Faire passer le courant : Tout sur l'électricité en Ontario - Rapport

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Faire passer le courant : Tout sur l'électricité en Ontario - Rapport

2005 Faire passer le courant : Tout sur l’électricité en Ontario - Rapport annuel sur les progrès liés à l’économie d’énergie, 2018, volume un L ES R É PE R C U S S I O N S S U R L E R ÉS E AU D’ É L EC T R I C I T É QUESTION 6 Comment l’Ontario gère-t-il les variations de la production d’électricité éolienne et solaire? Toutes les formes de production d’électricité varient sur différentes échelles de temps. L’exploitant du réseau de l’Ontario possède des outils pour équilibrer les variations en temps réel et a su intégrer les énergies éolienne et solaire sans provoquer de problèmes d’exploitation jusqu’à maintenant, tout en profitant de la majeure partie de l’électricité renouvelable produite.

De nouveaux outils aideront à intégrer davantage de production renouvelable.

La production d’électricité éolienne et solaire peut grandement varier sur de très petites échelles de temps, de jour en jour et d’heure en heure, ce qui crée de nouveaux défis liés au rôle de l’exploitant du réseau lorsqu’il est question d’équilibrer l’offre et la demande. La Société indépendante d’exploitation du réseau d’électricité (SIERE) a été en mesure d’utiliser la majorité de la production d’électricité renouvelable et d’équilibrer le réseau en améliorant ses prédictions sur la production d’électricité renouvelable, sa façon de voir en temps réel la production d’électricité et sa capacité à réduire la production d’électricité renouvelable.

À mesure que la production d’électricité renouvelable augmentera, l’Ontario aura besoin de meilleurs outils pour l’équilibrer en temps réel, lesquels devront s’ajouter à la réduction de la production et à l’alimentation de secours au gaz afin de constituer une grande gamme d’options visant à accroître la flexibilité du réseau. Les meilleures pratiques à l’échelle internationale peuvent servir d’exemple. De nombreux territoires utilisent bien plus d’énergie éolienne et solaire que l’Ontario; toutefois, la grande part d’électricité de l’Ontario composée de l’énergie nucléaire invariable et de la production hydroélectrique de base rend l’intégration des énergies renouvelables variables plus complexe.

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Comment l’Ontario gère-t-il les variations de la production d’électricité éolienne et solaire? Q6 Commissaire à l’environment de l’Ontario Rapport annuel sur les progrès liés à l’économie d’énergie, 2018, volume un 83 Table des matières LES FAITS EN DÉTAIL . 84 Toutes les ressources sont variables . 84 Variation de l’énergie éolienne et solaire . 84 Comment l’Ontario se compare-t-il . 87 Gestion de la variation . 87 Répartition géographique . 88 Stockage . 89 Intégrer les énergies renouvelables dans les activités en temps réel . 89 Gestion du réseau d’électricité durant une éclipse solaire .

91 Ajout d’outils pour la flexibilité . 92 Meilleures pratiques à l’échelle internationale . 93 Notes de fin de chapitre . 94

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Q6 Faire passer le courant : Tout sur l’électricité en Ontario La SIERE a comme principale responsabilité d’équilibrer l’offre et la demande en temps réel. Aucune source d’énergie n’est disponible en tout temps. 84 Les faits en détail… Toutes les ressources sont variables La Société indépendante d’exploitation du réseau d’électricité (SIERE) a comme principale responsabilité d’équilibrer l’offre et la demande en temps réel afin d’éviter l’instabilité du réseau et de prévenir les fluctuations de fréquence. Il s’agit d’un exploit significatif dont elle s’acquitte de manière fiable.

Toutes les sources d’électricité varient sur différentes échelles de temps.

En raison de la disponibilité des réserves d’eau, la production hydroélectrique s’accroît au printemps et à l’automne, lorsque la demande est faible, puis diminue en été lorsque la demande connaît habituellement une hausse, et peut s’amenuiser encore plus durant une sécheresse. Des producteurs de tout type sont mis hors service à un moment ou à un autre pour des travaux d’entretien ou pour une remise à neuf, parfois pour une courte période et d’autres fois pour des mois, voire des années. Les réseaux de transport qui acheminent l’énergie aux centres de répartition requièrent également un entretien, et leurs interruptions peuvent forcer les producteurs à se mettre hors service.

Les causes sont différentes, mais le résultat est le même. Aucune source d’énergie n’est disponible en tout temps. Lorsqu’une source n’est pas disponible, le reste du réseau doit prendre la relève. En Ontario, la SIERE doit autoriser toutes les interruptions des installations de production et de transport afin d’en atténuer les répercussions. Sur de plus courtes périodes de temps, de nombreux facteurs forcent l’exploitant du réseau à procéder à des ajustements afin d’équilibrer l’offre et la demande en temps réel. La demande des consommateurs varie de façon prévisible autant qu’imprévisible, puis les conditions météorologiques, les problèmes mécaniques et les accidents peuvent en tout temps causer une interruption pour n’importe quel type d’électricité ou de ligne de transport.

La production éolienne et solaire ajoute au défi puisqu’elle peut rapidement varier sur de courtes périodes de temps.

La SIERE fait continuellement des prévisions presque en temps réel afin d’estimer la demande attendue et la production disponible. Ces prévisions s’appuient sur des données historiques et tiennent compte des régimes climatiques et d’autres facteurs qui influencent la demande (p. ex., les jours de fin de semaine par rapport aux jours de semaine, les interruptions prévues aux installations de production et tout autre facteur pertinent)1 . Ces prévisions ne sont jamais parfaites et des imprévus peuvent survenir (p. ex., un problème mécanique peut causer une panne dans une installation de production).

En cas de pépin, les opérateurs de la salle de commande de la SIERE disposent d’outils supplémentaires pour équilibrer le réseau en temps réel; ils peuvent notamment envoyer des directives aux installations de production toutes les cinq minutes afin qu’elles ajustent leur production, qu’elles puisent dans la « réserve d’exploitation » (systèmes d’alimentation d’urgence) ou qu’elles réduisent la demande pouvant être effectuée à court préavis2 . Il s’agit d’éléments standards qui assurent le bon fonctionnement et la fiabilité du réseau d’électricité. Ainsi, l’intégration des sources d’électricité variables comme l’énergie éolienne et solaire n’est pas un nouveau problème, mais il s’agit tout de même d’un élément de plus que la SIERE doit gérer.

Variation de l’énergie éolienne et solaire La production d’énergie éolienne et solaire varie considérablement, d’heure en heure et de jour en jour. Une certaine part des variations sont prévisibles, mais pas la totalité. La production éolienne dépend de la vitesse du vent, tandis que la production solaire dépend de l’angle du soleil et de la couverture nuageuse. Entre ces deux types d’énergie, c’est l’énergie solaire qui est plus prévisible

La production d’énergie éolienne et solaire varie considérablement, d’heure en heure et de jour en jour. 85 Comment l’Ontario gère-t-il les variations de la production d’électricité éolienne et solaire? Q6 Commissaire à l’environment de l’Ontario Rapport annuel sur les progrès liés à l’économie d’énergie, 2018, volume un d’une heure à l’autre. Selon une moyenne sur un grand nombre de jours, la production d’énergie solaire affiche un régime prévisible qui est lié à la hauteur du soleil dans le ciel, comme le présente la figure 6.1. L’énergie solaire correspond bien à la demande de l’Ontario puisqu’elle se situe généralement à son sommet près des demandes de pointe estivales.

Figure 6.1. Moyenne de la variation de l’énergie solaire produite quotidiennement pour juillet et août 2017 Remarque : Il s’agit d’un aperçu de tous les parcs solaires raccordés au réseau, soit Grand, Kingston, Northland, Southgate et aéroport de Windsor. Source : Société indépendante d’exploitation du réseau d’électricité, « Data Directory: Generator Output and Capability », en ligne, [www.ieso.ca/en/power- data/data-directory] (consulté le 9 mars 2018).

Cependant, sur une base journalière, la production d’énergie solaire varie en fonction de la couverture nuageuse. La figure 6.2 montre la production de la centrale solaire de l’Université de Princeton : Figure 6.2.

Variation de la production solaire en fonction des conditions météorologiques locales à la centrale solaire de l’Université de Princeton, du 11 au 16 avril 2013 Source : Andlinger Center for Energy and the Environment, Article 5: Storage for grid reliability under variability and uncertainty, en ligne, [acee.princeton. edu/wp-content/uploads/2014/06/Andlinger-Energy-Tech-Distillate-Storage- Article-5.pdf] (consulté de 9 mars 2018).

0 % 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Énergie solaire moyenne en % de la puissance offerte en juillet et en août Heures du jour

Comment l’Ontario gère-t-il les variations de la production d’électricité éolienne et solaire? Q6 Faire passer le courant : Tout sur l’électricité en Ontario 86 La production éolienne est encore plus variable. La figure 6.3 montre la variation de la production d’électricité quotidienne des éoliennes raccordées au réseau de transport de l’Ontario en 2016. Certaines courbes sont prévisibles.

En moyenne, le vent produit davantage d’électricité durant les mois d’hiver, lorsque la demande augmente. Cependant, il se produit des variations quotidiennes considérables : alors que la production éolienne quotidienne maximale atteinte a été de 80 094 MWh le 20 décembre 2016, la production d’électricité durant plus de la moitié des jours de l’année était inférieure à 30 % de cette quantité (figure 6.4).

Figure 6.3. Variation de la production quotidienne d’électricité éolienne en Ontario en 2016 Source : Société indépendante d’exploitation du réseau d’électricité, « Data Directory: Generator Output and Capability », en ligne, [www.ieso.ca/en/power-data/data-directory] (consulté le 9 mars 2018). Figure 6.4. Production quotidienne d’électricité éolienne en Ontario en 2016, en pourcentage de la production quotidienne maximale Remarque : La production quotidienne maximale a été atteinte le 20 décembre 2015 et s’est établie à 84 094 MWh. Source : Société indépendante d’exploitation du réseau d’électricité, « Data Directory: Generator Output and Capability », en ligne, [www.ieso.ca/en/power-data/data-directory] (consulté le 9 mars 2018).

- 10 000 20 000 30 000 40 000 50 000 60 000 70 000 80 000 90 000 31 janv. 2016 21 mars 2016 10 mai 2016 29 juin 2016 18 août 2016 7 oct. 2016 26 nov. 2016 Production quotidienne d’électricité (MWh) Date Production quotidienne maximale d’énergie éolienne : 84 094 MWh 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0-10 % 11-20 % 21-30 % 31-40 % 41-50 % 51-60 % 61-70 % 71-80 % 81-90 % 91-100 % Nombre de jours dans l’année Production quotidienne d’énergie éolienne en pourcentage de la production quotidienne maximale

La grande part d’énergie nucléaire invariable et de production hydroélectrique de base de l’Ontario peut rendre l’intégration des énergies renouvelables plus complexe.

Comment l’Ontario gère-t-il les variations de la production d’électricité éolienne et solaire? Q6 Commissaire à l’environment de l’Ontario Rapport annuel sur les progrès liés à l’économie d’énergie, 2018, volume un 87 Comment l’Ontario se compare-t-il?

Comme les autres régions, l’Ontario apprend à intégrer des quantités croissantes d’électricité renouvelable et variable dans son réseau. Le tableau 6.1 montre certaines régions dont le réseau comprend une plus grande part d’électricité éolienne et solaire que l’Ontario. Toutefois, la grande part d’énergie nucléaire invariable et de production hydroélectrique de base de l’Ontario peut rendre l’intégration des énergies renouvelables plus complexe. Certains pays ayant des niveaux élevés d’énergie renouvelable font davantage appel à la production issue de combustibles fossiles que l’Ontario parce qu’il est plus facile d’accroître ou de diminuer cette production.

Le Danemark par exemple, chef de file en matière d’intégration de l’énergie renouvelable, équilibre sa grande part de production d’énergie éolienne au moyen d’interconnexions avec d’autres pays et de sources d’alimentation complémentaire aux combustibles fossiles3 .

Tableau 6.1. Part de la production annuelle d’électricité en 2016 pour certains pays par comparaison à l’Ontario Solaire (%) Éolienne (%) Solaire + éolienne (%) Danemark 2 42 44 Irlande 0 20 20 Espagne 3 20 23 Allemagne 6 12 18 Royaume-Uni 3 11 14 Italie 8 6 14 Ontario* 2 7 9 Australie 3 5 8 États-Unis 1 5 6 Chine 1 4 5 Inde 1 3 4 Brésil 0 6 6 Japon 4 1 5 Remarque : Comprend la production décentralisée. Sources : Agence internationale de l’énergie, « System integration becomes increasingly important », en ligne, [www.iea.org/publications/renewables2017/] (consulté le 9 mars 2018). Société indépendante d’exploitation du réseau d’électricité, renseignements remis à la CEO en réponse à sa demande, le 17 novembre 2017.

Dans de nombreux pays, la part d’électricité renouvelable était même plus élevée en 2017 que ce qui est indiqué dans le tableau 6.1, comme en Allemagne, où la production (incluant celle issue de la biomasse, de l’hydroélectricité et des énergies solaire et éolienne) a augmenté, passant de 29 % en 2016 à 33 % en 20174 . La production éolienne de l’Irlande du Nord correspond désormais à une part aussi grande que 22 % de la production totale5 .

L’électricité renouvelable se développe rapidement partout dans le monde et sa croissance correspond à des engagements de bon nombre d’entreprises et de gouvernements à passer à un profil d’approvisionnement en électricité 100 % renouvelable.

On compte notamment : • Le gouvernement du Canada, pour ses propres activités, d’ici 20257 , • Au moins 190 villes des États-Unis8 , • Plus de 100 entreprises internationales avec une demande en électricité totale de plus de 159 TWh/ année9 .

Autrement dit, beaucoup d’organismes et de gouvernements se sont engagés à consommer des niveaux d’électricité renouvelable bien plus élevés que ceux qui sont actuellement disponibles sur le réseau. Gestion de la variation De nombreux moyens peuvent être employés pour réduire la variabilité de l’électricité renouvelable fournie au réseau et pour permettre à celui-ci de mieux composer avec les écarts.

De nombreux moyens peuvent être employés pour réduire la variabilité de l’électricité renouvelable fournie au réseau et pour permettre à celui-ci de mieux composer avec les écarts.

Comment l’Ontario gère-t-il les variations de la production d’électricité éolienne et solaire? Q6 Faire passer le courant : Tout sur l’électricité en Ontario 88 Répartition géographique L’une des options consiste à répartir les installations de production d’électricité éolienne et solaire partout en Ontario10 . Le vent peut souffler ou le soleil briller dans une partie de la province, même si une autre partie est moins venteuse ou moins ensoleillée. Puisque les productions solaire et éolienne nécessitent des conditions météorologiques différentes, chacune pourrait aider à compenser l’autre.

L’utilisation d’une combinaison de ressources éoliennes et solaires réparties dans une multitude d’emplacements diminue la variabilité, et plus il y a d’emplacements, plus la variabilité diminue11 .

La répartition géographique fonctionne à son meilleur lorsqu’elle est appliquée à grande échelle. L’Ontario est en meilleure position pour tirer profit de cette dispersion géographique que les pays de moins grande taille, du moment qu’il y a une capacité de transport suffisante. L’Irlande connaît par exemple des périodes où il n’y a aucune production d’électricité éolienne, même si 20 % de son électricité provient des parcs éoliens répartis dans l’ensemble du pays. Cependant, l’Irlande ne fait que 275 km en largeur (d’est en ouest), tandis que l’Ontario fait plus de 1 560 km en largeur (d’est en ouest) et est en contact terrestre avec tous ses voisins.

La figure 6.5 indique que la plupart des parcs éoliens en fonction et reliés au réseau sont situés dans le Sud-Ouest de l’Ontario, en bordure des Grands Lacs où les vents offrent de bonnes conditions. La construction d’autres parcs éoliens dans différentes parties de la province pourrait même équilibrer la variabilité de l’électricité éolienne fournie au réseau, mais en contrepartie la production d’électricité serait moindre à certains endroits et les coûts de transport seraient plus élevés pour intégrer les nouvelles ressources au réseau. Figure 6.5. Emplacement des parcs éoliens raccordés au réseau en Ontario en 2018 Source : Société indépendante d’exploitation du réseau d’électricité, « Wind Power in Ontario », en ligne, [www.ieso.ca/localContent/map/default.htm], (consulté le 9 mars 2018).

Comment l’Ontario gère-t-il les variations de la production d’électricité éolienne et solaire? Q6 Commissaire à l’environment de l’Ontario Rapport annuel sur les progrès liés à l’économie d’énergie, 2018, volume un 89 Le partage de l’électricité au-delà des frontières est un outil qui aiderait évidemment à améliorer la répartition géographique. La capacité du Danemark à utiliser sa grande production d’électricité éolienne (voir le tableau 6.1) est facilitée par sa capacité à échanger de l’électricité avec la Norvège, l’Allemagne et la Suède.

L’Union européenne explore actuellement le concept d’un super réseau à l’échelle du continent12 afin de solidifier le système intégré existant.

Des plans de développement du réseau sur dix ans, qui sont en cours d’élaboration, proposent que la production du réseau soit composée jusqu’à 60 % d’électricité renouvelable13 . Selon ce scénario de super réseau, le courant électrique serait distribué dans des câbles à ultra haute tension pour courant continu, et non pour courant alternatif comme l’Ontario utilise actuellement, ce qui permettrait à de grands volumes d’électricité de circuler avec peu de pertes afin qu’un pays puisse accéder à l’énergie éolienne ou solaire d’un autre pays. L’Ontario pourrait de la même manière procéder à une intégration accrue auprès de ses voisins : le Québec, le Manitoba, New York et le Michigan.

L’Ontario a déjà conclu un accord d’échange d’électricité avec le Québec qui permet à la SIERE d’envoyer de l’électricité au Québec durant les périodes creuses, puis d’importer de l’énergie du Québec ultérieurement lorsqu’elle en a besoin pour remplacer la production alimentée au gaz14 .

L’Ontario s’est doté d’importants raccordements avec d’autres marchés externes aux États-Unis, comme le Midcontinent Independent System Operator et le New York Independent System Operator. Dans le cadre du projet de renouvellement du marché de la SIERE, des améliorations sont envisagées afin d’optimiser la planification de l’import- export d’énergie dans le marché de l’énergie en temps réel entre ces territoires15 , ce qui permettrait de transporter l’électricité au-delà des frontières plus efficacement. Stockage La production d’électricité éolienne et solaire peut être jumelée au stockage et aux sources renouvelables flexibles qui peuvent fournir de l’électricité lorsque les sources éoliennes et solaires ne peuvent pas, par exemple la bioénergie et l’hydroélectricité (avec barrage et réservoir important).

L’ajout de batteries dans les parcs éoliens pourrait permettre le stockage de l’électricité à court terme, ce qui aiderait à favoriser une distribution uniforme d’électricité dans le réseau. L’Espagne a construit une centrale expérimentale hybride de stockage d’électricité éolienne et solaire munie de deux batteries; une pour répondre rapidement à la demande capable de fournir 1 MW d’électricité pendant 20 minutes et une autre à la réponse moins rapide capable de fournir 0,7 MW pendant 1 heure16 .

La technologie la plus fréquente et la plus rentable à l’échelle mondiale pour stocker l’énergie sur de longues périodes est le stockage par pompage avec réservoirs d’eau; l’Ontario pourrait utiliser davantage cette solution.

La plupart des autres solutions de stockage d’électricité sur de longues périodes ne sont pas rentables par rapport à l’envergure de la pénétration nécessaire. Cependant, les coûts des batteries baissent considérablement. L’Italie stocke environ 56 MW d’énergie dans des batteries afin d’accroître sa réserve d’électricité renouvelable17 . L’Australie-Méridionale a récemment construit un projet de stockage par batteries de 100 MW avec un ensemble géant de batteries au lithium-ion de Tesla afin de stocker l’électricité près d’un parc éolien; ce projet peut alimenter environ 30 000 résidences en électricité15 .

La Corée du Sud est en train de construire une batterie encore plus imposante (environ 50 % plus grosse). L’Irlande mène également des recherches sur le stockage d’électricité19 . Pour obtenir de plus amples détails sur le stockage de l’électricité, voir la partie Q16. Intégrer les énergies renouvelables dans les activités en temps réel À mesure que la part de l’électricité renouvelable s’accroît, la SIERE doit faire davantage d’efforts pour gérer la variabilité à court terme. La SIERE a su consolider avec succès la production variable d’énergie intégrée grâce à une planification active. Aux termes du programme Renewable Integration initiative (SE-91), la SIERE a élaboré des principes de conception visant à soutenir l’augmentation prévue de la production variable; ce qui a donné lieu à des changements clés en matière de visibilité, de prévisions et d’exigences de répartition pour les producteurs d’électricité renouvelable.

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