Un obstacle évident à l’application de l’énergie éolienne et solaire pour alimenter l’électricité est leur discontinuité – si le vent ne souffle pas et que le soleil ne brille pas, alors d’autres sources sont nécessaires. On accorde beaucoup d’attention à cette question dans les médias conservateurs, et elle devrait l’être.

Cependant, l’un des obstacles les moins connus à ces technologies renouvelables est la régulation de la fréquence, bien qu’elle devienne une question critique beaucoup plus tôt.

Depuis les années 1890, les réseaux électriques et les appareils du monde entier sont alimentés par le courant alternatif, ce qui signifie que le flux de courant dans le système ne cesse de changer de direction.

En Australie [et en Europe], il change 50 fois par seconde, c’est-à-dire à une fréquence de 50 hertz (aux États-Unis, il est de 60 hertz).

Fournir de l’énergie à une fréquence uniforme est très important car les appareils et l’électronique du réseau sont conçus pour une fréquence/tension spécifique. Par conséquent, ils peuvent être endommagés par une alimentation électrique incorrecte.

En règle générale, les gestionnaires de réseau préfèrent ne pas fournir d’électricité que de l’électricité de mauvaise qualité. Des commandes automatisées au sein du réseau électrique interrompent l’alimentation si la fréquence ou la tension ne répond pas aux spécifications.

Les Australiens du Sud n’oublieront pas de sitôt ce qui s’est passé sur le réseau national en 2016. La panne d’électricité nationale a commencé en fin d’après-midi par mauvais temps, et des milliers de personnes ont dû quitter la ville sans lampadaires ni feux de circulation.

Il y avait un certain nombre de causes, y compris des rafales de vent qui ont provoqué l’effondrement de certaines lignes de transmission et un coup de foudre dans une centrale électrique.

Après ces causes physiques, les systèmes de protection automatique ont pris le contrôle. Les éoliennes se sont déconnectées du réseau. Cela a épuisé la capacité de l’interconnexion avec le reste du réseau sur la côte est, qui a ensuite été fermée.

À partir de ce moment, les arrêts se sont répercutés sur l’ensemble du réseau. Tout cela s’est passé en moins d’une seconde.

La possibilité d’un arrêt en cascade ne peut jamais être complètement exclue; Les systèmes de protection automatisés doivent prendre des décisions à une vitesse qui empêche toute intervention humaine.

Néanmoins, la vulnérabilité de l’ensemble du système peut varier, et l’augmentation des énergies renouvelables intermittentes contribue à réduire la stabilité du système.

Producteurs traditionnels et producteurs d’énergie renouvelable

Les générateurs conventionnels utilisent des turbines – turbines à vapeur, turbines à circuit ouvert et turbines hydrauliques. Ces systèmes sont dits « synchrones » car la fréquence de l’électricité qu’ils génèrent est directement liée à la vitesse des arbres de turbine.

Comme ces machines sont grandes et lourdes, il faut du temps et de l’énergie pour les accélérer ou les ralentir, ce qui signifie que la fréquence actuelle ne doit pas changer trop rapidement. C’est ce qu’on appelle « l’inertie ».

Comme vous pouvez l’imaginer, les panneaux solaires qui n’ont pas de pièces mobiles n’ont pas d’inertie. Ils s’adaptent à la fréquence déjà présente dans le système; ils ne contribuent pas à sa stabilisation.

Bien que les éoliennes aient de grandes pièces rotatives, elles changent constamment de vitesse en raison des seules conditions de vent. Ils ne sont donc pas conçus pour se synchroniser avec le réseau AC. Ils n’offrent donc pas non plus d’inertie.

Si un système n’a pas d’inertie, au lieu de réagir doucement à un changement de charge, la fréquence peut être battue à grande vitesse comme un cycliste (n’importe quel moteur peut avoir le même problème s’il n’a pas un volant d’inertie assez lourd).

Après la panne de courant de 2016, la sécurité énergétique a été une priorité absolue pendant quelques semaines glorieuses et courtes.

Dans les années qui ont suivi, le gouvernement d’Australie-Méridionale a pris un certain nombre de mesures, notamment l’installation d’une batterie à grande échelle (suite à la promesse d’Elon Musk de la construire dans les 100 jours ou de la rendre disponible gratuitement), la construction d’une nouvelle centrale diesel et l’incitation au développement et à l’extraction du gaz naturel.

De plus, deux condensateurs synchrones ont été installés. Les condensateurs synchrones sont de grands arbres lourds et rotatifs, similaires à ceux d’une turbine, mais qui ne génèrent pas d’électricité, mais stabilisent seulement la fréquence du réseau.

Dans les années qui ont suivi, chacune de ces réponses s’est avérée correcte. Le générateur diesel a été utilisé à plusieurs moments critiques. Il s’est également avéré que la grande batterie était principalement utilisée pour stabiliser le réseau.

Bien qu’elle stocke relativement peu d’énergie, la batterie réagit rapidement aux perturbations qui se produisent dans tout le réseau de la côte Est, même dans le Queensland. Depuis lors, il a été programmé pour fournir une « inertie virtuelle ».

La technologie pour un réseau 100% renouvelable n’existe pas encore

Les progrès technologiques et la gestion du réseau ont permis aux énergies renouvelables de prendre en charge une part croissante de l’approvisionnement en électricité sans déstabiliser de manière inacceptable la fréquence du réseau.

Néanmoins, pratiquement aucun réseau ne peut se permettre de fonctionner à 100% avec de l’énergie renouvelable sans avoir au moins quelques générateurs rotatifs traditionnels connectés au réseau.

Les générateurs éoliens et solaires sont souvent arrêtés ou « étranglés », même si certains générateurs de gaz ou de charbon sont encore en activité. L’opérateur du réseau ne peut pas se permettre d’arrêter les générateurs synchrones sans perdre le contrôle de la fréquence.

Dans le Territoire du Nord, qui dispose de son propre réseau électrique, environ 60 MW de parcs solaires ont été construits, mais ils n’ont jamais été mis en service car le système ne peut pas les accueillir.

Bien que la panne d’électricité de 2016 ait déclenché un certain nombre d’améliorations du réseau de l’Australie-Méridionale, la sécurité énergétique reste dangereusement faible sur la liste des priorités des gouvernements australiens.

Les mesures importantes visant à promouvoir la sécurité énergétique, telles que la construction du générateur de charge de pointe Kurri-Kurri en Nouvelle-Galles du Sud [centrale à turbine à gaz], se heurtent souvent à l’opposition des médias et des politiciens.

L’Australie s’est dangereusement rapprochée d’un autre arrêt en cascade à plusieurs reprises. Des incidents se sont produits sur des réseaux plus petits mais n’ont pas attiré l’attention nationale, comme la fermeture d’Alice Springs en 2019, au cours de laquelle le réseau d’Australie centrale a été fermé pendant plusieurs heures uniquement en raison d’une couverture nuageuse imprévue.

Un exemple récent de quasi-effondrement s’est produit à la fin du mois de novembre 2022. Lors d’une violente tempête, la principale ligne de transmission reliant l’Australie-Méridionale au reste de la côte est a été coupée près de Tailem Bend.

Le réseau électrique de l’Australie-Méridionale est devenu une île. Pour assurer la stabilité du système, plusieurs générateurs rotatifs devaient rester connectés au réseau. Cependant, la quantité d’énergie solaire que l’État peut générer pendant la journée peut dépasser la demande. L’opérateur du réseau a dû freiner la production d’énergie solaire supérieure à ce qu’il pouvait contrôler directement.

En réponse, l’opérateur du marché a commencé à appeler les fournisseurs d’énergie solaire derrière le compteur et à utiliser les médias sociaux pour exhorter les propriétaires de panneaux solaires dans les zones commerciales et résidentielles à fermer leurs installations. Grâce à ces appels, il a été possible de couper environ la moitié de l’énergie solaire de l’Australie-Méridionale, empêchant ainsi un autre arrêt.

Le système était extrêmement vulnérable, mais l’ensemble de l’événement a à peine fait les nouvelles du soir.

Malgré l’absence de réponse à cette nouvelle, les médias ont célébré bruyamment une étape plutôt dénuée de sens un mois plus tard, lorsque la production d’électricité renouvelable dans cet État a répondu à 100% de la demande pendant dix jours, ce qui n’aurait pas été possible sans exporter la majeure partie de la production d’électricité vers les États voisins.

Il semble que les décideurs politiques gardent les yeux fixés sur le mirage des énergies renouvelables – jusqu’à ce que les lumières s’éteignent réellement.

Il y a plusieurs raisons pour lesquelles les énergies renouvelables ne sont pas une panacée facile pour l’approvisionnement mondial en électricité :

das Problem der Wetterabhängigkeit,

das Problem der Energiespeicherung,

das Problem des Ersatzes und des Recyclings am Ende der Lebensdauer,

das Problem der Landfläche,

das Problem der Baumaterialien und der Knappheit.

Vous pouvez maintenant ajouter le problème de contrôle de fréquence à cette liste.