à plusieurs centaines de mégawatts, les énergies renouvelables peuvent en outre s adapter à tous les types de prestations énergétiques. Étroitement liées aux techniques énergétiques modernes, elles sont à même de garantir dans une large mesure la sécurité de l approvisionnement même dans une société industrielle moderne. Les ressources énergétiques renouvelables ne peuvent pas être utilisées à rentabilité égale dans chaque pays. Certaines régions disposent de potentiels leur permettant d exploiter à faible coût l énergie solaire. C est dans la dé-nommée «ceinture du soleil» de la planète (située entre le 20e et le 40e parallèle des hémisphères nord et sud) que se trouvent réunis les potentiels de meilleure qualité. Le potentiel technique de l énergie éolienne quant à lui dépend de la vitesse moyenne du vent. Cette dernière est généralement nettement plus faible audessus des terres émergées des continents qu audessus des océans. Quasiment chaque pays offre toutefois des sites favorables à l exploitation de ressources énergétiques renouvelables les plus variées. L énergie éolienne est utilisée dans de nombreuses régions du monde depuis des siècles et elle s est hissée, au cours des décennies passées, au rang de pilier majeur de l approvisionnement énergétique durable. La plus grande partie des installations éoliennes érigées dans le monde est actuellement installée sur le sol ferme et raccordée au réseau électrique public. En règle générale, plusieurs installations sont raccordées pour former un parc éolien qui alimente le réseau distributeur avec le courant généré. Les installations décentralisées sont quant à elles idéales pour un approvisionnement en courant décentralisé de régions situées à l écart du réseau électrique public. De telles installations sont généralement de petite taille (jusqu à 500 kw environ) et peuvent alimenter le micro-réseau d une commune. Dans les pays dans lesquels la quantité de surfaces disponibles est limitée, comme c est le cas par exemple en Allemagne, le potentiel de repowering, consistant à remplacer d anciennes installations moins performantes par des nouvelles installations plus puissantes, est élevé. L Europe en particulier s engage de manière renforcée pour l emploi d installations en mer (offshore), notamment en raison des conditions de vent constantes et des vitesses moyennes du vent plus élevées. Le rendement est jusqu à 40 % plus élevé que sur la terre ferme. À long terme, à l échéance de 2020, l énergie éolienne offshore aura vocation à couvrir 12 % des besoins en électricité en Allemagne. Le soleil délivre en une heure une quantité d énergie supérieure à la consommation annuelle mondiale. Cette énergie peut être exploitée de multiples façons. Les cellules photovoltaïques (PV) transforment directement les rayons du soleil en courant électrique. Les installations photovoltaïques offrent la possibilité de produire et d utiliser l électricité indépendamment du réseau électrique public, par exemple par le biais de Solar Home Systems (SHS). Il est également possible d utiliser le photovoltaïque pour alimenter des systèmes autarciques éloignés du réseau. De tels microréseaux peuvent approvisionner en électricité des bâtiments isolés voire même plusieurs communes. Des technologies de stockage (par ex. batteries) sont intégrées dans les micro-réseaux afin d assurer un approvisionne-ment en électricité même lorsque les rayonnements du soleil sont insuffisants. Le recours à des systèmes hybrides association de différentes technologies basées sur les énergies renouvelables (photovoltaïque associé par ex. à l énergie éolienne ou hydroélectrique) ou de générateurs électriques fonctionnant au diesel ou au biocarburant est une solution confortable pour assurer l approvisionnement en électricité de petites communes situées en marge des réseaux publics. Outre la pénurie d énergie dans de nombreuses régions, il convient toutefois de souligner que l approvisionnement en eau potable est l une des conditions indispensables pour assurer la survie. Les installations photovoltaïques sont en mesure d assurer un approvisionnement continu en eau potable ainsi qu en eau destinée à l irrigation. Par ailleurs, cette technologie permet de désinfecter et de dessaler l eau. Les installations raccordées au réseau peuvent être intégrées de manière optimale, d un point de vue architectonique, sur les toits ou les façades. Les installations de grande envergure de plusieurs mégawatts sont, en 5
AVANT-PROPOS règle générale, conçues en tant qu installations photovoltaïques au sol. L exploitation technique de la chaleur solaire (thermique solaire) est une technologie déjà conçue et éprouvée depuis des décennies. Les installations thermiques solaires peuvent également être utilisées dans les régions faiblement ensoleillées. Elles sont adaptées pour le réchauffement de l eau potable et comme chauffage d appoint. Les installations solaires permettent à l usager d être moins tributaire des combustibles fossiles et des augmentations des prix énergétiques. Les installations solaires de petite taille s inscrivent désormais en bien des lieux dans l offre standard proposée par l industrie du chauffage et la branche artisanale. Son potentiel majeur réside au niveau du stockage de la chaleur solaire en été, en prévision de l hiver, et au niveau de la distribution de l eau chaude par le biais de réseaux de chaleur de proximité. Les installations thermiques solaires de grande envergure peuvent également seconder des réseaux de chaleur à distance. À l inverse, les systèmes de refroidissement solaire, nouvelle application prometteuse du solaire thermique, s avèrent particulièrement utiles dans les pays où les besoins de climatisation sont élevés. On observe également dans le monde entier une recrudescence des constructions de centrales thermiques solaires. Cela fait 20 ans maintenant qu elles ont fait preuve de leur disponibilité opérationnelle. Avec une plage de performance commençant à environ 10 kw, les centrales thermiques solaires offrent un éventail très large d applications, de l approvisionnement de proximité de communes isolées, jusqu à l approvisionnement à distance d agglomérations urbaines. Grâce au recours à des technologies de stockage, les centrales sont à même de fonctionner en charge de base. Dans ce cadre, les régions désertiques du globe offrent un extraordinaire potentiel, puisqu elles reçoivent en six heures plus d énergie que celle consommée par l humanité entière en un an. Les experts partent du principe que dans les cinq à dix prochaines années, la technique de génération de courant solaire thermique sera en mesure de faire concurrence aux centrales de charge moyenne conventionnelles. La bioénergie est l une des ressources énergétiques renouvelables les plus importantes et polyvalentes du monde. La bioénergie est utilisée sous forme solide, liquide ou gazeuse pour générer du courant et de la chaleur et pour produire des biocarburants. L un des grands avantages de la bioénergie réside dans son aptitude à être stockée. Traditionnellement, la biomasse solide est utilisée, par le biais de la combustion du bois, pour le chauffage et la cuisine. Dans le cadre d applications industrielles, la biomasse sert à générer de l électricité et de la chaleur. Pour le chauffage des habitations, ce sont surtout des granulés de bois qui sont utilisés. L espace de stockage qu ils requièrent et à peine plus important que celui du mazout. De plus la biomasse peut également être gazéifiée par le biais d un processus chimico-thermique. Le gaz de bois inflammable obtenu est ensuite principalement utilisé dans des installations à moteur thermique très efficaces. Elles sont parfaitement adaptées pour être installées dans des régions éloignées du raccordement au réseau. Le biogaz est produit à partir de ressources variées: éléments organiques provenant de déchets (gaz de décharge), eaux usées communales (gaz d égout), déchets organiques industriels, déchets ménagers et issus de la branche commerciale, mais également résidus et plantes énergétiques provenant de l agriculture. Les résidus de fermentation obtenus lors de la génération de biogaz peuvent être utilisés comme un engrais d excellente qualité dans le secteur agricole ou alors, être vendus comme produit secondaire pour augmenter leur valeur ajoutée. L épuration du biogaz, afin de lui conférer des qualités chimiques similaires à celles du gaz naturel, prend également de l importance. Le biogaz ainsi obtenu peut être utilisé dans des réseaux de gaz naturel existants. Par ailleurs, le biogaz est utilisé en tant que carburant dans le domaine du transport. Les principaux carburants biogènes restent le biodiesel et le bioéthanol. Les biocarburants synthétiques tels que le BtL (Biomass-to-Liquid, transformation de la biomasse en liquide) ou les carburants végétaux sont actuellement en cours de développement et sont d ores et déjà utilisés de manière sporadique. Outre le bioéthanol, produit à base de plantes contenant de l amidon ou du sucre, et le biodiesel, constitué de plantes contenant d importantes quantités d huile, de nouveaux biocarburants sont développés de nos jours. L éventail des matières premières pouvant potentiellement servir dans le cadre de leur fabrication est largement plus étendu. Certains procédés reposent sur la gazéification de la biomasse (bois, paille etc.). Après la gazéification de la biomasse, cette dernière est transformée, par le biais d un procédé chimique (procédé Fischer-Tropsch), en hydrocarbure. L avantage majeur du procédé BtL repose sur l utilisation de la plante dans son ensemble. L énergie hydroélectrique est la forme d énergie renouvelable la plus ancienne. Elle était déjà utilisée à l ère préindustrielle pour les moulins à vent, les scieries et les martelleries. Aujourd hui, l énergie hydroélectrique est quasi entièrement dédiée à la génération d électricité et couvre environ 16 % de la production d électricité à travers le monde. La micro-hydraulique, en particulier, est considérée comme une forme d exploitation durable étant donné qu elle peut être intégrée dans des écosystèmes existants. Certaines estimations affirment que seul un quart du potentiel économique environ est exploité jusqu ici. La modernisation d installations existantes constitue l un des potentiels majeurs. Lors de l exploitation de l énergie hydroélectrique, il convient en particulier de prendre des mesures pour protéger la nature et des milieux aquatiques (en installant par ex. des passes à poissons). 6
AVANT-PROPOS La géothermie est une forme d énergie renouvelable disponible de manière constante et ce, 24 heures sur 24, malgré les fluctuations climatiques et météorologiques. Le principe de base de la dénommée géothermie profonde est simple: pour extraire de la chaleur des couches profondes de la terre, un fluide caloporteur est nécessaire. Soit ce «moyen de transport» est disponible sous forme de vapeur ou d eau chaude dans les couches profondes, et il est alors puisé et acheminé en surface, refroidi et réintroduit, en règle générale, dans les couches profondes. Autre cas de figure: le fluide est dans un premier temps introduit par le biais de pompes dans les profondeurs et être remonté à l état réchauffé. La chaleur ainsi obtenue peut directement être utilisée pour réchauffer les bâtiments ou autres consommateurs de chaleur. La production d électricité est l une des formes intéressantes d exploitation de la géothermie. C est en particulier dans les pays favorables d un point de vue géologique (par ex. régions volcaniques, température > 200 C), que la géothermie constitue une base solide de production énergétique écologique et avantageuse au niveau des coûts. Elle peut ainsi constituer une contribution importante pour l approvisionnement de base. Dans la géothermie à basse profondeur, la chaleur emmagasinée dans le sol jusqu à des profondeurs de 150 m environ, est exploitée via des pompes à chaleur. Dans ce contexte, on peut envisager le soussol, la masse d eau ou l air environnant comme sources de chaleur. La géothermie à basse profondeur est surtout adaptée au chauffage et à la climatisation de bâtiments. Conditions politiques générales En 20 ans l Allemagne a réussi à mettre en place un train de mesures très vaste, destiné à promouvoir les énergies renouvelables, et qui porte ses fruits à tous les niveaux de la société. Grâce à sa Loi sur les énergies renouvelables, la Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG), prévoyant pendant 20 ans un prix garanti pour le rachat de l électricité verte produite, l Allemagne fait figure de pionnier à l échelle internationale. À l aube de 2020, les énergies renouvelables devront couvrir 35 % de la consommation brute de courant. Ce chiffre sera porté à 50 % en 2030. En 2012, cette part s élevait d ores et déjà à 22,9 %. Dans le secteur du chauffage également, la Loi sur la chaleur d origine renouvelable, la Erneuerbare- Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) ainsi que le programme allemand de stimulation du marché (MAP), constituent les piliers essentiels pour parvenir à multiplier par deux la part en énergies renouvelables dans la production de chaleur d ici à 2020. En ce qui concerne les biocarburants, la loi allemande sur les quotas de biocarburants, la Biokraftstoffquotengesetz, impose une obligation de mélange minimale de biocarburants et accorde des avantages fiscaux sur les huiles minérales. L intégration des énergies renouvelables dans le réseau La génération d énergie renouvelable permet de réduire tant les émissions de CO 2 que notre dépendance à la production d énergie à partir de matières premières importées. Toutefois, la hausse des volumes d électricité renouvelable injectée au réseau exige des changements majeurs du système énergétique en termes de production, de transmission, de distribution, de stockage et de consommation d énergie. En raison des objectifs fixés par les politiques énergétiques et climatiques, ces changements seront particulièrement importants durant les années et décennies à venir. Les nouvelles technologies et modèles économiques contribuent à équilibrer les charges, à lisser la variabilité et à intégrer différentes ressources. Les centrales électriques virtuelles, par exemple, peuvent permettre de répondre aux enjeux futurs du réseau. Leur fonctionnement jouera un rôle de plus en plus important dans la production d électricité du futur. Si la centrale virtuelle n a pas d existence physique sous forme de générateur d électricité, elle permet néanmoins de constituer et de gérer un portefeuille de générateurs de distribution à petite échelle pour différents types de génération d énergie. La centrale électrique virtuelle les contrôle comme si toutes les unités formaient une seule grande unité. 7
ÉNERGIES RENOUVELABLES Les technologies des énergies renouvelables l énergie de demain Les biocarburants pour le transport La biomasse, un réservoir naturel d énergie solaire, peut servir de carburant de transport pour tous les moteurs, assurant la mobilité de manière renouvelable. Les technologies des énergies renouvelables: SAG Solarstrom AG juwi Sont favorables à l environnement et jouent un rôle clé pour limiter le changement climatique Sont disponibles en abondance partout dans le monde Réduisent la dépendance aux importations d énergie et génèrent au contraire la création de valeurs locales Créent des emplois dans les industries de croissance durable Sont la base d un approvisionnement en énergie renouvelable pour les pays industrialisés et en développement Représentent un des marchés croissant le plus rapidement sur la scène internationale Présentent de faibles risques sans élimination des déchets ou problèmes d émissions, et présentant un faible intérêt pour les potentielles cibles terroristes. Les technologies des énergies renouvelables peuvent répondre à toutes les demandes: Approvisionner le réseau en énergie Énergie hydraulique, énergie géothermique, énergie éolienne, bioénergie et énergie solaire peuvent graduellement prendre la place de l énergie conventionnelle. La combinaison des sources d électricité avec une technologie contrôlant intelligemment le réseau peut garantir la stabilité de ce dernier. Approvisionner les zones rurales de manière autonome Dans le monde, deux milliards de personnes n ont pas accès au réseau public électrique. Les installations autarciques fonctionnant à partir d énergie renouvelable peuvent fournir de l électricité, partout où il s avère techniquement difficile ou trop coûteux de bâtir un réseau. Cette exposition présente les opportunités offertes par l énergie solaire, la petite énergie hydraulique, l énergie éolienne et la bioénergie. Décentrer l approvisionnement de chaleur La bioénergie, le solaire thermique et la géothermique fournissent l énergie nécessaire à l approvisionnement en chaleur, en fraîcheur, en eau chaude pour les foyers et en chaleur pour les procédés industriels. Les coûts de l approvisionnement d énergie Les prix actuels du marché des énergies fossiles et nucléaires ne représentent qu une part infime des véritables coûts qu elles représentent pour la société. Si on procédait au calcul des coûts extérieurs inhérents à la détérioration de l environnement et aux conflits politiques, les énergies renouvelables devraient être compétitives voire, dans plu-sieurs cas, moins coûteuses que l énergie conventionnelle. La dégradation de l environnement provoquée par les carburants fossiles, et plus particulièrement les pertes dues au changement climatique et à la pollution de l air, est en train de devenir un facteur économique croissant en importance, ayant un impact toujours plus grand sur les décisions politiques et économiques. Les coûts des émissions de CO 2 par exemple, faisant suite aux systèmes de plafonnement et d échanges de droits d émission de gaz à effet de serre institués par le protocole de Kyoto, commencent déjà aujourd hui à influencer le flux des investissements, par exemple par rapport à la construction de nouvelles centrales électriques, mais aussi en raison des nouveau repères des entreprise face aux risques liés au changement climatique. Les substances polluantes produites, en outre, par la combustion des carburants fossiles sont la première cause de smog et de pluies acides. Selon une étude commandée par la Commission européenne, les coûts pour la société allemande, à la suite de l utilisation de pétrole et de charbon dans la production d électricité, s élèvent respectivement entre 5 et 8 ct/kwh et 3 et 6 ct/ kwh. Les énergies renouvelables offrent la possibilité de répondre aux besoins mondiaux de manière renouvelable tout en respectant l environnement. Coût de l énergie fossile pour la société Pollution de l air Prix facturé au consommateur Coût pour la société Dommages causés à l environnement Coût lié aux conflits politiques Coût lié à la sûreté et à la sécurité Coût de réhabilitation 8
ÉNERGIES RENOUVELABLES Les technologies des énergies renouvelables pour la sécurité énergétique Le défi: une demande croissante contrastant avec des ressources en baisse Partout dans le monde, on assiste à une explosion continue de la demande en carburants fossiles, plus particulière-ment à cause de l importante croissance économique dans certaines parties de l Asie. Non seulement les carburants fossiles deviennent moins abondants, mais les réserves sont également limitées à quelques régions, dont un certain nombre présente de graves problèmes politiques et de sécurité. Par exemple, 74 % des réserves mondiales de pétrole et 70 % des réserves mondiales de gaz se situent au Moyen-Orient et en Mer Caspienne, qu on appelle «l ellipse des ressources». Malgré les nombreux débats scientifiques et la difficulté de faire des projections, puisqu il est difficile de définir la date à laquelle le pic de la production de pétrole mondiale s arrêtera, il ne fait aucun doute que l on assistera à la pénurie de ces ressources dans un futur proche. Si l on suit les principes économiques de base, associés à la demande croissante, provenant plus particulièrement des économies émergentes tels que la Chine, l Inde ou le Brésil, on ne peut, au final, qu assister à une augmentation significative et constante du prix du pétrole. La spéculation financière, les conflits militaires comme au Moyen-Orient, et les catastrophes naturelles comme celles liées au changement climatique accentuent toujours plus l inconstance du prix du pétrole. S il s avère que les problèmes dus au déclin à venir soient clairement identifiés comme graves pour le pétrole, les mêmes défis s imposeront également au gaz naturel, à l uranium et au charbon. Une dépendance croissante aux importations Puisque les réserves sont aux mains de quelques pays, toutes les autres économies sont dans l obligation d importer des carburants non renouvelables. En guise d exemple, la dépendance énergétique de l Allemagne était en 2008 de 61 %, alors que la dépendance énergétique de l Union européenne s élevait à 54 %. Parmi les états membres mêmes, deux pays accusent un taux de dépendance de 100 %. Les importations nettes nécessaires se traduisent par des transferts de capitaux élevés vers ces pays, s accompagnant d une insécurité d approvisionnement et politique, de même qu une dépendance géopolitique. Consommation d énergie par les états membres européens, leurs importations nettes et leur taux de dépendance en 2008. *Les importations réparties selon la consommation brute. Consommation d énergie brute en millions de tonnes de pétrole. Se définit comme la production primaire, plus les importations, moins les exportations. Les importations nettes représentent les importations moins les exportations. Source: portail européen de l énergie La création de valeurs locales avec des ressources en abondance et disponibles partout L énergie provenant du soleil, de la terre et de la biomasse est remplaçable localement tout autour du globe, et peut participer de manière cruciale à la sécurité énergétique et à la prévention de conflits provoqués par la réduction des carburants fossiles et nucléaires. Pour les 1,6 milliard de personnes n ayant pas accès à un approvisionnement énergétique moderne, sans oublier la soif énergétique des économies émergeantes, les technologies des énergies renouvelables offrent, par ailleurs, la possibilité d un approvisionnement énergétique renouvelable et décentralisé, avec la création de valeurs locales ne rendant pas indispensable un réseau coûteux ou une dépendance des importations. C est ici que l utilisation de systèmes autarciques, systèmes décentralisés, fournissant de l énergie, a un véritable rôle à jouer. Pour assurer un approvisionnement énergétique continu et abordable, des systèmes autarciques hybrides peuvent combiner l utilisation de sources d énergie variées. Il est par exemple possible de combiner de manière satisfaisante des sources d énergie, tels que l énergie éolienne, le photovoltaïque et l énergie hydraulique avec des moteurs à combustion. 9
ÉNERGIES RENOUVELABLES Les technologies des énergies renouvelables pour limiter le changement climatique Le réchauffement planétaire, résultat des rejets de gaz à effet de serre, est l une des plus grandes menaces du XXIe siècle. Il affecte déjà la vie des gens et ses conséquences ne cessent de prendre de l ampleur. Les faits Selon le 4e rapport du Groupe d experts intergouvernemental sur l évolution du climat (GIEC) datant de 2007, la concentration de dioxyde de carbone dans l atmosphère a, en 2005, nettement dépassé la limite naturelle des 650 000 dernières années, à cause de l utilisation de carburants fossiles. Il précise qu on ne peut douter du fait que le réchauffement mondial de l appareil climatique soit déjà en marche. Cela est vérifiable en observant simplement, par exemple, l augmentation mondiale de la température moyenne de l air et de l océan, les changements généralisés du volume des précipitations, la salinité de l océan, la formation du vent et tout ce qui a trait aux conditions climatiques extrêmes, telles que les sécheresses, les fortes précipitations, les vagues de chaleur et l intensité de cyclones tropicaux. Selon les données rassemblées par le Climatic Research Unit et le UK Met. Office Hadley Centre, sur les quinze années les plus chaudes s étant écoulées entre 1850 et 2009, les quatorze les plus chaudes se sont produites ces quatorze dernières années (1995 2009). L année 2009 a été la sixième année la plus chaude depuis 1850. L économie du changement climatique Le gouvernement britannique a publié en 2006 un rapport conséquent sur l économie du changement climatique. Il mettait clairement en avant que le changement climatique aurait un impact important sur la croissance et le développement de tous les pays. Tirant ses conclusions des résultats issus de modèles économiques formels, le rapport estime que si aucune action décisive n est entreprise dès maintenant, les coûts globaux et risques du changement climatique seront comparables à une perte d au moins 5 %, pouvant même atteindre 20 %, du P.I.B. mondial chaque année. Le rapport précise par ailleurs que les coûts à engager pour stabiliser notre climat sont significatifs mais gérables, et que les bénéfices à tirer d une décision précoce et décisive devraient largement l emporter sur les enjeux économiques consistant à ne rien faire. Cela laisse entendre qu il est indispensable de voir tous les pays agir sur le changement climatique, sans limiter les aspirations de croissance des pays riches ou pauvres. Les moyens de limiter le changement climatique doivent, en outre, ouvrir de nouvelles perspectives commerciales, en premier lieu sur les marchés des technologies énergétiques faibles en carbone, mais aussi sur les biens et services pauvres en carbone. Grâce aux centaines de milliards de dollars injectés chaque année dans ces marchés, ils seront en mesure de créer un nombre important d emplois renouvelables dans le secteur. Le protocole de Kyoto Le protocole de Kyoto, la première tentative internationale de contrecarrer le changement climatique, est entré en vigueur en 2005. À ce jour, il a été ratifié par quelque 192 pays, y compris l Europe des 27. Le protocole engage, d un côté, plusieurs pays industrialisés à prendre des mesures individuelles de dimension juridique pour limiter ou réduire leurs émissions de gaz à effet de serre ; il établit, d un autre côté, trois «mécanismes» novateurs prévus pour aider à diminuer les coûts de réductions des émissions, tout en profitant des opportunités permettant de réduire les dites émissions ou d augmenter la réduction des gaz à effet de serre dans les pays où les coûts sont moindres. D ici 2012, date de la fin de la première période d engagement du protocole de Kyoto, il est nécessaire de négocier et de ratifier un nouveau cadre international décidant d une réduction draconienne des émissions, comme l a clairement démontré le Groupe d experts intergouvernemental sur l évolution du climat (GIEC). Les technologies des énergies renouvelables comme partie intégrante de la stratégie de limitation L utilisation de pétrole brut, charbon et uranium n a pourtant jamais autant représenté de risques plus grands: ils ne sont disponibles qu en quantités limitées, leurs prix sont particulièrement volatiles et ils conduisent à une dépendance politique. Avec les énergies renouvelables, nous disposons de sources énergétiques qui ne génèrent pas de polluants et qui se renouvèlent constamment dans des conditions naturelles, les rendant, en termes humains, disponibles pour une durée infinie. Les technologies des énergies renouvelables peuvent permettre de réduire considérablement les émissions de CO 2 dans le secteur de l électricité, remplacer les carburants de transport à base d huiles minérales et fournir un approvisionnement propre en chaleur et en fraîcheur. En 2009 l Allemagne a pu compter sur une réduction des émissions de dioxyde de carbone d environ 109 millions de tonnes, grâce à l utilisation des technologies des énergies renouvelables en remplacement des carburants fossiles. 10
ÉNERGIES RENOUVELABLES Conditions politiques et juridiques générales assurant le succès des énergies renouvelables en Allemagne L exploitation des ressources énergétiques fossiles est actuellement moins onéreux, en général, que l exploitation des énergies renouvelables. L implantation de ces dernières nécessite donc un cadre coercitif au niveau politique et juridique. Le premier jalon a été, en 1997, le protocole de Kyoto. Le Gouvernement allemand aspire à endosser un rôle de pionnier dans le cadre de la protection environnementale internationale. Il s est donc engagé, dans le cadre de sa conception directrice en matière d énergie, à réduire ses émissions de gaz à effet de serre de 40 % d ici à l horizon 2020. Des conditions générales légales adoptées à l échelle européenne et de leur transposition dans le droit national Avec l entrée en vigueur de la directive européenne n 2009/28/CE, relative à la promotion de l utilisation de l énergie produite à partir de sources renouvelables, les États membres de l Union Européenne sont tenus de fixer des objectifs fermes en matière de développement des énergies renouvelables, par le biais d un plan d action national. La directive souhaite qu à travers toute l Europe, à l horizon 2020, la part d énergie provenant de sources renouvelables atteigne 20 % du total de la consommation énergétique, ce pour les trois secteurs que sont l électricité, le chauffage/la climatisation et la mobilité. La directive prévoit, pour l Allemagne seule, un objectif de 18 % en 2020 comme part d énergie produite à partir de sources renouvelables dans la consommation d énergie finale. Pour atteindre cet objectif, l Allemagne s est fixé, d ici 2020, une part de 35 % d énergies renouvelables dans le secteur de l électricité. Et elle est même en passe de dépasser ce quota imposé: en 2009, cette part s élevait d ores et déjà à 16 %. Dans le secteur du chauffage, l Allemagne prévoit que 14 % de sa consommation énergétique brute en 2020 soit constituée d énergies renouvelables et que cette part s élève à 10 % dans le secteur des carburants. Dans les conditions actuelles du marché, et afin de renforcer l implantation des énergies renouvelables en Allemagne, le Gouvernement fédéral promeut depuis déjà 20 ans leur développement, grâce à un train de mesures spécifiquement conçu pour encourager un développement technique rapide de ces technologies. La Loi sur les énergies renouvelables, la Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG), à titre d exemple, prévoit un prix garanti pendant 20 ans pour le rachat de l électricité verte produite par les fabricants d électricité, ainsi qu une sécurité de planification et des incitations financières. En même temps, une dégressivité fiscale continue des prix de reprise pour les nouvelles installations favorise, à terme, le progrès technique. Le succès remarquable de cette loi a fait des émules: le nombre d États ayant adopté, à l instar de l Allemagne, des lois fixant les conditions d achat de l électricité produite par les énergies renouvelables est passé à plus de 50 désormais. Dans le secteur du chauffage également, la Loi sur la chaleur d origine enouvelable (EEWärmeG) et le programme de stimulation du marché (MAP), ont largement contribué à l expansion de la production de chaleur basée sur des énergies renouvelables, répondant ainsi aux exigences de 2020. Le programme de stimulation du marché est subdivisé en deux volets: premièrement, il prévoit l octroi de subventions, par le biais de l Office fédéral de l économie et du contrôle des exportations (BAFA), pour les investissements réalisés, généralement par des investisseurs privés, dans des installations de plus petite envergure. Les technologies éligibles aux subventions sont des technologies hautement innovantes, comme par exemple les capteurs solaires destinés à un usage combiné de préparation d eau chaude et de chauffage d appoint, les capteurs solaires destinés à la production de froid et de chaleur industrielle, les chaudières à pellets et les pompes à chaleur à haute efficacité. Second volet, des prêts à taux d intérêt réduit assortis de subventions d amortissement s inscrivant dans le cadre du pro-gramme dédié aux énergies renouvelables, financé par la banque KfW (cf. KfW-Programm), et octroyés aux investisseurs majoritairement industriels pour des installations de plus grande envergure. Ces installations sont généralement des réseaux de chaleur, des installations de cogénération de biomasse, des accumulateurs thermiques et des installations géothermiques. Cette subvention octroyée à l échelle fédérale est étayée par des nombreuses initiatives à l échelle des Länder et des communes. L implantation des biocarburants est quant à elle menée dans le cadre de la loi sur les quotas de bio-carburants (BiokraftQuG). En vertu de cette loi, les mélanges de biocarburants avec des carburants d origine fossile sont incités depuis 2007, à dépasser les quotas de biocarburants, alors que les biocarburants purs hors quotas bénéficient d un allégement fiscal dégressif. Fin 2009, le quota de mélange s élevait à 5,5 % en Allemagne, soit juste en dessous de l objectif de 5,75 % formulé par l UE pour 2010. 11
ÉNERGIES RENOUVELABLES Les technologies des énergies renouvelables une success-story allemande L Allemagne, leader à l échelle mondiale L exploitation des énergies renouvelables, au cours des dernières années, a connu un essor fulgurant en Allemagne, si bien que le pays se classe désormais en tête dans ce domaine au niveau international. Le pays possède le troisième marché éolien du monde avec une puissance installée frôlant les 31.308 MW, et le plus grand marché de l énergie solaire avec une puissance de pointe installée de 32.389 MW fin 2012. En matière de technologies, l Allemagne est également en tête du peloton mondial. Fin 2012, les énergies renouvelables fournissaient 23,5 % du courant et 10,2 % de la chaleur en Allemagne. On escompte la part des ressources énergétiques renouvelables dans la consommation d énergie finale brute à 18 % d ici à l horizon 2020 et à 30 % d ici 2030. Perspectives d avenir quelle utilisation des énergies renouvelables à l échelle internationale? L utilisation accrue d énergies renouvelables est un pas crucial vers un avenir durable. Une coopération à l échelle internationale s avère indispensable pour faire face aux défis de demain et viabiliser les marchés. Les entreprises et les experts allemands, de même que les institutions politiques et les organismes d aide au développement, partagent d ores et déjà leur expertise avec de nombreux pays. Sources d énergies renouvelables entrant dans le partage de l approvisionnement énergétique en Allemagne [%] INTER CONTROL H. Anger s Söhne Bohrund Brunnenbauges. mbh L industrie allemande des énergies renouvelables un partenaire fiable L Allemagne, qui a connu un développement rapide dans l utilisation des énergies renouvelables ces dernières années, fait aujourd hui figure de chef de file international. En 2012, les énergies renouvelables ont permis de couvrir 12 % de la consommation d énergie finale brute du pays. La force motrice se cachant derrière le boom des énergies renouvelables en Allemagne réside dans la puissance de son industrie nationale. En 2012, ce secteur employait plus de 377.800 personnes travaillant dans la recherche, la production, la planification de systèmes et l installation. Les entreprises allemandes ont très tôt investi dans le développement de la technologie propre aux énergies renouvelables et ont introduit sur le marché des produits hautement performants. L optimisation et le développement continus de produits sont stimulés par les fortes attentes des consommateurs nationaux. Les normes allemandes relatives à la production et la sélection de composants systèmes appropriés ont défini des normes de qualité à échelle internationale. 22 20 20,0 18 16 14 12 10 12,2 10,4 10,9 8 6 6,7 5.6 5,6 4 4,1 4,2 2,9 2 0 FEC partagée Consommation d'électricité ute partagée FEC en chaleur partagée 0,6 Consommation de carburants partagée PEC partagée FEC Consommation finale en énergiel PEC Consommation primaire en énergie, calculée selon une méthode quantifiant le volume d énergie consommée 2001 2007 2008 2009 2010 2011 Source: BMU, AGEE-Stat, Juillet 2012 12
ÉNERGIES RENOUVELABLES Financement des projets d énergies renouvelables énergies renouvelables implique des financements initiaux pour lesquels différents modèles ont été conçus. La priorité, en règle générale, est le financement d un projet concret, par ex. la mise en place et l exploitation d un parc éolien. Souvent, différents acteurs se regroupent au sein d une société ad hoc pour réaliser ce type de projet. Le choix du modèle adapté de financement mixte est tributaire de nombreux facteurs et s articule notamment autour du type d installation, de la taille de l installation et des conditions de subventions octroyées sur le lieu d investissement. En général, ces financements mixtes sont issus de fonds tiers, de fonds propres et de subventions publiques. Les incitations à la production telles que le tarif de rachat ou le système des certificats d émissions de CO 2 garantissent une marge brute d autofinancement prévisible, répondant aux contraintes financières qu implique le projet respectif. Capitaux propres Les détenteurs de parts d une société basée sur un projet d énergies renouvelables escomptent un bon rendement de leur investissement. C est dans cet objectif que les sociétés de financement par capitaux propres, telles que les fonds de pension ou les fonds pour l environnement, investissent dans des parcs solaires ou éoliens dans le monde entier. Les projets des investisseurs stratégiques sont en grande partie financés en amont par les sommes portées au bilan des acteurs respectifs: parmi les acteurs clés du secteur, citons notamment les fournisseurs énergétiques, les fabricants de turbines éoliennes et de cellules photovoltaïques, mais également certaines chaînes de l agroalimentaire. Autre modèle relativement répandu en Allemagne: les dénommés «Bürgerparks», initiatives citoyennes regroupant des investisseurs privés qui souhaitent mettre en œuvre un projet lié aux énergies renouvelables. Capitaux tiers Dans le cadre du financement de projet dans le secteur des énergies renouvelables, l octroi de crédits est directement lié à chaque projet spécifique et par là même, au taux de rendement annuel escompté. De nombreux établissements bancaires nationaux et internationaux proposent des prestations de services spécifiquement dédiées au financement de projets dans le domaine des énergies renouvelables. Dans ce cadre, la compétence en matière d octroi de crédits et la proximité avec le client des banques d affaires sont fréquemment couplées à l accès au marché des capitaux des banques d État et par extension aux banques multilatérales de développement. Thorben Wengert/pixelio.de Promotion des investissements Un système d encouragement couronné de succès, c est avant tout un système qui accompagne les investissements initiaux. Les instruments pertinents dans ce cadre sont des crédits à taux réduit, mais également les aides directes à l investissement des communes ou des institutions de soutien. En Allemagne et dans le monde entier, le groupe bancaire national KfW détenu par l État fédéral et les Länder joue un rôle central dans la mise à disposition de facilités de crédits dédiés aux projets d énergies renouvelables. Ainsi, la banque de développement KfW, en 2012, était la première banque de financement de projets liés aux énergies renouvelables dans les pays en voie de développement. Les autres bailleurs de fond no-tables pour la mise en oeuvre de projets, hors OCDE, sont les agences nationales de développement, le Fonds pour l Environnement mondial (FEM), la banque mondiale et les banques régionales de développement. Financement via le Clean Development Mechanism (CDM) et le Joint Implementation (JI) Les mécanismes flexibles prévus par le protocole de Kyoto engendrent d autres modèles de financement. Ainsi, dans le cadre du système communautaire d échange de quotas d émission, certaines entreprises financent des projets dans les pays en voie de développement et les pays émergeants. Ceci leur permet, en échange, de se voir attribuer des droits d émission, qui valent comme réduction d émissions. Environ 65 % des projets CDM sont implantés dans le domaine des industries énergétiques (énergies renouvelables/non renouvelables). La Chine, l Inde et le Brésil sont les pays majoritairement bénéficiaires de ce type de projets financés par le CDM. 13
ÉNERGIE ÉOLIENNE L énergie éolienne prend de la vitesse Un peu partout dans le monde, les moulins à vent étaient autrefois utilisés pour moudre du grain ou pomper de l eau, tout en faisant partie du paysage depuis des siècles. Les éoliennes modernes sont des centrales électriques qui peuvent servir à produire de l électricité à un prix compétitif. Grâce à l important développement de sa technologie, de son économie et à sa contribution à l environnement, l énergie éolienne est la source d énergie renouvelable connaissant la croissance la plus rapide, et étant, à moyen terme, la plus puissante au monde. Fin 2012, le secteur éolien comptait déjà une capacité installée de 282.000 MW dans le monde, et son marché retentissant atteignait une capacité de 44.331 MW avec les nouvelles installations de l année, soit une croissance annuelle de 19 %. Les avantages de l utilisation de l énergie éolienne L énergie éolienne offre une électricité propre et respectueuse du climat à des prix compétitifs. Les éoliennes génèrent des emplois et offrent une contribution aux zones économiquement faibles. La création d emploi se fait dans la fabrication des éoliennes, la planification et les services de maintenance; le revenu perçu par les communautés locales provient des recettes fi scales et des locations des parcelles de terre utilisées. Les éoliennes couvrent une large palette d applications allant de quelques kw à plusieurs MW. Les éoliennes autarciques de 10 kw approvisionnent en énergie les fermes et petits villages, tandis que les parcs éoliens en mer de plusieurs centaines de MW de capacité installée fournissent de l énergie au réseau des régions industrielles. Les éoliennes représentent la base idéale d un bouquet énergétique incluant d autres sources d énergie renouvelable, que ce soit pour le réseau public ou un mini réseau. Conception Les éoliennes sont des centrales électriques de haute technologie modernes fonctionnant sur un principe d exploitation simple. Les pales du rotor capturent l énergie cinétique du vent, pour la convertir en énergie mécanique puis en électricité à l intérieur d un générateur. Forts de leur expérience dans la construction aérienne, les ingénieurs ont profité de la force motrice du vent pour concevoir alors des éoliennes modernes. Aujourd hui, le rotor horizontal à trois pales est dominant, et il a fait ses preuves en termes de fiabilité mécanique, d esthétique et de silence. Il est généralement conçu pour fournir un rendement optimal au générateur à des vitesses de vent comprises entre 12 m/s et 16 m/s, même s il tourne réellement à des vitesses inférieures. Si le vent est trop fort, le débit se réduit de manière à assurer un niveau constant d approvisionnement énergétique au réseau. La technologie de contrôle moderne est utilisée lorsque les éoliennes sont reliées au réseau pour offrir une transition «en douceur» et graduelle, empêchant les fluctuations à l intérieur du réseau. Il est désormais possible de prévoir la production énergétique d une éolienne dans la mesure où les prévisions météorologiques sur 24 heures s avèrent désormais fiables, avec une précision d environ 10 %. C est la raison pour laquelle les fournisseurs de réseau peuvent facilement intégrer l énergie éolienne dans le planning d exploitation des centrales électriques. Vestas Central Europe L énergie éolienne made in Germany La capacité éolienne nouvellement installée dans l Union Européenne (des 27) s élevait en 2012 à 11.859 MW, tandis que l Allemagne ajoutait sa participation avec une puissance éolienne de 1 917 MW. Les 31.308 MW déjà installés fi n 2012 permettent à l industrie allemande de poser ses jalons sur le marché. L Allemagne s appuie sur son rôle de pionnier et sur son expérience pour offrir des idées modernes avec des applications et des solutions ayant fait leurs preuves sur la scène internationale. Puissance éolienne installée en Europe fin 2012 Source: EWEA Annual Report 2013 Marché européen de l'énergie éolienne en 2012 (en MW) 0 5.000 10.000 15.000 20.000 25.000 30.000 35.000 Allemagne Espagne Royaume Uni France Italie Portugal Danemark Suède Pays-Bas Irlande Grèce Pologne Autriche Belgique Roumanie Bulgarie Hongrie République tchèque Finlande Estonie Lituanie Chypre Luxembourg Lettonie Slovaquie Slovénie Malte 14
ÉNERGIE ÉOLIENNE Les éoliennes terrestres De nos jours, les éoliennes sont installées sur la côte, ou à proximité, et l énergie éolienne est également collectée sur le continent. Pour assurer également des rendements élevés sur le continent, on a développé des mâts et des surfaces de balayage plus importants. Des sites montagneux ou situés sur des plateaux sont particulièrement favorables à la collecte d énergie éolienne. Une large gamme d éoliennes a été développée à l attention de nombreuses applications. L industrie éolienne allemande dispose de plus de 20 ans d expérience dans l énergie éolienne moderne. Les éoliennes couplées au réseau L installation des éoliennes se fait en groupes, appelés fermes ou parcs éoliens, mais aussi en configuration isolée. En général, les unités isolées approvisionnent directement le réseau existant. Pour les parcs éoliens, le couplage au réseau est souvent coûteux (lignes jusqu au réseau de transition, unités de contrôle et stations de transformation). Aujourd hui la plupart des nouvelles installations en Europe prennent la forme de parcs éoliens. Repowering (renouvellement des installations) Les petites éoliennes sont au fur et à mesure remplacées par des modèles plus grands et plus modernes. En Allemagne, on assiste à un fort potentiel pour le «repowering» (renouvellement des installations): le nombre d éoliennes existantes peut être réduit à moyen et à long terme, tandis que le rendement énergétique peut être augmenté considérablement. Le «repowering» permet, dans le même temps, de créer un marché des éoliennes usées, pouvant ensuite servir, par ex., dans des installations individuelles, comme dans les systèmes autarciques. Intégration au réseau Le développement de l énergie éolienne présente de nouveaux défis au réseau électrique. Le réseau d acheminement doit être étendu de manière à pouvoir transmettre l énergie éolienne, qui est la plupart du temps concentrée sur des sites très venteux pour être injectée ensuite dans les centres de répartition, où l électricité est consommée en plus grande part. Dans la mesure où la quantité d énergie éolienne injectée dans le réseau a tendance à nettement varier en fonction des conditions météorologiques, les centrales électriques conventionnelles doivent, en termes d approvisionnement, être capables de réagir à ces fluctuations tandis que, en termes de demande, il est nécessaire d assurer une flexibilité toujours plus grande dans le contrôle de la répartition. 15
ÉNERGIE ÉOLIENNE Les éoliennes en mer Le vent est plus fort et plus constant en mer. Le rendement est par conséquent jusqu à 40 % supérieur au rendement terrestre. La majorité des éoliennes est installée loin des côtes, où elles ne sont pratiquement plus visibles à l oeil nu. Les éoliennes en mer ont un potentiel considérable. À long terme les fermes éoliennes maritimes allemandes pourront satisfaire 15 % des demandes en électricité du pays avec une capacité pouvant atteindre 25.000 MW, selon les objectifs du gouvernement allemand. La quasi intégralité des fabricants d éoliennes est actuellement en train de développer et de produire une nouvelle génération d éoliennes offshore plus grandes et, de ce fait, plus rentables, affichant une capacité allant jusqu à 6 MW par éolienne. Les parcs éoliens en mer conçus et installés dans des eaux pouvant atteindre 30 mètres de profondeur, voire plus, nécessitent aujourd hui de revoir leurs fondations. Il est non seulement possible de coupler les fermes éoliennes en mer au réseau, par l intermédiaire de câbles sur le fond océanique, mais il est également nécessaire d étendre les lignes électriques le long des côtes pour permettre l acheminement de l électricité produite. Les parcs éoliens en mer offrent de nouveaux encouragements à l industrie et au marché du travail, plus particulièrement pour les entreprises de services et du service public qui fournissent des services en mer. Les zones côtières économiquement faibles, où les industries de la pêche et de la construction navale sont en difficulté, profiteront plus particulièrement de ce développement. Vestas Central Europe 16 Perspectives Le Conseil mondial de l énergie éolienne (GWEC) estime que l énergie éolienne devrait d ici 2030 couvrir 15 % à 17,5 % de la demande mondiale en électricité, en fonction du développement de la demande. Les fermes éoliennes en mer et terrestres vont jouer un rôle de plus en plus important dans les efforts internationaux visant à minimiser les effets du changement climatique. Parallèlement au développement de son marché, il est tout d abord nécessaire de prendre des mesures pour optimiser le réseau actuel, et notamment pour l étendre. En Allemagne, des mesures sont actuellement en cours pour développer le réseau électrique et améliorer la manière dont celuici est utilisé, par exemple par une surveillance de la température. Ces améliorations transformeront les réseaux électriques en réseaux dits intelligents. L utilisation de nouvelles technologies de stockage, avec (entre autres) le stockage d air compressé, et les possibilités de stockage offertes par les véhicules électriques, une meilleure gestion de la répartition dans les secteurs privé et industriel, de même que l association de la génération d énergie décentralisée à des centrales électriques dites virtuelles, toutes ces nouveautés offrent un potentiel non négligeable à l intégration optimale de l énergie éolienne.
LE PHOTOVOLTAÏQUE L énergie solaire: le photovoltaïque Les rayonnements incidents du soleil parvenant jusqu à la terre délivrent en une heure une quantité d énergie supérieure à la consommation annuelle mondiale. Il est possible d utiliser cette énergie de manière variée, par ex. à l aide du photovoltaïque (PV). Forts de leur longue expérience en la matière, les fabricants allemands proposent des installations et produits PV de très haute qualité répondant de manière optimale à l importante demande mondiale. énergétique annexe (système hybride). Dans les systèmes couplés au réseau, l électricité produite est stockée dans le réseau électrique même. Electrode négative Couche d arrêt Silicium n Cellule solaire panneau solaire générateur solaire Silicium p Electrode positive L utilisation directe de l énergie solaire peut se répartir en deux groupes: le solaire thermique (génération de chaleur et d électricité), appelé également thermosolaire, et le photovoltaïque (génération d électricité). Ce dernier groupe fait référence à la conversion directe des rayons du soleil en énergie électrique. Cellules photovoltaïques et panneaux solaires Les cellules photovoltaïques convertissent la lumière du soleil en électricité par l intermédiaire de ce qu on appelle aujourd hui «l effet photovoltaïque» (photon = lumière). Les cellules en silicium monocristallin ou polycristallin sont aujourd hui les plus répandues. La proportion de cellules à couche mince a également progressé depuis plusieurs années. Les cellules individuelles sont reliées électriquement les unes aux autres pour ensuite être encapsulées derrière une couche de verre pour former un panneau solaire. Installations photovoltaïques Les panneaux sont configurés en fonction de leur application propre, et reliés, une fois l installation terminée, à des onduleurs, régulateurs de charge, batteries et autres. Les installations photovoltaïques peuvent être conçues comme des systèmes autarciques ou couplées au réseau. Dans les systèmes autarciques, le rendement énergétique est ajusté aux besoins énergétiques, et stocké, si nécessaire, dans des accumulateurs ou des dispositifs complétés par une source Avantages de la génération d énergie photovoltaïque Génération d électricité sans bruit ni émissions Large palette d applications, allant des mini applications, telles que les calculatrices de poche solaires, à la production d énergie dans des habitations privées et dans de grandes centrales produisant une puissance de plusieurs mégawatts Pas de pièces mobiles les installations ont une longue durée de vie Forte durabilité environnementale l utilisation et l élimination de silicium ne présentent aucun danger pour l environnement. L industrie photovoltaïque allemande un partenaire fiable L Allemagne comptait à elle seule en 2012 une capacité installée récemment de cellules photovoltaïques d environ 7.600 MW, comparé aux 1.650 MW comptabilisés en 2008. En parallèle, une nouvelle industrie de haute technologie allemande a grandi en développant rapidement la technique de production d énergie photovoltaïque. L attente forte des consommateurs nationaux stimule l optimisation et l amélioration constantes des produits. Les produits allemands présentent un haut degré d intégration à l installation (la compatibilité de tous les composants est testée), une flexibilité d adaptation aux différentes spécifications et des normes traditionnellement élevées en termes de qualité des produits. 17
LE PHOTOVOLTAÏQUE Le principe des installations photovoltaïques couplées au réseau Production d énergie les cellules photovoltaïques génèrent de l énergie électrique directement depuis la lumière qu elles absorbent. L énergie est déjà sous forme de courant électrique. Conversion de l énergie le courant direct est transformé en courant alternatif, tel qu il est utilisé dans le ré-seau électrique. Cette tâche est réalisée par un onduleur qui régule par ailleurs le mode d exploitation de façon optimale, en fonction des conditions de rayonnement, et se charge également des appareils de surveillance et de protection. Utilisation de l énergie l électricité produite est, en fonction du type de couplage, soit injectée complètement dans le réseau public, soit utilisée tout d abord pour l approvisionnement électrique ménager pour ensuite approvisionner le réseau électrique avec le surplus d électricité. Les coûts de l installation sont moins élevés qu une installation autarcique, dans la mesure où il n est généralement pas nécessaire de stocker l énergie. Ce facteur permet d améliorer l efficacité du système et de limiter son impact sur l environnement. La taille des installations photovoltaïques couplées au réseau est plus flexible que les autres sources d énergie. Il est possible d adapter l installation à la capacité souhaitée, de 100 watts à plusieurs mégawatts. Si un système est sensé couvrir la consommation annuelle d une famille allemande de quatre personnes, par exemple, un foyer moyen devra alors s équiper d une installation PV d une capacité de 4 kw p. En fonction du type de technologie PV, cette puissance correspond à une surface d environ 35 m 2 à 40 m 2, voire plus. Un foyer utilisant des appareils ménagers à faible consommation d énergie pourra, en revanche, se contenter d un système PV d environ 2 à 3 kw p, soit 25 m 2 de la surface d un toit. Options de conception Le photovoltaïque offre une multitude d options dans sa conception: montage sur toiture, intégration au bâtiment sur le toit ou la façade, toiture plate, toiture semi-transparente, combinaison de systèmes pare-soleil et générateurs d énergie photovoltaïque, installations de plein air, utilisation de barrière de protection antibruit et toitures pour quais de gare. Les entreprises allemandes fournissent des systèmes robustes, fiables et éprouvés s adressant à toute une palette d applications, qui présentent un véritable intérêt d un point de vue architectural. Le photovoltaïque: la fiabilité d approvisionnement En cas de panne d électricité, les installations PV couplées au réseau doivent être isolées électriquement de ce dernier, pour des questions de sécurité, afin d éviter une mise en opération autonome inopinée. Il est cependant possible de modifier une installation couplée au réseau de manière à ce que, en cas de panne (pendant des orages ou dans les zones où le réseau électrique est instable), le système puisse fonctionner comme approvisionnement électrique de secours. 18
LE PHOTOVOLTAÏQUE Photovoltaïque: perspectives Bosch Solar Energy AG Les chercheurs et entreprises allemands travaillent actuellement sur des procédés permettant de réduire les coûts des panneaux, d augmenter leurs performances et leur rendement. L accent est ici davantage mis par ex. sur une production intégrée (production de lingots, wafers, cellules et de panneaux sur un seul et même site), des systèmes de suivi d installations PV et l utilisation de matières premières alternatives, avec pour objectif de réduire les besoins en silicium voire même de pouvoir le substituer. Plus de 90 % des cellules solaires utilisées dans le monde sont à base de silicium cristallin, une technologie éprouvée depuis plusieurs dizaines d années. De nouveaux horizons se profilent également pour les cellules à couche mince que l on peut aujourd hui fabriquer de manière plus rentable dans la mesure où elles utilisent une quantité moins importante de silicium, voire pas du tout. La chute du prix du silicium solaire en 2009 a nettement réduit la différence entre les panneaux cristallins et ceux à couche mince, sans compter que les nouvelles technologies, comme le photovoltaïque organique, témoignent du fait que la technologie à couche mince représente un potentiel non négligeable dans la baisse des prix. Le rendement des cellules à couche mince restant pour l instant moins rentable, il est nécessaire de procéder à une installation de plus grande envergure pour atteindre la même puissance que des panneaux cristallins standards. Avec des nouvelles technologies telles que les cellules photovoltaïques organiques (OPV) il est possible d atteindre une réduction des prix par la production en grande série. Le photovoltaïque se développe par ailleurs de plus en plus comme un élément décoratif sur les bâtiments. Les panneaux peuvent être harmonieusement intégrés comme partie intégrante de la façade dans l enveloppe d un bâtiment, voire même être habilement agencés et dissimulés à l intérieur du bâtiment, réduisant ainsi les coûts de climatisation. De nouveaux horizons se profilent également pour les cellules photovoltaïques flexibles, qu elles soient sous forme cristalline ou à couche mince, en particulier par la variété de leur champ d application. Le marché compte déjà des panneaux à couche mince flexibles, sans verre et légers, qui peuvent être associés à des feuilles «déroulables» sur les toitures des bâtiments, ou intégrés aux toits des véhicules et des bateaux. La recherche travaille actuellement sur des applications allant plus loin, comme l intégration de cellules solaires à des vêtements et des prélarts. Dans les régions rurales où une part relativement importante de l énergie photovoltaïque est réinjectée dans le réseau mais où, en revanche, la consommation d énergie provenant du réseau est faible, il est possible que l expansion continue du photovoltaïque exige de développer les réseaux de distribution ruraux. L industrie photovoltaïque allemande travaille actuellement sur des onduleurs modernes permettant d accroître de manière significative la capacité de charge d un réseau de distribution, tout en réduisant son coût de développement. Les panneaux PV contiennent des matériaux qui sont récupérables et réutilisables en association avec de nouveaux panneaux ou avec d autres produits. Il existe des processus de recyclage industriel destinés aussi bien aux panneaux à couche mince qu aux panneaux en silicium. Certains éléments, comme le verre, l aluminium, de même qu une variété de matériaux semi-conducteurs, sont précieux après avoir été recyclés. Alors que l abandon de la production du premier grand groupe de systèmes PV se profile d ici 10 à 15 ans, les questions incombant à la responsabilité du fabricant et au recyclage des produits ne cessent de prendre de l importance. Les entreprises de l industrie photovoltaïque européenne ont, dans l objectif d assumer pleinement leurs responsabilités sur l ensemble de la chaîne de valeur des panneaux PV de l approvisionnement en matières premières jusqu au recyclage mis en place en 2007 un programme de récupération et de recyclage des panneaux appelé «PV Cycle». 19
LE SOLAIRE THERMIQUE Le solaire thermique: technologies et applications La production de chaleur à partir de l énergie solaire est une technologie éprouvée depuis des décennies. Le solaire thermique peut être utilisé pour réchauffer l eau potable, pour le chauffage mais également rafraîchir des pièces. Verre solaire Absorbeur solaire Boîtier Isolation thermique Panneau arrière Technologies et applications Les installations produisant de la chaleur peuvent s utiliser partout dans le monde, même dans les zones où les niveaux de rayonnement sont peu élevés et où l ensoleillement est moins fort. Les installations solaires thermiques sont à ce jour essentiellement utilisées en Allemagne pour réchauffer l eau et pour chauffer les pièces de maisons individuelles et mitoyennes. Actuellement la tendance va de plus en plus vers l utilisation du solaire thermique dans des immeubles collectifs, des hôpitaux, des foyers, des hôtels et dans le secteur industriel. Ainsi, on assiste désormais à une utilisation de plus en plus fréquente d installations solaires thermiques haut de gamme de grande taille, également sans incidence au niveau des charges de chauffage, dans le cadre de la rénovation d appartements loués par ex. dans la construction d immeubles à plusieurs étages. Les immeubles d habitation disposent de deux sortes d installations solaires thermiques: celles qui servent exclusivement au réchauffement de l eau et celles qui viennent renforcer en plus le chauffage des pièces, et qu on appelle «installations combinées». Normalement la proportion en chaleur solaire par rapport au besoin total de chaleur du bâtiment est de 10 % à 30 %, selon la qualité de l isolation de la maison et donc selon le besoin en chauffage. Il existe cependant aussi des maisons solaires spéciales qui couvrent plus de 50 % et jusqu à 100 % du besoin en chaleur total avec la thermie solaire. Il existe différents types de capteurs solaires Les absorbeurs en plastique non vitrés représentent la forme la plus simple des capteurs solaires. L eau y est pompée et traverse des tapis noirs en plastique puis est utilisée essentiellement pour chauffer les piscines en plein air. Ce procédé permet d atteindre des températures de 30 C à 50 C. 20 Presque 90 % des capteurs utilisés en Allemagne sont des capteurs solaires plans. Sur ces capteurs, c est l absorbeur solaire qui, intégré dans une boîte réduisant les pertes de chaleur grâce à une isolation thermique et à une vitre, transforme les rayons de soleil en chaleur. Les capteurs solaires plans travaillent normalement dans une plage de température de 60 C à 90 C. En ce qui concerne les capteurs solaires à air, ils sont un type particulier de capteurs plans: l air y est chauffé et utilisé généralement directement, sans emmagasinage intermédiaire, pour chauffer des bâtiments. L air réchauffé peut également être utilisé pour le séchage de produits agricoles. L emploi d échangeurs thermiques à air et à eau permet aussi de réchauffer de l eau, par ex. pour le réchauffage de l eau potable. Les capteurs solaires à tubes sous vide, permettant de limiter encore davantage les pertes de chaleur, grâce à la génération d un vide important dans les tubes de verre, obtiennent un rendement encore plus élevé. Un capteur se compose de plusieurs tubes sous vide. Grâce au positionnement pivotant des différents tubes, la tôle d absorption plane se trouvant dans le réceptacle de verre peut être tournée de sorte à être positionnée de manière optimale par rapport au soleil. C est la raison pour la-quelle les capteurs solaires à tubes sous vide peuvent être utilisés de manière presque horizontale sur les toits plats. Les différents tubes forment un système fermé sur soi qui restitue la chaleur au circuit de chaleur solaire par un processus d échange thermique, par le biais d un tuyau collecteur. Les avantages pour les utilisateurs Réduction de la consommation des énergies fossiles Économies substantielles sur les factures de chauffage habituelles Prévision plus fiable des coûts de chauffage Moins de dépendance par rapport aux importations d énergie Contribution directe à la diminution des émissions de CO2 Technologie éprouvée et fiable Perspectives L importance de la technologie solaire thermique a longtemps été sous-estimée, mais face à la hausse considérable des prix de l énergie, elle continue à être intensive-ment développée. Les systèmes modernes gérant l énergie solaire thermique permettent de baisser les coûts d exploitation de manière significative, et entraînent, par conséquent, une réduction non négligeable des coûts des services dans le secteur résidentiel. Dans des habitations résidentielles à plusieurs étages, l énergie solaire thermique peut même être utilisée sans incidence négative sur le montant des charges ou le prix de la location.