Intégrer la résilience dans la planification du secteur de l'électricité

L'électricité est cruciale pour assurer des soins de santé, une éducation, une qualité de vie et un développement économique soutenus. Alors que les pays intègrent l'énergie propre et adoptent une pratique d'électrification standard et complète, la santé du système électrique prend une plus grande importance. Cependant, la fiabilité du système électrique est menacée par deux facteurs : la variabilité des sources de production pour faciliter la transition énergétique propre ; et les phénomènes météorologiques extrêmes induits par le climat qui peuvent avoir des effets en cascade sur la chaîne de valeur de l'électricité. La non prise en compte des risques climatiques peut alourdir ou retarder la poursuite de la transition vers une énergie propre. En outre, des chaînes d'approvisionnement diversifiées sont nécessaires pour se prémunir contre le risque de disponibilité des matériaux et garantir des cadres économiques circulaires afin de maximiser la valeur des ressources. Le G20 devrait envisager les actions suivantes pour renforcer la résilience du secteur de l'électricité dans le cadre de son travail plus large de coopération internationale et de partage des connaissances :

Attribution:Nuvodita Singh, Benny Bertagnini et Jagabanta Ningthoujam, « Embedding Resilience in Power Sector Planning », T20 Policy Brief, juin 2023.

Groupe de travail 4: Ravitaillement de la croissance—Énergie propre et transitions vertes

Le changement climatique est un « multiplicateur de menaces » en raison de son effet cumulatif sur les risques et de l'exposition d'un système à des événements à fort impact et à faible probabilité. Le secteur de l'électricité est vulnérable au changement climatique, ajoutant ainsi une nouvelle dimension aux risques auxquels le secteur est confronté. La résilience du secteur électrique est la capacité des systèmes électriques modernes à résister à des événements extraordinaires, à se remettre rapidement de tels événements et à apprendre à s'adapter à leurs opérations de manière à améliorer la fonctionnalité de l'ensemble du système.

L'augmentation des phénomènes météorologiques extrêmes induits par le climat et l'étendue croissante du secteur de l'électricité - à la fois en termes de clients croissants et de secteurs à électrifier - risquent de concentrer le risque d'une perturbation à l'échelle du système sur l'électricité en tant que ressource et le réseau qui le transmet (voir Figure 1). Les actifs et les infrastructures d'énergie renouvelable (ER), tout en contribuant à l'atténuation du changement climatique, ne sont pas non plus à l'abri des dommages physiques causés par les phénomènes météorologiques extrêmes induits par le climat.

Ainsi, sans planification d'un secteur de l'électricité « résilient », le développement durable reste menacé. En ayant un impact négatif sur la productivité économique, l'augmentation des pannes d'électricité est liée à une réduction du revenu par habitant des ménages.[1] Dans le même temps, l'insuffisance des données et l'incertitude associée aux impacts climatiques augmentent la complexité de la planification dans le secteur de l'électricité.

L'infrastructure actuelle du secteur de l'électricité est insuffisamment équipée pour intégrer les énergies renouvelables et gérer la variabilité associée sans flexibilité des ressources. Ces conditions conduisent ensemble à une refonte du système historique de transport de l'électricité depuis un point central de production jusqu'aux consommateurs finaux distribués.

Figure 1:Impact en cascade sur la chaîne de valeur de l'électricité en raison des phénomènes météorologiques extrêmes induits par le climat

Assurer la sécurité et la fiabilité de l'électricité est une préoccupation croissante pour les États membres du G20, d'autant plus que la demande d'électricité par habitant dans le groupe a augmenté de 53,38 % depuis 2000.[3] Le fait de ne pas planifier la résilience peut imposer des coûts de réparation et de reconstruction aux administrations locales, affecter les services essentiels et, par extension, les communautés. Dans ce contexte, le G20 devrait reconnaître le rôle du renforcement de la résilience du secteur de l'électricité dans la promotion de la sécurité énergétique, des objectifs net zéro et des avantages sociétaux.

La résilience du secteur de l'électricité prend une dimension internationale alors que des collaborations multilatérales poursuivant un partage d'énergie propre 24 heures sur 24 via des super-réseaux transnationaux, comme l'initiative One Sun One World One Grid, commencent à prendre forme.[4] Tout comme les événements météorologiques extrêmes ne respectent pas les frontières nationales, le risque implicite aura un impact notable sur les réseaux intégrés au niveau régional.

En tant que consortium international, le G20 s'est engagé à améliorer la sécurité énergétique pour soutenir les transitions énergétiques grâce à la collaboration, comme indiqué dans les Principes de Naples du G20.[5] L'alignement au sein du groupe sur l'utilisation de la résilience du secteur de l'électricité en tant que stratégie cruciale de transition énergétique aidera à établir une compréhension collective et une plus grande visibilité autour de l'intégration de nouvelles technologies et de nouveaux modèles commerciaux dans les systèmes électriques. Avec certaines des économies les plus fortes du monde parmi ses membres, le G20 peut modéliser et intégrer efficacement l'action sur la résilience du secteur de l'électricité aux niveaux régional et mondial.

Actions

Raisonnement

La planification énergétique à long terme implique de définir le bon mix énergétique, l'infrastructure et les coûts et avantages associés tout en tenant compte de l'évolution des besoins futurs en électricité et d'autres facteurs de stress émanant des risques économiques, géopolitiques ou liés aux conditions météorologiques.[6] Le changement climatique, qui opère sur des échelles de temps et des échelles géographiques plus longues que la « météo », est une nouvelle source de risques auxquels le secteur de l'électricité est confronté.[7]

L'impact climatique se manifeste par différents types d'événements météorologiques extrêmes et des changements lents au fil du temps. Non seulement les événements centenaires deviennent plus fréquents et imprévisibles, mais l'infrastructure actuelle ne tient pas compte des risques qui ne se produisaient auparavant qu'une fois par siècle. Par exemple, en 2022, l'Asie du Sud a enregistré des températures estivales supérieures à la normale lorsque des vagues de chaleur ont balayé le nord et le centre de l'Inde et ses pays voisins. Selon les climatologues, la fréquence de ces vagues de chaleur est passée d'une fois tous les 50 ans dans un monde sans impact du changement climatique à environ une fois tous les quatre ans dans le scénario climatique actuel.[8] L'augmentation inattendue de la demande de pointe pour combattre la chaleur a laissé les services publics d'électricité sous-préparés, entraînant des pannes de courant qui ont affecté des besoins aussi divers que le refroidissement et l'irrigation.[9]

Des données de qualité sur l'impact du changement climatique et l'accès à des outils appropriés pour interpréter ces données peuvent grandement aider les planificateurs du secteur de l'électricité et les services publics. Les bons ensembles de données peuvent aider à déterminer les interventions pour répondre à la demande de pointe, telles que la flexibilité de la demande, l'efficacité énergétique et la capacité d'énergies renouvelables qui elle-même est affectée par les forces du changement climatique. En outre, des données appropriées peuvent également contribuer à une meilleure gestion des actifs et à l'identification des emplacements où l'infrastructure électrique justifie une modernisation et où de nouvelles infrastructures plus résilientes peuvent être construites.[10] Cependant, une telle prise de décision est difficile car les données sur les risques climatiques sont assorties d'incertitudes. Les prévisions climatiques à long terme sont moins fiables que les prévisions météorologiques à court terme. Le développement de capacités telles que les ER avancées et la prévision de la demande d'électricité peut aider à faire face à cette variabilité et à cette incertitude. Pour de meilleures prévisions, il est essentiel de construire des ensembles de données climatiques granulaires et à long terme de qualité et ainsi que la capacité à les interpréter. Les actions à cette fin comprennent l'intégration de la réflexion sur la résilience dans les cadres institutionnels et de gouvernance et la définition de normes pour des « données de haute qualité ». [11]

L'investissement dans des projets NWA non traditionnels, tels que l'optimisation de l'efficacité énergétique, la réponse à la demande et les ressources énergétiques distribuées (DER) telles que l'énergie solaire photovoltaïque sur le toit et le stockage d'énergie, peut également être exploré comme substitut à l'infrastructure coûteuse traditionnelle pour répondre aux besoins du système car ils peuvent être moins à risque physique.[12] Un cadre comparant le coût et les performances des projets de NWA traditionnels et non traditionnels peut atténuer les problèmes de fiabilité et de performances du système des entités de distribution concernant la NWA en raison de ses antécédents limités en tant que solution émergente.[13]

Ainsi, il existe un immense champ de collaboration et de partage des meilleures pratiques entre les zones géographiques pour développer une compréhension commune de la façon dont le changement climatique affecte la planification et les infrastructures du secteur de l'électricité et les moyens d'agir en conséquence.

Actions

Raisonnement

Peu d'actifs d'infrastructure ne sont pas affectés par le risque d'événements météorologiques extrêmes associés au climat. En fait, les services publics américains pourraient voir les coûts des dommages aux infrastructures physiques augmenter de 23 % d'ici 2050.[14] Les lignes et les sous-stations de transport et de distribution d'électricité sont particulièrement vulnérables à certaines conditions météorologiques extrêmes. Même les ressources de production d'énergie renouvelable telles que les infrastructures de production d'énergie solaire photovoltaïque et éolienne sont susceptibles de subir des dommages physiques et des pannes de courant.[15]

Les régulateurs gouvernementaux devraient mettre en œuvre des stratégies pour améliorer la résilience du réseau, notamment en élaborant des plans de réponse aux risques liés au changement climatique pour l'infrastructure du réseau. Une stratégie de résilience globale devrait inclure l'identification d'objectifs ciblés pour répondre aux besoins d'adaptation du réseau. Les services publics doivent effectuer des évaluations des besoins des infrastructures de transmission et de distribution critiques, telles que les sous-stations. En outre, les services publics devraient également développer des voies de renforcement à long terme du réseau en fonction des risques localisés. Les actions des services publics peuvent être facilitées par l'accès à des informations de source ouverte sur les mesures prises par des organisations homologues à l'échelle internationale.

Figure 2:Risque lié aux infrastructures énergétiques

Les investissements de renforcement du réseau sont une mesure adaptative prise contre les catastrophes inévitables pour atténuer le risque coûteux de défaillance de l'infrastructure physique. Cependant, le coût initial plus élevé du renforcement du réseau est un obstacle majeur pour les régions vulnérables. Les coûts d'adaptation des infrastructures sont estimés entre 60 et 80 % de l'adaptation au changement climatique à l'échelle mondiale.[17] Dans le même temps, la valeur des dommages évités peut permettre d'économiser jusqu'à 11 USD pour chaque dollar investi dans les coûts de réparation au fil du temps.[18] Une approche holistique autour des stratégies de résilience pour les infrastructures physiques, investir dans le renforcement du réseau et explorer la NWA pour les mises à niveau du réseau peut éliminer les interruptions et les réparations coûteuses.

Pour atténuer le risque de dommages financiers et physiques à l'infrastructure électrique, les planificateurs du secteur de l'électricité doivent identifier leurs vulnérabilités et intégrer des actions pertinentes à tous les niveaux de planification et de prise de décision.[19] Cela comprend la mise à jour des réglementations (codes, normes d'équipement et autres directives), les processus d'approvisionnement et contractuels ainsi que la réalisation d'examens itératifs.[20] Lorsque les services publics n'ont pas les moyens financiers d'entreprendre des interventions de résilience, y compris des opérations et un entretien de routine ou d'importants investissements en capital, les bonnes voies de financement doivent être identifiées.

L'initiative Global Shield annoncée à la COP27 et coordonnée par le G7 peut servir de modèle important pour les moyens de déployer rapidement le financement de la protection.[21] La reproduction d'un programme similaire dans les États membres du G20 peut améliorer l'accès au financement à faible coût nécessaire au renforcement du réseau.

Actions

Raisonnement

La demande d'électricité devrait augmenter dans le monde, en particulier en raison de l'augmentation de la demande d'électricité par habitant et de l'électrification de multiples secteurs en Chine et dans d'autres pays asiatiques.[22] Les secteurs du bâtiment et des transports prennent également des mesures pour stimuler l'électrification tout en s'approvisionnant en électricité à partir de sources renouvelables, le cas échéant. L'industrie, premier consommateur d'énergie, augmente progressivement la part d'électricité utilisée dans ses procédés.

Alors que l'augmentation de l'électrification réduit les émissions localisées, elle concentre également les risques de perturbation généralisée sur le réseau en mettant à rude épreuve le réseau existant et la capacité de production. Auparavant, lorsqu'une panne de courant n'affectait que l'accès à l'éclairage et aux appareils électriques, elle aura bientôt une incidence sur la cuisson, les déplacements et la productivité industrielle, car ces secteurs passent à une source d'énergie basée sur l'électricité pour atteindre les objectifs de décarbonisation nécessaires (voir la figure 3).

Figure 3:Impacts directs et indirects d'un événement météorologique extrême induit par le climat

En 2021, de violentes tempêtes hivernales ont mis hors ligne plus de la moitié de la capacité de production du Texas et laissé des millions de personnes sans électricité pendant des jours.[24] L'infrastructure de gaz naturel de l'État, qui est la principale source d'électricité, était mal préparée pour résister à des températures extrêmement basses en raison d'un manque de mises à niveau infrastructurelles nécessaires et d'une demande de pointe plus élevée que prévu.[25]

La décentralisation (diversification en termes d'échelle et de localisation tout en adoptant davantage d'énergies renouvelables) et la numérisation (passage à une infrastructure « intelligente » pour le transport et la distribution d'électricité) représentent des interventions lucratives dans le secteur de l'électricité en raison de la valeur qu'elles offrent, y compris, mais sans s'y limiter, services de résilience.

Les DER comprennent l'énergie solaire et éolienne distribuée, les véhicules électriques (VE), les micro-réseaux, le stockage de l'énergie, la réponse à la demande et l'efficacité énergétique.[26] Ils peuvent intégrer les énergies renouvelables localement dans des formats connectés au réseau et hors réseau, et atténuer la centralisation des risques sur l'infrastructure principale du réseau. La numérisation du secteur de l'électricité peut soutenir les interventions visant à améliorer la gestion du réseau de distribution. Les capacités avancées de communication et de gestion à distance grâce à des interventions telles que les compteurs intelligents, les réseaux intelligents et la création de jumeaux numériques peuvent aider à répondre aux perturbations en temps réel. Par exemple, les micro-réseaux peuvent introduire une redondance dans les systèmes électriques avec le processus d'îlotage, dans lequel les micro-réseaux peuvent être déconnectés du réseau principal lors d'une perturbation à l'aide de systèmes de contrôle intelligents et fonctionner indépendamment tout en générant de l'électricité localement.[27] Ces fonctionnalités sont particulièrement utiles pour les communautés vulnérables aux événements météorologiques extrêmes.

S'écartant du flux unidirectionnel traditionnel d'électricité, les DER connectés au réseau et les appareils intelligents permettront aux consommateurs d'interagir avec le réseau par le biais d'un flux d'énergie bidirectionnel et de participer aux programmes de flexibilité de la demande et de réponse à la demande. Ces fonctionnalités peuvent aider à gérer la charge sur le réseau pendant les opérations régulières et les perturbations. Les DER, y compris les panneaux solaires sur les toits, les véhicules électriques et les batteries, peuvent fournir des services de secours d'urgence. Les DER groupés peuvent encore offrir des avantages composés. Par exemple, les VPP peuvent tirer parti de plusieurs DER en regroupant le potentiel latent de ces actifs dans un portefeuille unifié pour offrir des avantages aux propriétaires de DER et aux autres utilisateurs d'électricité sur le réseau. Grâce aux réseaux numériques, les VPP peuvent charger et décharger les DER en réponse aux signaux du marché et aux besoins du réseau.[28]

Cependant, les modèles commerciaux et les réglementations existants peuvent présenter des défis pour réaliser le plein potentiel des DER. Par conséquent, les mises à niveau des cadres réglementaires, qui offrent plus de certitude aux propriétaires de DER, notamment sur la propriété des actifs et le potentiel de génération de revenus en ouvrant les marchés de l'électricité à la participation des DER et des DER agrégées, peuvent aider à débloquer des avantages.

Actions

Raisonnement

La technologie de stockage d'énergie est la clé d'une transition réussie vers des sources d'ER et des DER variables à faible coût. Les projections mondiales de capacité de stockage installée cumulée devraient dépasser 411 gigawatts d'ici 2030, soit 15 fois plus qu'en 2021.[29] Cela est compréhensible compte tenu de la large gamme de services fournis par le stockage, tels que le transfert de charge, la fourniture de services auxiliaires pour l'équilibrage et la restauration des opérations pendant les pannes. Pour les services publics, le stockage peut différer ou éviter des investissements d'infrastructure coûteux qui peuvent être menacés lors d'événements météorologiques extrêmes. Pour les consommateurs, le stockage peut fournir une alimentation de secours et permettre l'îlotage pour éviter les interruptions de service.[30] De nombreux services renforcent la résilience du réseau, améliorent les performances des DER et préviennent les dommages ou la perturbation des services critiques en cas de défaillance du système.

Illustration 4 :Cas de résilience du stockage sur batterie

Des politiques favorisant des environnements propices au déploiement rapide des technologies de stockage de l'énergie seront nécessaires pour répondre aux besoins du système électrique. Il s'agit notamment de surmonter les principaux obstacles en créant des voies de commercialisation pour améliorer l'économie des projets de stockage, en améliorant l'accès au financement et en poursuivant la coopération en matière de recherche et de développement de technologies innovantes.[32]

Dans les zones géographiques où les marchés de l'électricité sont libéralisés, le déploiement du stockage peut être encouragé économiquement par le biais de mécanismes de marché qui renforcent la résilience et la flexibilité des services.[33] En outre, les États membres du G20 doivent réfléchir à la manière d'améliorer les finances pour des rendements plus attractifs et de fournir des politiques claires pour traiter et atténuer l'incertitude autour des délais des projets.[34]

Des structures d'incitation devraient être utilisées pour le développement continu de technologies de stockage innovantes qui répondent à diverses utilisations finales. Les technologies qui fonctionnent dans une gamme d'environnements avec une réponse rapide et des durées de décharge appropriées sont essentielles pour améliorer la résilience du système électrique. Le ciblage du développement, de la commercialisation et du déploiement de nouvelles technologies adaptées aux besoins de résilience garantit que des produits adaptés sont en place pendant les perturbations.

Le programme d'incitations liées à la production (PLI) pour les batteries cellulaires à chimie avancée lancé en Inde fournit un cadre pour encourager le développement des technologies d'application les mieux adaptées. Le programme PLI a renforcé la fabrication nationale de technologies de batteries innovantes en accordant des incitations basées sur des critères de performance clés. Les subventions étaient liées à des technologies qui respectaient ces critères au-delà des produits chimiques en place fabriqués à grande échelle. Plus une technologie innovante était performante selon les critères identifiés, plus la subvention accordée était élevée.[35] Des politiques de portée avec des incitations basées sur des critères de performance clés adaptés à la résilience garantissent que les besoins du système sont satisfaits.

[1] Fan Zhang, « Dans le noir : combien coûtent les distorsions du secteur électrique en Asie du Sud », Economic Times, décembre 2018.

[2] Jagabanta Ningthoujam, Nuvodita Singh et Clay Stranger, « Powering Through : A Climate Resilient Future », RMI et RMI India, dernière modification en juillet 2021.

[3] « Electricity Demand per Capita in G20 », Database.earth, consulté le 23 mai 2023.

[4] Alliance solaire internationale, consulté le 1er mars 2023.

[5] « Security of Clean Energy Transitions », Agence internationale de l'énergie, consulté le 23 mai 2023.

[6] « Power Systems in Transition », Agence internationale de l'énergie, consulté le 1er mars 2023.

[7] "Building a Resilient Power Sector," WBCSD, dernière modification le 30 mars 2014.

[8] Elizabeth Weise, "La vague de chaleur punitive en Inde atteint 115 degrés, partie d'un" monde plus chaud et plus dangereux "", Phys.Org., 2 mai 2022.

[9] Lou Del Bello, "Pourquoi la canicule de l'Inde a éteint les lumières", The Third Pole, 4 mai 2022.

[10] WBCSD, « Construire un secteur énergétique résilient ».

[11] WBCSD, « Secteur énergétique résilient ».

[12] Cristin Lyons, "Alternatives sans fil : solutions non traditionnelles aux besoins du réseau", T&D World, 6 juin 2019.

[13] Lyons, « Alternatives sans fil ».

[14] Sarah Brody, Matt Rogers et Giulia Siccardo, « Pourquoi et comment les services publics devraient commencer à gérer les risques liés au changement climatique », McKinsey and Company, dernière modification le 24 avril 2019.

[15] Sadie Cox, Eliza Hotchkiss, Dan Bilello, Andrea Watson, Alison Holm et Jennifer Leisch, « Bridging Climate Change Resilience and Mitigation in the Electricity Sector Through Renewable Energy and Energy Efficiency », USAID et NREL, dernière modification en novembre 2017.

[16] Jonathan Woetzel, Dickon Pinner, Hamid Samandari, Hauke ​​Engel, Mekala Krishnan, Brodie Boland, Peter Cooper et Byron Ruby, « Will Infrastructure Bend or Break Under Climate Stress? McKinsey Global Institute, dernière modification le 19 août 2020.

[17] Henry Neufeldt, Gerardo Sanchez Martinez, Anne Olhoff, Christian Micheal Skou Knudsen et Kelly EJ Dorkenoo, "The Adaptation Gap Report 2018. Programme des Nations Unies pour l'environnement (PNUE), Nairobi, Kenya." DTU, 2018.

[18] « Infrastructures résilientes au climat ». Portail climatique du MIT, dernière modification le 20 septembre 2021.

[19] WBCSD, « Construire un secteur énergétique résilient ».

[20] Nathan Lee et Sherry Stout, « Planning a Resilient Power Sector », Resilient Energy Platform, dernière modification en mai 2019.

[21] Kate Abnett et Simon Jessop, "G7 Launches Climate 'Shield' Fund, Some Countries Wary," Reuters, dernière modification décembre 2022.

[22] "Les énergies renouvelables seront la première source d'électricité au monde d'ici trois ans, selon les données de l'AIE", Forum économique mondial, dernière modification le 9 février 2023.

[23] RMI, « Powering Through : A Climate Resilient Future ».

[24] Erin Douglas, "Le Texas dépend largement du gaz naturel pour l'électricité. Il n'était pas prêt pour le froid extrême." Le Texas Tribune, 16 février 2021.

[25] Douglas, « Texas ».

[26] Joseph Stekli, Linquan Bai, Umit Cali, Ugur Halden et Marthe Fogstad Dynge, "Distributed Energy Resource Participation in Electricity Markets: A Review of Approaches, Modeling, and Enabling Information and Communication Technologies," Energy Strategy Reviews 43, ( septembre 2022).

[27] "Pourquoi les systèmes décentralisés sont la voie immédiate vers les objectifs énergétiques américains", Power, dernière modification le 27 juin 2021.

[28] "RMI lance un "partenariat de centrale électrique virtuelle" avec le soutien de General Motors et de Google Nest", RMI, dernière modification le 10 janvier 2023.

[29] "Le marché mondial du stockage d'énergie devrait être multiplié par 15 d'ici 2030", BloombergNEF, dernière modification le 12 octobre 2022.

[30] Garrett Fitzgerald, James Mandel, Jesse Morris et Hervé Touati, « The Economics of Battery Energy Storage », RMI, dernière modification en octobre 2015.

[31] Plate-forme énergétique résiliente "Planification".

[32] Noel Nevshehir, "Ce sont les plus grands obstacles sur la voie de l'énergie propre", Forum économique mondial, dernière modification le 19 février 2021.

[33] "Grid-Scale Storage", IEA, dernière modification en septembre 2022.

[34] Aakash Arora, William Acker, Brian Collie, Danny Kennedy, David Roberts, Ian Roddy, James Greenberger, et al., « How Lithium Batteries Can Power the US Economy », BCG, dernière modification le 24 février 2023.

[35] Randheer Singh, Akshima Ghate, Jagabanta Ningthoujam, Arjun Gupta, Shashwat Sharma et Benny Bertagnini, « Need for Advanced Chemistry Cell Energy Storage in India », RMI, NITI Aayog, dernière modification en avril 2022.