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La transition du secteur électrique en Allemagne

Publié en ligne le 11 mai 2022 - Énergie -

La transition énergétique en Allemagne (connue sous le nom d’Energiewende) est souvent invoquée dans les controverses portant sur l’énergie, en particulier sur son volet électrique, tantôt comme exemple à suivre (la sortie du nucléaire, la forte croissance des énergies renouvelables – ENR), tantôt comme exemple à ne pas suivre (exploitation de la lignite, dépendance au gaz russe, fortes émissions de CO₂).

Une décision politique en faveur des renouvelables et pour la sortie du nucléaire

La production électrique en Allemagne était, au début des années 2000, essentiellement d’origine fossile et nucléaire avec une part importante du charbon. Une spécificité allemande est l’utilisation de ses importantes ressources en lignite, une variété de charbon de piètre qualité qui conduit à des émissions de CO₂ supérieures à celles de la houille pour une production électrique égale.

Salle commune en Forêt-Noire, avec une enfant sur le banc du poêle (détail), Georg Saal (1817-1870)

En 2000, une loi sur les énergies renouvelables est entrée en vigueur assurant à ces dernières un tarif de rachat fixe et une priorité sur le réseau électrique. Elle instaure également une taxe sur l’électricité pour contribuer au financement des énergies renouvelables (voir encadré page suivante). En avril 2002, le Parlement allemand vote la sortie progressive du nucléaire (technologie jugée trop dangereuse [1]), sans pour autant fixer de date butoir, mais en décidant d’allouer un quota total de production future. En 2010, le second gouvernement d’Angela Merkel décide de prolonger l’exploitation des centrales existantes au-delà de ce qui était prévu. Mais, dès l’année suivante, suite à l’accident de Fukushima au Japon, cette décision est inversée : les huit réacteurs les plus anciens sont fermés et l’arrêt définitif des neuf autres est précisé (avec une échéance finale à fin 2022 [2]). Il est décidé dans le même temps d’accélérer le développement des énergies renouvelables (éolien, solaire, mais aussi biomasse).

Le prix de l’électricité en Allemagne

Le prix de l’électricité est, dans tous les pays, la somme (1) du prix de la production de l’énergie, (2) du prix du transport et de la distribution d’énergie (le réseau électrique) et (3) des taxes. La répartition entre ces trois grandes composantes est très variable selon le pays mais aussi suivant le type de consommateur car les taxes résultent de choix politiques qui peuvent privilégier, par exemple, l’industrie au détriment des ménages. Pour un consommateur résidentiel, ces trois composantes sont approximativement d’égale importance en France [1] alors qu’en Allemagne, les taxes représentent (en 2021) un peu plus de 50 % du total.

En 2019, l’électricité allemande a été la plus chère d’Europe pour les ménages (0,31 € le kWh), soit environ 75 % plus cher qu’en France (0,18 €) [2]. Une grande partie de cet écart s’explique par la différence des taxes appliquées à l’électricité, avec en particulier celles affectées au développement des énergies renouvelables. En Allemagne, elle représente (en 2021) 0,0675 € par kWh [3] (mais va connaître une forte baisse en 2022 (Pour l’année 2022, il est prévu une forte baisse de cette taxe (de 43 %) qui vise à financer les subventions aux énergies renouvelables. En effet, la hausse des tarifs de marché de l’électricité conduit à une diminution de la subvention qui est basée sur la différence entre le tarif d’achat garanti et le prix de marché [5]). En France, elle est de l’ordre de 0,012 € par kWh [4].

Références
1 | Commission de régulation de l’énergie, « Marché de détail de l’électricité », 26 novembre 2019.
2 | Connaissance des énergies, « Allemagne : quelle évolution pour la taxe “renouvelables” en 2020 ? », actualité, 16 octobre 2019.
3 | Altmaier P, « La surtaxe EEG 2022 tombe à son plus bas niveau en 10 ans », communiqué de presse, 15 octobre 2021.
4 | Commission de régulation de l’énergie, « La CRE publie son évaluation des charges de service public au titre de l’année 2021 », délibération, 17 juillet 2020.
5 | Altmaier P, « La surtaxe EEG 2022 tombe à son plus bas niveau en 10 ans », communiqué de presse, 15 octobre 2021.

La variabilité des sources intermittentes

Le développement des énergies renouvelables est très rapide en Allemagne [3]. En 2021, la puissance installée des parcs éoliens (63 GW) et solaires (56 GW) est, pour chacun, équivalente à celle du parc nucléaire français (61 GW) et a plus que doublé en une dizaine d’années. Mais la puissance d’une installation de production d’énergie est un indicateur incomplet, voire trompeur (voir encadré ci-après).

Puissance installée et énergie produite

Puissance électrique. La puissance électrique est un débit d’énergie. C’est la quantité d’énergie produite ou consommée en une seconde. Elle se mesure en Watt (ou l’un de ses multiples : kW (1000 W), MW (10⁶ W) ou GW (10⁹ W).

Énergie. L’unité standard de l’énergie est le Joule, mais, concernant l’électricité, on utilise souvent le kWh (égal à 3,6 10⁶ Joules) ou un de ses multiples. Une puissance de 1 kW pendant une heure fournit donc une énergie de 1 KWh. C’est la même quantité qu’une puissance de 2 kW pendant une demi-heure, ou qu’un demi-kW pendant deux heures. Les appareils électriques consomment une quantité d’énergie, mais à un certain débit (puissance) qui peut varier.

La puissance installée. La puissance installée d’une unité de production indique la puissance maximum qu’elle peut théoriquement délivrer. Les éoliennes mises en service actuellement ont des puissances installées de quelques MW, alors qu’un réacteur nucléaire a une puissance installée de l’ordre de 1000 MW (1 GW). La puissance installée cumulée de tous les moyens de production électrique en France était, en 2020, de 136 GW [1] (elle est de 236 GW en Allemagne [2]).

Facteur de charge. Une installation de production ne fonctionne pas en permanence à 100 % de sa capacité. Le facteur de charge désigne la fraction d’énergie réellement produite sur une période donnée (souvent l’année) rapportée à ce qu’elle serait avec un fonctionnement au maximum de puissance en continu.

Pour les sources d’énergie dites « intermittentes » (éolien, solaire), ce sont essentiellement le vent et l’ensoleillement qui déterminent le facteur de charge. Il est variable selon les régions et selon les années. En France, le facteur de charge moyen du solaire photovoltaïque est de l’ordre de 14 % alors que celui de l’éolien terrestre est autour de 25 % (ils varient un peu d’une année sur l’autre) [3].

Pour les sources d’énergie dites « pilotables » (nucléaire, gaz, dans une moindre mesure hydraulique), ce sont principalement les opérations de maintenance ou de chargement en combustible qui déterminent les arrêts d’exploitation et ce sont les besoins de service qui déterminent les baisses de charge. On parle de sources « pilotables » car la modulation de la production, ou son arrêt, relève de la décision des exploitants (hors incidents ou aléas). Le facteur de charge du nucléaire en France est de l’ordre de 75 %.

La puissance installée est donc un indicateur incomplet. En effet, le bon fonctionnement du système électrique suppose une adéquation entre production et consommation à chaque instant. Cet équilibre se fera au moyen de l’ajustement des sources pilotables, des capacités de stockage disponibles, ainsi que de possibles importations et exportations et de la modulation de consommation (effacements, déplacement de consommation).

La puissance installée en Allemagne est 40 % plus importante qu’en France (236 GW contre 136 GW en 2020), pour des productions annuelles d’électricité assez proches. Le parc installé, renouvelable comme fossile, a donc un facteur de charge nettement plus faible en Allemagne qu’en France.

Références
1 | Réseau de transport d’électricité, « Nette baisse de la production d’électricité, au plus bas depuis vingt ans », 2020.
2 | Allemagne énergies, « Bilans énergétiques : comparaison Allemagne et France », 20 novembre 2021.
3 | Réseau de transport d’électricité, « Bilan électrique 2020 », janvier 2021.

Le solaire et l’éolien sont des sources d’énergie dont la production est variable et ce de manière non pilotable. Elles ne peuvent donc pas, seules, faire face à la demande. C’est pourquoi l’Allemagne a, malgré l’énorme augmentation des énergies renouvelables, conservé un parc de production pilotable qui lui permet d’assurer la production pendant les périodes de vent faible ou d’ensoleillement limité. La sollicitation de ces différents moyens de production est très variable en fonction de la demande en énergie, mais aussi de la météorologie [4]. La production du solaire photovoltaïque est bien sûr nulle pendant la nuit, mais peut monter au-delà de 40 GW au milieu d’une belle journée d’été. De même, la production éolienne peut descendre à moins de 1 GW, mais aussi dépasser les 45 GW. Ces variations considérables sont compensées en petite partie par l’hydraulique, mais surtout par les productions fossiles (charbon et gaz).

Ainsi, entre les années 2000 et 2020, la puissance installée des centrales à combustibles fossiles (charbon ou gaz) a augmenté¹, passant de 71 GW à 74 GW, pendant que le nucléaire diminuait, passant de 22 GW à 8 GW [5]. Le développement des renouvelables n’a pas permis de sortir des énergies fossiles.

Les émissions de CO₂

En Allemagne comme en France, les énergies renouvelables sont prioritaires sur le réseau électrique. À quelques rares exceptions près, leur production est injectée dans le réseau même lorsque la production d’électricité est déjà excédentaire. Sur les dernières années, l’augmentation de la production des énergies renouvelables suit donc le même rythme que celle des puissances installées ; 40 % de l’électricité produite en Allemagne est maintenant d’origine renouvelable. À l’inverse, avec le développement de l’éolien et du solaire photovoltaïque, les centrales fossiles, indispensables pour assurer la production en période défavorable, sont de moins en moins sollicitées (leur facteur de charge diminue). Ainsi, la production d’électricité fossile a significativement diminué, contrairement à une idée reçue qui veut que le charbon ait remplacé le nucléaire en Allemagne. La part de l’électricité d’origine fossile reste néanmoins supérieure à 40 %, avec une contribution importante du charbon, ce qui conduit à des émissions de CO₂ moyennes supérieures à 300 grammes de CO₂ par kWh, contre moins de 60 grammes pour la France [6].

En 2020, il y a eu une forte diminution de la consommation électrique en Allemagne, comme dans l’immense majorité des pays, du fait de l’épidémie de Covid-19. Cette diminution s’est répercutée pour l’essentiel sur la production d’électricité d’origine fossile puisque les énergies renouvelables sont prioritaires, avec donc une baisse des émissions de CO₂ [7]. Cet événement fortuit a permis à l’Allemagne de respecter l’objectif qu’elle s’était donné d’une diminution de 40 % des émissions sur la période 1990-2020. Avec la fin des contraintes liées à la gestion de l’épidémie, mais aussi du fait de la flambée des prix du gaz qui ont favorisé l’usage du charbon, les émissions ont fortement réaugmenté en 2021 (par rapport à leur niveau de 2020) et l’objectif sur les émissions de CO₂ ne sera plus tenu.

Quelles évolutions à venir ?

La part des énergies renouvelables dans le mix électrique allemand va continuer à croître dans le futur. Cependant, ce pays va être confronté à deux difficultés qui vont réduire la portée de cette croissance sur les émissions de CO₂. D’une part, l’énergie nucléaire, qui apporte encore plus de 10 % de la production totale, va disparaître d’ici à fin 2022 et sera remplacée par du fossile, puisque la croissance des énergies renouvelables ne sera pas assez rapide pour la compenser. D’autre part, cette croissance va intensifier l’amplitude des fluctuations de la production, ce qui rend la gestion du système électrique de plus en plus difficile. En effet, aucune capacité de stockage significative n’est actuellement disponible en Allemagne. Les fluctuations de la production des énergies renouvelables continueront donc à être compensées essentiellement par les centrales fossiles qui sont, et resteront, indispensables pour assurer l’équilibre entre la production et la demande.

La Tempête qui arrive, George Bellows (1882-1935)

Par ailleurs, l’insertion massive d’énergies renouvelables implique de lourds développements de l’infrastructure de réseau qu’il convient d’évoquer (voir encadré final).

Conclusion

L’Allemagne poursuit une politique de mix électrique qui est très différente des choix français. La part des énergies renouvelables y est bien supérieure et en croissance rapide. Pour le moment, les choix faits n’ont pas permis de décarboner significativement le secteur de production d’électricité. Tant que des moyens massifs de stockage ne seront pas développés, une capacité de production fossile sera nécessaire, et les émissions de CO₂ du secteur de l’électricité resteront élevées. Rappelons ici que, pour le climat, ce n’est pas la dynamique de baisse des émissions qui est pertinente mais bien le niveau d’émissions de gaz à effet de serre, et même plutôt les émissions accumulées dans l’atmosphère. Ainsi, les émissions actuelles des centrales au charbon impacteront le changement climatique, même si l’Allemagne arrive à sortir des énergies fossiles pour sa production électrique d’ici à 2040.

Une présentation trompeuse

La contribution des énergies renouvelables en Allemagne est souvent présentée en faisant le rapport entre l’électricité renouvelable produite et l’électricité consommée sur une année. Voici, par exemple, quelques titres mis en avant dans les médias : « En Allemagne, les énergies renouvelables assurent 43 % de la demande d’électricité » [1], « En Allemagne, plus de 50 % de l’électricité est issue d’énergies renouvelables au premier semestre 2020 » [2]. Cette manière de faire est trompeuse car elle sous-entend que l’électricité renouvelable est consommée en Allemagne, et que seules les énergies non renouvelables sont exportées. En pratique, il est fréquent que l’électricité renouvelable soit excédentaire, au point que les tarifs de marché deviennent négatifs, et c’est alors que les exportations allemandes d’électricité sont les plus importantes.

Références
1 | Goulard H, « En Allemagne, les énergies renouvelables assurent 43 % de la demande d’électricité », Les Échos, 7 janvier 2020.
2 | « En Allemagne, plus de 50 % de l’électricité issue d’énergies renouvelables au premier semestre 2020 », BFM Business, 11 septembre 2020.

Les évolutions du réseau électrique pour la transition énergétique

« Pour que l’approvisionnement en électricité reste fiable et son coût raisonnable, la construction de milliers de kilomètres de nouvelles lignes électriques est nécessaire. C’est le seul et unique moyen d’injecter en Allemagne de l’électricité issue d’énergies renouvelables dans chaque prise de courant. Le réseau électrique est l’épine dorsale d’une transition énergétique réussie […]. Ainsi, l’électricité éolienne renouvelable, notamment, est produite surtout dans le nord et dans l’est du pays ainsi qu’en mer, où les vents sont particulièrement forts. Or, les principaux consommateurs d’électricité, et surtout les grandes exploitations industrielles, sont situés dans le sud et dans l’ouest de l’Allemagne. L’électricité éolienne produite dans le nord doit donc être transportée jusqu’à ces points de consommation […].

À l’horizon 2022, les centrales nucléaires allemandes seront mises hors service et d’autres centrales conventionnelles cesseront peu à peu leurs activités. Cette évolution a un impact sur le réseau électrique : au cours des prochaines années, il faudra optimiser, renforcer ou construire nouvellement un total de plus de 7 500 kilomètres [de lignes] au sein du réseau de transport. »

Source : Site du ministère fédéral de l’Économie et de l’Énergie (BMWI).

Références

1 | Vorwerk A, « L’amendement de 2002 de la Loi atomique allemande relatif à l’abandon progressif de l’énergie nucléaire », Droit nucléaire, 2002, 69 :7-17. Sur oecd-nea.org
2 | Allemagne énergies, « Historique de la sortie du nucléaire », 8 novembre 2021.
3 | Clean Energy Wire, « Germany’s energy consumption and power mix in charts », factsheet, 3 août 2021.
4 | Energy-Charts, « Production nette d’électricité en Allemagne dans la semaine 48 », 1er décembre 2021.
5 | Clean Energy Wire, « Germany’s energy consumption and power mix in charts », factsheet, 3 août 2021.
6 | European Environment Agency, « Greenhouse gas emission intensity of electricity generation by country”, data visualization, 25 octobre 2021.
7 | « Allemagne : la pandémie contribue à une baisse historique des émissions de CO₂ », Le monde de l’énergie, 16 mars 2021.

¹ La puissance installée des centrales au lignite n’a pratiquement pas varié entre 2000 et 2020 (autour de 20 GW). Sur cette période, la puissance installée des centrales à houille a légèrement diminué, tandis que celles des centrales au gaz ont augmenté.

Thème : Énergie

Mots-clés : Climat