Réseaux électriques

Un réseau électrique bien développé et bien entretenu permet de garantir la sécurité d’approvisionnement en Suisse. Nos réseaux de transport et de distribution constituent une condition fondamentale pour que les ménages soient alimentés chaque jour en courant, en toute fiabilité.

Les réseaux électriques relient les producteurs, les consommateurs finaux et les dispositifs de stockage. Seuls des réseaux performants permettent de fournir en toute fiabilité aux consommateurs finaux l’énergie depuis les centrales. Les réseaux électriques constituent une plateforme sur laquelle la Stratégie énergétique 2050 est mise en œuvre. Ils permettent à la fois de transporter l’énergie excédentaire vers les dispositifs de stockage et de fournir toujours suffisamment d’énergie aux consommateurs finaux.

Ligne à haute tension
Swissgrid est propriétaire du réseau de transport suisse. Son réseau de plus de 6700 kilomètres transporte l’énergie électrique à une tension de 380 et 220 kilovolts. Outre l’ensemble des lignes, 141 postes de couplage appartiennent au réseau de transport.

Les premiers consommateurs d’électricité avaient leur propre production pour couvrir leurs besoins en courant électrique. Mais il est vite devenu évident qu’un approvisionnement commun en énergie présentait de grands avantages, et les villages, puis les villes et les cantons, et enfin les nations se sont alors reliés entre eux. Cela a permis un approvisionnement en énergie extrêmement fiable, efficace et économique, tel que nous le connaissons aujourd’hui. On peut tout à fait qualifier les réseaux actuels de «point culminant» d’une évolution centenaire. Actuellement, la tendance prend une autre direction, à savoir que les clients sont incités à constituer des regroupements en vue de la consommation propre: on met en avant la construction de lignes parallèles privées afin d’optimiser les coûts individuels.

7 niveaux de réseau. Pendant son voyage jusqu’au client final, l’électricité est progressivement transformée en tension moins élevée. Si la tension s’élève à 380 ou 220 kilovolts au niveau de réseau 1, elle atteint au final 230 volts à la prise de courant au domicile.

Fréquence et tension

Fréquence

Si la fréquence réseau est trop éloignée de la fréquence-cible, les appareils s’arrêtent ou subissent des dommages.

Au début de l’électrification, la forme d’énergie la plus adaptée a été débattue: tension continue ou tension alternative?

La tension est dite «continue» quand elle reste constante, comme entre les deux pôles d’une pile. De nos jours, de nombreux dispositifs, tels que les ordinateurs portables, les téléphones mobiles et les véhicules électriques, ont besoin de tension continue.

Grâce à la variation de tension via les transformateurs, la tension alternative a pour sa part permis de réduire considérablement les pertes lors du transport de l’énergie. L’entraînement des moteurs est lui aussi bien plus simple avec la tension alternative. Cette dernière s’est donc imposée, mais pas avec la même fréquence partout. La fréquence utilisée n’est pas décisive, mais elle doit être identique sur tout le réseau relié. On s’est donc entendu sur 50 Hz en Europe et sur 60 Hz en Amérique du Nord, tandis que les CFF exploitent le réseau électrique ferroviaire à 16,7 Hz.

La fréquence est réglée par Swissgrid et les autres gestionnaires européens de réseau de transport. Ils confient ce service-système aux centrales et facturent les coûts aux consommateurs finaux via l’utilisation du réseau.

Au niveau local, les gestionnaires de réseau de distribution doivent veiller à ce qu’aucune pollution de la fréquence ne survienne sur le réseau. Celle-ci est principalement due aux appareils des consommateurs finaux qui ne respectent pas les normes et prescriptions. Ce problème s’est aggravé ces dernières années, un nombre accru d’appareils de particuliers et de petites entreprises étant importés directement, sans vérification du respect des normes applicables. 

Tension

La tension doit être parfaitement respectée, car les appareils s’éteignent quand les tensions sont faibles, tandis que des défauts apparaissent en cas de tensions élevées.

Quand de l’énergie électrique est transportée via des lignes, la tension baisse un petit peu à chaque mètre parcouru. Sur de grandes distances, elle diminue donc de façon significative. Swissgrid surveille la tension sur le niveau de réseau 1 et charge les centrales de garantir le respect des valeurs-cibles de la tension du réseau. Si l’on produit par exemple beaucoup d’énergie dans les parcs éoliens du nord de l’Allemagne et que les centrales du centre et du sud du pays sont mises à l’arrêt, les centrales suisses devront soutenir la tension sur ordre de Swissgrid.

Les gestionnaires de réseau de distribution doivent eux aussi surveiller la tension et l’adapter (généralement de façon automatisée). Cela se fait le plus souvent lors de la transformation entre les niveaux de réseau, en ajustant le rapport de transmission des transformateurs. Cependant, les GRD peuvent également charger les centrales des niveaux de réseau actuels de réguler la tension. Dans des régions comptant beaucoup d’installations PV, il faut prendre toujours plus de mesures pour éviter les tensions trop élevées les jours de fort ensoleillement.

Interdépendance des consommateurs finaux et des producteurs
Interdépendance des consommateurs finaux et des producteurs
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Les sept niveaux de réseau

Transport d’énergie et pertes

Le transport d’énergie chauffe la ligne et provoque des pertes d’énergie. Celles-ci dépendent avant tout de l’intensité (ampères), c’est pourquoi la tension est accrue lors du transport. Étant donné que la quantité d’énergie transportée est égale à la tension multipliée par l’intensité, il est possible de réduire l’intensité et donc les pertes de cette façon.

En cas de tensions élevées, on peut même observer une décharge électrique dès qu’il y a une certaine distance avec la ligne, puisque dans le cas d’une tension dite «de rupture», un claquage (éclair) peut survenir. Le rayon d’un tel amorçage est d’env. 1 cm par kV, soit 3,8 m pour une ligne de 380 kV. Si une telle distance peut être respectée pour les lignes de transport qui acheminent du courant hydraulique du Valais au Plateau, elle est difficile à garantir dans un quartier résidentiel.

C’est pour cette raison que les réseaux ont été construits sur sept niveaux.

Le niveau de réseau 1, le plus haut, s’appelle le réseau de transport. Le transport depuis les grandes centrales vers les zones de concentration urbaine et le négoce avec les pays voisins s’effectuent à ce niveau. Hormis les CFF, aucun consommateur final n’est raccordé à ce niveau de réseau, mais de grandes centrales telles que la centrale nucléaire de Leibstadt et la centrale hydraulique de la Grande Dixence le sont.

Au niveau de réseau 3, l’énergie est transportée de façon suprarégionale, c’est-à-dire à travers un ou plusieurs cantons. Les nombreuses centrales hydrauliques, comme les centrales au fil de l’eau situées sur le Rhin, sont raccordées à ce niveau de réseau. Les grands consommateurs finaux comme les usines de papier et les aciéries prélèvent également leur énergie sur ce niveau de réseau.

Le niveau de réseau 5 sert à la distribution au sein d’une ville, d’un village ou d’une commune. Les plus grandes installations PV sont rattachées à ce niveau de réseau, de même que les petites centrales hydrauliques et les grandes PME comme des transformateurs d’acier, de grandes boulangeries ou encore des centres commerciaux.

Au niveau de réseau 7, l’énergie est distribuée dans un quartier d’une ville ou un petit village. Dans les régions rurales, le niveau de réseau 7 permet également d’approvisionner de vastes surfaces. Les installations PV typiques situées sur le toit de maisons individuelles, d’immeubles, de petites entreprises ou de magasins de quartier sont raccordées à ce niveau de réseau.

Aux niveaux de réseau pairs 2, 4 et 6, l’énergie est transformée d’un niveau de tension à un autre. Le processus s’effectue au niveau des transformateurs qui se trouvent dans des sous-stations aux niveaux de réseau 2 et 4 et dans des stations transformatrices au niveau de réseau 6.

Services-système et équilibre entre production et consommation

À quoi servent les services-système?

Divers services-système sont nécessaires pour exploiter le réseau électrique de façon sûre et stable. Le consommateur final ne perçoit pas ces services-système, qui sont pourtant d’une importance capitale pour maintenir la fréquence et la tension dans la fourchette requise et empêcher les blackouts.

Quels services-système existent?

Une centrale apte au redémarrage autonome peut redémarrer et produire de l’énergie sans aide extérieure après un blackout. Elle se remet en marche dès que le réseau est rétabli.

Les pertes de transport surviennent lors du transport de l’énergie et doivent être compensées par chaque gestionnaire de réseau.

Le réglage du réseau permet d’assurer que la quantité d’énergie produite est identique à celle consommée à chaque seconde. Il existe plusieurs types d’énergie de réglage, qui se distinguent surtout par leur vitesse de disponibilité. Avec le réglage primaire, les centrales mesurent la fréquence et réagissent en l’espace de quelques secondes en cas d’écarts de fréquence. Pour l’utilisation du réglage secondaire, Swissgrid mesure les flux d’énergie transfrontaliers et compense les écarts avec les pronostics par le biais de centrales sous contrat en l’espace de quelques minutes. Le réglage tertiaire est utilisé pour des écarts plus longs ou plus importants (panne de centrale, grosse erreur de pronostic, etc.) afin de décharger le réglage secondaire et de le libérer pour de nouvelles utilisations. Il prend le relais au plus tôt au bout de 15 minutes.

Pour tous ces réglages, on fait la distinction entre la puissance de réglage et l’énergie de réglage. La puissance de réglage désigne la capacité qu’une centrale garde en réserve et met à disposition en cas de recours. Si une centrale qui peut produire au minimum 50 MW (analogue au fonctionnement à vide d’un moteur automobile) et au maximum 450 MW a vendu +/- 150 MW de puissance de réglage secondaire, elle doit produire entre 200 MW et 300 MW d’énergie sur toute la période (p. ex. une semaine ou un mois) pour pouvoir monter ou descendre à 150 MW à tout moment. L’énergie effectivement utilisée par Swissgrid s’appelle l’énergie de réglage. La réserve de puissance de réglage et le recours à l’énergie de réglage sont rémunérés par Swissgrid et facturés aux consommateurs finaux via les tarifs d’utilisation du réseau de Swissgrid et des gestionnaires de réseau de distribution.

Il existe encore d’autres services-système tels que le maintien de la tension (maintien d’une tension de réseau constante dans des limites strictes).

Qui utilise les services-système?

La plupart des services-système sont utilisés sous la responsabilité du gestionnaire de réseau de transport (GRT) ou Transmission System Operator (TSO) en anglais. En Suisse, cette mission est confiée par la Loi sur l’approvisionnement en électricité à Swissgrid, en sa qualité de société nationale du réseau de transport. Celle-ci charge les centrales d’augmenter ou de réduire la production au besoin. De plus en plus de consommateurs finaux pilotables tels que des entrepôts frigorifiques, des pompes à chaleur et des générateurs de secours sont utilisés afin de proposer des services-système. Swissgrid acquiert les capacités nécessaires lors d’enchères: le fournisseur le moins cher qui remplit les critères définis remporte l’adjudication.

Coûts de réseau

Les coûts de réseau se composent de plusieurs éléments:

  • Coûts des niveaux de réseau en amont
  • Coûts de capitaux des niveaux de réseau pris en compte
  • Coûts d’exploitation des niveaux de réseau pris en compte (notamment entretien, administration, mesure et coûts de facturation)
  • Moins les coûts répercutés aux niveaux de réseau en aval
  • Moins les coûts directement facturés (p. ex. coûts facturés directement au propriétaire foncier pour le raccordement au réseau)
  • Les coûts facturés aux consommateurs finaux via l’utilisation du réseau ne doivent pas dépasser la somme des coûts imputables.

On prélève également les éléments suivants (présentation séparée):

  • Services-système du NR 1 (Swissgrid)
  • Redevances et prestations fournies à des collectivités publiques (redevances de concession)
  • RPC et taxes pour la protection des eaux

La majeure partie des coûts de réseau sont des coûts fixes; seule une petite partie dépend de la quantité réelle d’énergie prélevée. Les gestionnaires de réseau doivent construire le réseau de façon à ce que les consommateurs finaux puissent toujours prélever la puissance souhaitée. Ainsi, il convient d’ériger des transformateurs, des commutateurs et des lignes de grande taille ou en nombre important lorsqu’on a besoin de beaucoup de puissance – et de plus petits ou moins nombreux lorsque les exigences de puissance sont moindres. Le fait que l’énergie soit prélevée ou non par la suite joue un rôle secondaire pour les coûts. C’est pour cette raison que l’AES s’engage afin que les coûts de réseau puissent être facturés davantage via les tarifs basés sur la puissance. Avec de tels tarifs, les consommateurs finaux ayant un grand besoin de puissance (et engendrant ainsi des coûts élevés) paieraient des prix plus élevés que les consommateurs finaux qui se disent satisfaits d’une puissance moindre.

Bénéfice du gestionnaire de réseau

Dans l'ensemble, environ un tiers des coûts de réseau sont des coûts de capitaux (à savoir des amortissements) de l’infrastructure construite, notamment des lignes, des sous-stations et des stations transformatrices. Mais la proportion varie pour chaque gestionnaire de réseau en raison de la structure d'âge et d'autres effets de cette proportion. Le gestionnaire de réseau peut réaliser un bénéfice sur ces coûts de capitaux à hauteur du WACC prescrit par le Conseil fédéral (3,83% actuellement). Les gestionnaires de réseau de distribution peuvent ainsi pour l’instant réaliser un bénéfice d’env. 1,3% du chiffre d’affaires.

Aucun bénéfice n’est autorisé sur les coûts d’exploitation.

Si les recettes sont supérieures ou les dépenses inférieures au budget prévu, le bénéfice supplémentaire doit être remboursé au consommateur final via des tarifs réduits les années suivantes («différences de couverture»). L’ElCom contrôle le respect de ces prescriptions auprès de chaque gestionnaire de réseau.

La réglementation de la consommation propre

La réglementation de la consommation propre a été introduite afin d’encourager le développement des installations de productions d’énergie renouvelable malgré de longues listes d’attente et, plus tard, de supprimer la RPC. Les consommateurs finaux produisant eux-mêmes de l’énergie sont déchargés d’une partie des tarifs d’utilisation du réseau et peuvent ainsi amortir leur installation de production. Du point de vue du principe de causalité, cette réglementation n’est pas idéale, car les consommateurs propres et les regroupements dans le cadre de la consommation propre occasionnent eux aussi des coûts à travers leur raccordement. Les lignes et les transformateurs doivent être dimensionnés pour le plus gros soutirage de puissance possible. Étant donné que la plus grande puissance est généralement requise en hiver (chauffages), un soutirage d’énergie réduit en été ne permet pas de faire des économies de coûts sur les réseaux. À moyen terme, les tarifs d’utilisation du réseau et, ainsi, les coûts pour tous les consommateurs finaux sans installation de production propre augmenteront.

En lien avec les tarifs conformes au principe de causalité se basant sur la puissance crête commandée ou mesurée, les regroupements dans le cadre de la consommation propre pourraient réduire à la fois les coûts propres et les coûts des réseaux.