Panne d'électricité en Afrique du Sud : les solutions résident dans les fermes solaires et le stockage de batteries à grande échelle, et la fin du monopole d'État

Professeur de gestion de la technologie, Université de Pretoria

David Richard Walwyn reçoit un financement de la National Research Foundation pour un projet sur le développement de la technologie vehicle-to-grid. Le projet est sans rapport avec le contenu de cet article.

L'Université de Pretoria fournit un financement en tant que partenaire de The Conversation AFRICA.

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Les pannes d'électricité en continu coûtent cher à l'Afrique du Sud. La crise de l'électricité est un frein à la croissance, détruit la confiance des investisseurs et handicape presque toutes les activités économiques. Il a augmenté les coûts des intrants pour les producteurs et les détaillants et a déclenché une nouvelle vague d'inflation et de hausses des taux d'intérêt.

Toute solution entraînera évidemment des coûts car elle nécessitera l'adoption de nouvelles technologies, telles que des fermes solaires à grande échelle connectées au réseau et liées au stockage d'énergie par batterie. Mais ces technologies coûtent cher. Une ferme solaire composée de 50 MW de panneaux photovoltaïques avec 240 MWh de capacité de stockage coûtera 2,6 milliards de rands. Les batteries représentent la dépense la plus importante, représentant environ 40 % du coût total.

Un panneau photovoltaïque convertit l'énergie solaire en électricité, qui peut être utilisée pour recharger un parc de batteries ou alimenter directement les consommateurs. Les batteries fournissent ensuite l'énergie stockée au réseau pendant les périodes de pointe.

La combinaison du solaire et du stockage le rend plus cher que le charbon – qui représente encore 80 % de la production d'électricité en Afrique du Sud – lorsque l'on compare les unités d'énergie produites. Mais cette technologie est abordable par rapport aux options que les consommateurs adoptent déjà en volumes importants - générateurs diesel ou batteries à petite échelle couplées à des onduleurs - tant qu'elle est à grande échelle et n'est utilisée que pour la puissance de pointe.

Je soutiens que l'Afrique du Sud peut résoudre une grande partie de sa crise énergétique en construisant de nouvelles installations consistant en des batteries de stockage avec des panneaux photovoltaïques. Cependant, la nouvelle technologie ne peut être utilisée sans une réforme du marché de gros de l'énergie.

Une grande partie de l'attention des médias sur la crise énergétique s'est concentrée sur la capacité de production, ou son absence. Mais il y a un autre contributeur tout aussi important - l'échec du gouvernement à dissocier Eskom (la compagnie d'électricité publique) et à créer un opérateur de marché et un opérateur de réseau de transport en tant qu'entités indépendantes.

Un opérateur de marché est une « bourse » de l'énergie. Il facilite la contractualisation entre les producteurs d'énergie, le réseau de transport et les distributeurs. De nombreux pays dans le monde ont déjà restructuré leur industrie de fourniture d'électricité pour établir un tel marché et introduire une plus grande concurrence entre les producteurs d'électricité.

Le Royaume-Uni, le Canada, les États-Unis et de nombreux pays de l'Union européenne ont entrepris des réformes du marché comme celle-ci, avec des résultats positifs.

L'Afrique du Sud a indiqué son intention de suivre une telle approche en 1998. Mais elle n'a jamais donné suite à cette politique. Au lieu de cela, il a maintenu en vie un service public de plus en plus inefficace et dysfonctionnel. En conséquence, le pays connaît une pénurie de capacité de production, une pénurie de capacité de connexion et de transmission et une catastrophe environnementale croissante.

L'analyse des données d'utilisation du portail Eskom suggère que les coupures de courant continues ont entraîné des changements dans le paysage énergétique du pays.

Du côté de l'offre, les clients utilisent de plus en plus des sources d'énergie alternatives. Les consommateurs qui ont besoin d'un approvisionnement énergétique stable ont élaboré des plans alternatifs, passant dans la plupart des cas à l'utilisation de générateurs diesel. Les chiffres de la consommation de diesel ne sont pas disponibles, mais, sur la base du déficit d'électricité, j'estime, en utilisant les données d'avril 2023, que la consommation supplémentaire de diesel, hors Eskom et les producteurs d'électricité indépendants, était d'environ 660 millions de litres par mois, soit presque le même que le montant utilisé par l'ensemble du secteur des transports.

Du côté de la demande, les pannes ont entraîné des changements dans l'utilisation de l'électricité du réseau à un moment différent du cycle jour/nuit. Cela a été principalement dû à l'utilisation de batteries au lithium. Eskom rapporte déjà qu'il y a une demande supplémentaire de 1,4 GW pour recharger le stockage de la batterie, soit environ 5 % de charge supplémentaire sur le réseau.

Le coût d'un système batterie plus onduleur pour répondre aux besoins d'un ménage moyen sous le délestage de l'étape 4 - qui représente environ 6 heures de pannes toutes les 24 heures - est d'environ 100 000 à 150 000 rands (environ 5 000 à 7 600 dollars américains) . Aux taux d'intérêt actuels, et en supposant une consommation d'énergie moyenne de 15 kWh par jour et un tarif Eskom de 2,75 rands par kWh, le coût net sera de 6,10 rands par kWh. Cela le rend plus cher que le diesel.

L'alimentation de secours d'un générateur diesel de 8 kVA, en utilisant le même ensemble d'hypothèses, coûtera environ 5,20 rands par kWh, y compris le diesel et les charges en capital.

L'installation de 1,4 GW de capacité de batterie au niveau national confirme qu'il existe déjà un marché pour l'achat d'énergie à un coût plus élevé. La sécurité énergétique est une nécessité pour de nombreuses entreprises, en particulier celles qui exploitent des entrepôts frigorifiques ou des équipements essentiels.

Dans un article récemment publié, j'ai exposé à quoi ressemblerait le paysage si l'Afrique du Sud mettait en œuvre un plan pour équilibrer la capacité d'énergie renouvelable et les tarifs horaires d'utilisation, et mettait fin au monopole d'Eskom.

Les clients pouvaient payer des tarifs différents selon l'heure de la journée où ils utilisaient l'électricité.

Pour mon article, j'ai utilisé un modèle simple pour le réseau énergétique sud-africain et considéré la configuration optimale pour une installation de stockage photovoltaïque/batterie qui pourrait fournir une puissance de pointe de 6 GW, soit environ 20 % de la demande totale.

Il a conclu que le réseau aurait besoin d'une capacité photovoltaïque installée de 18 GW, couplée à un système de stockage évalué à 3,7 GW/10,4 GWh. L'installation s'autofinancerait si un tarif horaire de 3,50 rands par kWh, soit près du double du tarif actuel hors frais de réseau, pouvait être appliqué.

Mais cela nécessiterait la fin du monopole de distribution d'Eskom et la création de l'opérateur du marché. Des tarifs différents seraient le résultat d'une concurrence entre différents acteurs.

L'analyse suggère qu'il serait possible de résoudre le problème de puissance de crête en trois étapes. Premièrement, dégroupez Eskom et établissez l'opérateur du marché, deuxièmement utilisez les fonds de renflouement pour renforcer la capacité de connexion et troisièmement, utilisez l'opérateur du marché pour créer une capacité photovoltaïque/batterie à grande échelle. La réforme du marché est à l'ordre du jour politique depuis près de 25 ans. Mais peu de progrès réels ont été réalisés. L'Afrique du Sud devrait cesser de tourner en rond. Il doit prendre une ligne droite dans la voie rapide.