Ajustement de l’offre et de la demande d’électricité

L’électricité ne se stocke pas, toute l’électricité produite doit être consommée instantanément, et inversement. En cas de déséquilibre entre production et consommation, la stabilité du réseau électrique est mise à mal.

RTE, en tant que gestionnaire du réseau de transport, a pour mission d’assurer cet équilibrage en temps réel afin de fournir une électricité de qualité.

Créé en 2000, RTE (Réseau de Transport d’Électricité) a hérité de l’infrastructure de transport haute tension et des dispatchings de gestion du système électrique d’EDF. Sur cette base, RTE a conçu des mécanismes de marché, a collaboré à la création de la bourse de l’électricité, a mis en œuvre le couplage des marchés avec nos voisins, a développé les effacements électriques et a adapté son réseau à l’intégration des ENR.

Dans cet article, SirEnergies vous explique l’enjeu de l’ajustement de l’offre et de la demande, vous présente certains moyens mis en œuvre par RTE, comme le mécanisme d’ajustement, et vous explique le rôle de chef d’orchestre que RTE joue pour maintenir l’équilibre du réseau électrique.

Pourquoi faut-il ajuster constamment la production d'électricité à la demande ?

La qualité de l’électricité pour le bon usage de tous

La qualité de l’électricité est une notion reposant sur trois grands critères : continuité de l’alimentation, qualité de l’onde de tension et qualité de service.

La continuité de l’alimentation repose sur la stabilité de la fréquence et la durée admissible des coupures d’électricité (1 h/an en moyenne). La qualité de l’onde de tension est caractérisée par sa valeur nominale, 400 V en triphasé, et le maintien de sa fréquence à 50 Hz.

De cette qualité dépend le bon fonctionnement des appareils électriques soutirant de l’électricité sur le réseau : de l’électrolyse d’aluminium de plus de 650 MW au grille-pain de 800 W du petit-déjeuner, en passant par la lumière de nos villes. Pour assurer cette qualité, RTE (Réseau de Transport d’Électricité) dispose d’outils d’équilibrage de la fréquence et de maintien de la tension.

Pour gérer l’équilibrage du réseau, au temps du monopole, EDF disposait, côté offre, de moyens de production pilotables et, côté demande, de l’EJP (Effacement Jours de Pointe) et de la tarification HP/HC (Heures Pleines / Heures Creuses).

Avec l’entrée en service du mécanisme d’ajustement en 2003, RTE s’est doté d’un marché day ahead dédié à l’équilibrage, mécanisme présenté ci-après.

Quelques chiffres sur la production d'électricité en France

En 2020, la production nette d’électricité en France s’est établie à 510 TWh.

Comparée à 2019, elle a baissé de 6,8 % du fait d’indisponibilités sur le parc électronucléaire, de retards accumulés dans la maintenance de ce parc du fait de la crise sanitaire, et de la fermeture définitive de la centrale de Fessenheim. La crise sanitaire a également entraîné une baisse de la demande et, par ricochet, une baisse de 9,1 % de la production thermique de pointe.

Seule la production d’ENR a augmenté (éolien +17,2 %, PV +11,1 %, hydraulique +8,3 %) du fait de conditions météorologiques favorables et de l’augmentation du parc éolien.

Les facteurs de variation de la demande électrique

En 2020, les facteurs de variation de la demande ont été dominés par la crise sanitaire qui, comme en 2019, a fortement contribué à une baisse de l’activité.

Les facteurs de variation de la demande sont :

La météorologie :

• -1 °C en hiver entraîne une hausse de 2 300 MW de la demande, soit l’équivalent de 2 fois la consommation de la ville de Marseille ;
• Une modification de la nébulosité de 0 à 8 entraîne une hausse de la demande de 650 MW.

Les rythmes de vie impactent l’activité économique et génèrent des creux de consommation :

• Annuel : lors des vacances d’été (juillet – août) et de Noël ;
• Hebdomadaire : le week-end (repos dominical) ;
• Périodiques : les jours fériés (Noël, Pâques, 1er mai, 14 juillet).

Le pilotage de la demande :

• Les effacements tarifaires de clientèle domestique (incitation, tarif EJP, tarif Tempo, effacements indissociables de la fourniture) ;
• Les effacements des clients industriels (incitation, appels d’offres, mécanisme d’ajustement) ;
• Les effacements diffus (effacement commandé, appels d’offres, chauffage).

Les démarches citoyennes de maîtrise de la consommation d’électricité :

• Sur les régions PACA et Bretagne, péninsules électriques fragiles, dispositifs d’appel à la modération.

L’horaire légal : horaire d’été ou horaire d’hiver :

• L’horaire d’été a pour effet de pratiquement supprimer la pointe de consommation du soir qui se produit en hiver à 19 h.

Les événements exceptionnels :

• Finale de la coupe du monde 2018 : la consommation a baissé de 1 200 MW pendant 90 min en France, avec un pic de consommation de 500 MW à la mi-temps pour faire chauffer les pop-corn au micro-ondes ;
• Crise sanitaire COVID-19 de 2020 : au plus fort de la crise (deuxième et troisième semaines de confinement), la consommation en France a chuté de plus de 15 %.

Comment équilibrer un réseau électrique ?

Quelques chiffres sur la consommation d'électricité en France

En 2019, la facture d’électricité des Français s’élevait à 54 Md€, pour une consommation de 473 TWh.

En 2020, la crise sanitaire et ses conséquences économiques ont ramené la consommation des Français à 424 TWh, en repli de 3,2 % par rapport à 2019.

Depuis 1990, cette consommation a été multipliée par 1,5 du fait d’une augmentation de la part du résidentiel et du tertiaire :

Le rôle de RTE dans la surveillance du réseau à chaque seconde

RTE surveille le réseau à chaque seconde. L’article L.321-10 du code de l’énergie confie à RTE la mission d’assurer « à tout instant l’équilibre des flux d’électricité ainsi que la sécurité, la sûreté et l’efficacité de ce réseau, en tenant compte des contraintes techniques pesant sur celui-ci ».

À la seconde, RTE dispose d’outils pour monitorer le réseau de transport d’électricité et réagir en temps réel pour maintenir l’équilibre entre injection et soutirage.

RTE dispose tout d’abord de technologies de pointe pour corriger automatiquement tout défaut sur le réseau :

• 1 milliseconde : les mécanismes électrotechniques de protection répartis sur les lignes ou dans les postes de transformation et de répartition ;
• 20 millisecondes : les capteurs dans tous les postes électriques qui remontent l’information vers les outils de protection ;
• 40 millisecondes : la reconfiguration instantanée des ouvrages selon des schémas préétablis pour circonscrire les défauts et éviter un écroulement du réseau ;
• 100 millisecondes : les disjoncteurs dans les postes électriques, qui permettent de mettre hors tension la ligne impactée par le défaut ;
• 1 seconde : la reconfiguration automatique du réseau est visible par les agents, souvent après que le problème a automatiquement disparu.

En termes d’organisation, RTE dispose de moyens techniques et humains :

• Le CNES (Centre National d’Exploitation du Système électrique français) à Saint-Denis, responsable de l’équilibre national du réseau électrique ;
• Les 7 centres de conduite régionaux, qui ont la responsabilité de surveiller le réseau et les flux d’électricité.

En termes de mécanismes, RTE peut agir en utilisant par exemple :

• Les services systèmes, et notamment la réserve primaire, qui permettent automatiquement de limiter les variations de fréquence autour des 50 Hz en activant des capacités de modulation à la hausse ou à la baisse en quelques secondes ;
• L’interruptibilité, qui permet d’interrompre instantanément la consommation de grands sites industriels en contrepartie d’une prime financière annuelle ;
• Le mécanisme d’ajustement, qui permet de mobiliser des offres d’ajustement à la hausse ou à la baisse sous forme de capacités mobilisables par demi-heure ;
• Le signal Ecowatt, véritable météo de l’électricité mis en place par RTE et l’ADEME, qui permet d’inciter les consommateurs à modifier leur comportement de consommation en cas de forte tension ;

RTE réalise des analyses en permanence :

• La prévision de la consommation, la veille, pour le lendemain et en temps réel, sur la base des historiques de consommation et des prévisions de Météo-France ;
• La disponibilité des unités de production, via les dispatchings des grands producteurs d’électricité comme EDF, Engie ou encore GazelEnergie.

Une partie de ces informations est disponible sur la plateforme RTE éCO2mix, comme la surveillance des échanges aux frontières.

Source : RTE, éCO2mix

Comprendre le mécanisme d'ajustement

Le mécanisme d’ajustement, qui fait partie des réserves tertiaires, a été mis en place par RTE en 2003, en application de ses missions légales (notamment l’article L.321-10 du Code de l’énergie) et statutaires, en vue d’assurer les quatre fonctions suivantes :

• Assurer en temps réel l’équilibre entre la production et la consommation ;
• Reconstituer les minima requis en réserves primaires et secondaires ;
• Reconstituer les minima requis en marge (pour respecter un niveau de risque prédéfini) ;
• Résoudre les congestions du Réseau Public de Transport.

Ce marché journalier, dit « day ahead », permet à RTE d’acheter des capacités de production ou d’effacement à des acteurs d’ajustement qui sont des producteurs ou des consommateurs. Ces derniers peuvent participer directement ou via des agrégateurs.

Les producteurs peuvent proposer d’augmenter ou de baisser leur production d’électricité et les opérateurs d’effacement peuvent proposer de diminuer leur consommation. En cas de besoin d’ajustement, RTE active les offres d’ajustement selon leur préséance économique.

En 2020, le volume global d’ajustement s’établit à 10,1 TWh et représente 2,3 % de la consommation brute d’électricité.

Le signal Ecowatt, la météo de l’électricité

Lundi 4 avril 2022, RTE anticipait une situation compliquée avec la vague de froid et avait demandé aux entreprises et collectivités de limiter leur consommation entre 7 h et 10 h du matin.

Source : RTE, éCO2mix

Le signal national Ecowatt est passé à l’orange. La consommation nationale est montée à 71 609 MW à 8 h 45, soit un peu moins que la prévision qui anticipait 72 400 MW à 9 h en J-1. Entre 8 h et 8 h 30, pour l’équilibre du système, RTE a activé 762,82 MWh d’énergie à la hausse.

Comment la gestion du réseau électrique est-elle optimisée ?

Nécessité de prévoir la consommation en temps réel

Les possibilités de stockage de l’électricité étant très limitées, voire quasi nulles, toute l’électricité produite doit être consommée instantanément ; c’est pourquoi RTE cherche à anticiper en permanence les évolutions de la consommation électrique afin d’activer à tout instant les moyens d’ajustement nécessaires.

Placement des centrales sur la courbe de charge

Le premier outil dont dispose RTE pour assurer l’équilibrage entre la production et la consommation est le placement des unités de production sur la courbe de charge. Ce travail consiste, pour RTE, à empiler, quart d’heure par quart d’heure, ces unités par préséance économique (merit order), jusqu’à la couverture complète de la consommation.

La production totale doit non seulement couvrir la consommation nationale, mais aussi les exportations et le pompage des STEP.

Source : RTE, éCO2mix

Anticiper les évolutions à long terme de la consommation d'électricité

Prévoir la consommation d’électricité de demain est un travail essentiel réalisé par les acteurs du marché et par les pouvoirs publics. Ce travail permet de prévoir les investissements nécessaires dans les nouveaux moyens de production et de concevoir des politiques publiques de réduction des consommations énergétiques : rénovation du parc immobilier résidentiel, réduction des gaz à effet de serre, appels d’offres, effacement, etc.

Du temps du monopole, cette vision globale était assurée par EDF : à très long terme pour la planification stratégique des investissements dans de nouvelles centrales de production, à moyen terme pour le placement de l’entretien des centrales nucléaires, à court terme pour le démarrage de groupes thermiques ou le déclenchement des effacements EJP.

Aujourd’hui, ce travail est réalisé en partie par RTE, qui a développé un certain nombre de nouveaux dispositifs afin de gérer l’équilibrage à différents horizons de temps pour anticiper l’équilibre en temps réel de l’offre et de la demande. Le schéma ci-après illustre cette démarche.

Fin octobre 2021, RTE, très engagé dans la transition énergétique, a présenté une étude pour décarboner le système électrique d’ici à 2050.

À partir d’une modélisation du système énergétique (schéma ci-dessous) et de facteurs d’influence à long terme comme : la croissance démographique, l’évolution de l’activité économique, l’électrification des transports, la transformation des outils de production industrielle, la rénovation énergétique des logements, la modification des modes de vie avec le télétravail, les circuits courts et l’économie circulaire, etc., RTE a construit 3 grands scénarios d’évolution de la consommation d’énergie.

Source : Futurs énergétiques 2050 - Le rapport complet (février 2022)

Dans cette étude, RTE prévoit une croissance de la consommation d’électricité de 35 %, soit une consommation d’électricité de 650 TWh à l’horizon 2050 pour compenser la fin des énergies fossiles.

Nous avons résumé le rapport de RTE sur les Futurs Énergétiques 2050 dans cet article.

Avec le développement des énergies renouvelables, et notamment des éoliennes et des panneaux solaires, énergies intermittentes par nature, le besoin de RTE évolue vers un besoin croissant d’outils de pilotage décarbonés (par opposition à la centrale rapide thermique à gaz) comme l’effacement électrique.

Ceci passe notamment par le développement de VPP (Virtual Power Plant) permettant d’agréger à grande échelle des capacités d’effacement pilotables automatiquement, et par la mise en place de Smart Grids de plus en plus intelligents, grâce à l’IA (Intelligence Artificielle), aux objets connectés (compteur Linky) et au développement à venir de la 5G.