Vers un smart grid en Chine

PROGRAMME ENERGIE / ENVIRONNEMENT 2010
note
Vers un smart grid
en Chine ?
Rapport Annuel 2010
Marie-Hélène Schwoob, Asia Centre.
Novembre 2010
Depuis le début des années 2000, la consommation
énergétique chinoise connaît un taux de croissance
sans précédent. Et la demande en énergie du pays est
appelée à augmenter de 75 % entre 2008 et 20351. Par
ailleurs, l’accentuation des pressions exercées par la
dégradation de l’environnement sur l’économie chinoise
a conduit le gouvernement à placer la réduction des
émissions de carbone au cœur de ses préoccupations.
Dans un tel contexte, la Chine a récemment fait part de
sa volonté de mettre en place un « strong and smart
grid » à l’horizon 2020, afin de sécuriser et de stabiliser
l’approvisionnement énergétique des espaces urbains,
et afin de répondre à ses objectifs de diminution de
40 % à 45 % de l’intensité carbone de son économie.
Plan
I. Ambitions chinoises
a. Volontés chinoises et projections de marché
b. Vers un strong grid plutôt qu’un smart grid ?
c. Objectifs récents : le 12e plan quinquennal
II. Le milieu entrepreneurial, relais de l’évolution du réseau
chinois ?
a. Le plan SGCC
b. Initiatives : recherche et projets pilotes
c. Inquiétudes
III. Contraintes et obstacles
a. Obstacles structurels
b. Obstacles techniques
c. Obstacles institutionnels
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1 IEA, World Energy Outlook 2010.
I. Ambitions chinoises
smart grid pourrait atteindre l’équivalent de 20 milliards de
dollars par an en 2015.
a. Volontés chinoises et projections de marché
Les ambitions chinoises en matière de smart grid ne
sont plus à remettre en question. Les investissements
du gouvernement (prêts, subventions et réductions
fiscales) ont atteint 7,3 milliards de dollars en 2010,
dépassant les 7,1 milliards de dollars dépensés par le
gouvernement américain, et plaçant ainsi la Chine en tête
des investissements réalisés par le gouvernement dans le
domaine du smart grid.
La Chine s’apprête aujourd’hui à se positionner parmi
les pionniers de la mise en place d’un réseau smart grid
à grande échelle. L’investissement prévu pour les dix
prochaines années s’élève à 99,6 milliards de dollars pour
le smart grid et à 586 milliards de dollars pour le reste du
réseau électrique2, ce qui crée des opportunités majeures
pour les entreprises ITC et technologies smart grid, ainsi
que pour les investisseurs dans le domaine des énergies
sobres en carbone. D’autres estimations3 indiquent que la
Chine, afin d’atteindre ses objectifs de modernisation du
réseau électrique, devra dépenser 10 milliards de dollars
par an d’ici à 2020.
Ainsi, le marché chinois est récemment devenu le plus
important et le plus prometteur pour le secteur du transport
et de la distribution d’énergie. En 2008, les dépenses
d’investissement réalisées par State Grid Corp et China
Southern Grid (respectivement 80 % et 20 % du réseau
chinois) atteignaient 43 milliards de dollars, avec des taux
de croissance annuels prévus entre 15 % et 20 % pour les
dix prochaines années. D’après Mc Kinsey, le marché du
2 Rapport IHS, octobre 2010.
3 Rapport Bloomberg, mai 2009.
La Chine offre aujourd’hui une situation unique. Bien que se
trouvant à l’aube de la mise en place d’un réseau électrique
moderne, elle dispose d’ores et déjà d’un réservoir mondial
de technologies de pointe en matière de strong and smart
grid. Elle bénéficie ainsi d’une occasion unique de mettre
en place un réseau moderne et technologique avancé.
b. Vers un strong grid plutôt qu’un smart grid ?
Il est important de bien comprendre les notions sousjacentes au terme chinois correspondant au « smart grid ».
Selon la vision occidentale, une attention particulière est
prêtée aux mécanismes permettant la mise en place
d’un réseau énergétique efficient tandis que, selon la
conception chinoise, l’accent est mis sur le côté efficace
du réseau d’approvisionnement en énergie.
Marquée par les très sérieuses pénuries énergétiques des
années 2005 et 2008, la Chine s’est fixée comme objectif
de créer rapidement un réseau électrique fiable et sécurisé.
La plus grande part du plan de « strong and smart grid »
mis en place par la Chine concerne ainsi la construction
d’un réseau de plusieurs milliers de kilomètres de lignes à
ultra haute tension (ultra high voltage, ou UHV) – la State
Grid Corporation of China (SGCC) projetant d’installer
18 000 kilomètres de lignes de transmission megavolt d’ici
2012.
Malgré l’importance des volumes d’investissement
mentionnés, il est ainsi à noter que la plupart d’entre
eux concernent la mise en place d’un système de
2
transmission. Le premier souci du gouvernement chinois
reste ainsi l’approvisionnement en électricité des espaces
urbains de l’est du territoire, par la mise en place d’un
réseau électrique de très haute tension, épine dorsale du
réseau chinois moderne.
II. Le milieu entrepreneurial, relais de l’évolution du
réseau chinois ?
a. Le plan SGCC
Alors qu’en Europe et aux États-Unis, la mise en place
d’un smart grid est portée par les pressions règlementaires
exercées sur les entreprises impliquées dans la
modernisation du réseau, en Chine, les investissements
massifs – permettant d’impliquer les gouvernements
locaux dans la voie de la modernisation du réseau –, la
mise en place d’indicateurs d’évaluation par le leadership
centralisé, et le rapprochement avec les industriels
clés permettent de porter l’évolution vers un smart grid
chinois. Depuis quelques années, les industriels clés – et
en particulier la SGCC – exercent un rôle de plus en plus
important dans le processus d’évolution.
Source : SGCC
c. Objectifs récents : le 12e plan quinquennal
Dans le 12e plan quinquennal (2011-2016), le smart grid
reste un sujet tout à fait important. Il participe en effet de
la politique générale de diminution de la part de charbon
dans le mix énergétique, dont l’objectif est de passer d’une
part de 70 % à une part de 64 %.
L’augmentation de la part des énergies renouvelables
et les questions d’intégration des énergies éoliennes et
solaires au réseau deviennent dès lors un enjeu majeur.
Les voies d’évolution et d’intégration de cet enjeu dictées
dans le 12e plan quinquennal se concentrent sur deux
types d’instruments politiques :
• les politiques de soutien aux sous-secteurs de
l’intégration des énergies renouvelables au réseau
et de la régulation des pics de consommation
(stockage de l’énergie…) ;
• les standards et régulations, sur lesquels des
chantiers importants vont être lancés au premier
trimestre 2011.
Entreprise d’État fondée en décembre 2002, la SGCC
s’est rapidement imposée en tant que leader incontesté
dans le domaine T&D énergie en Chine. Le réseau
d’approvisionnement énergétique de l’entreprise s’étend
aujourd’hui au travers de 26 provinces, régions autonomes
et municipalités – soit plus de 80 % du territoire.
Dans la logique des politiques en faveur de la réduction de
l’intensité carbone, la SGCC a lancé en avril 2009 un plan
pour la mise en place d’un « strong and smart grid » (坚强
智能电网, jianqiang zhineng dianwang).
Le Livre blanc relatif au plan de strong and smart grid publié
par la SGCC le 19 avril 2009 met l’accent sur l’effort à
fournir par les entreprises dans le cadre de la construction
d’une structure de production et de transmission de
l’énergie moins émettrice de GES.
2009-2010
Planning and pilot phase
2011-2015
Full-scale construction
2016-2020
Completion and improving
phase
Planning of Strong & Smart
Grid, technical and management
specification fomulation, key
technology R&D and equipment
development, and pilot programs.
Speed up construction of UHV
grid and urban/rural distribution
network; establish preliminary
Smart Grid operation, control and
interactive service system. Achieve
major technical breakthroughs
and extensive application of key
technology and equipment.
Preliminarily complete the
construction of Strong & Smart
Grid; significantly enhance
resource allocation ability, security
level and operation efficiency of
the grid, as well as interaction
among grid, power sources and
consumers.
70 %
25 %
5 %
3
Afin d’atteindre l’objectif de réduction de 40 % à 45 % de
l’intensité carbone de l’économie, la SGCC propose :
State Grid’s installed capacity and structure
(million kW)
Pumped storage
energy
53
• l’installation, d’ici à 2020, d’une structure de
production d’une capacité totale de 1,44 milliard
de kW, composée à 28,4 % d’énergies non
carbone :
Hydropower
240
Nuclear electric
power
53
Wind power
98
Solar power
18
Coal
1165
Source : SGCC
• l’amélioration de la structure d’approvisionnement :
- amélioration de la capacité d’intégration des énergies
propres dans le réseau : installation et intégration des
énergies propres dans le réseau :
2005
89 millions de kW
Objectif 2020
Réduction émissions CO2
411 millions de kW
1 018 millions de tonnes
- amélioration de l’efficacité du système électrique :
Réduction des pertes énergétiques des lignes électriques :
2005
6,59 %
Objectif 2020
Réduction cons. charbon
Réduction émissions CO2
5,7 %
14 millions de tonnes
39 millions de tonnes
Diminution de la consommation de charbon des centrales
de production à 38g/kWh :
Réduction cons. charbon
Réduction émissions CO2
189 millions de tonnes
524 millions de tonnes
- mise en place d’un strong and smart grid afin d’inciter
les acteurs industriels et les consommateurs à adopter un
comportement économique :
Augmentation de la part de consommation d’énergie
électrique dans la consommation totale d’énergie :
2005
18 %
Objectif 2020
Réduction émissions CO2
- développement des véhicules électriques
d’encourager la substitution énergétique :
Objectif 2020
TOTAL
Réduction des émissions de
CO2
26 %
À calculer
afin
+ 30 millions de véhicules électriques
Réduction cons. charbon
35,5 millions de tonnes
Réduction émissions CO2
69 millions de tonnes
1 649,70 millions de tonnes
4
b. Initiatives : recherche et projets pilotes
Dans le cadre du plan strong and smart grid, la SGCC
a d’ores et déjà pris de nombreuses initiatives, dont de
nombreux projets pilotes.
Comprehensive
Generation
Transmission
Transformation
Distribution
Consumption
Dispatching
Shanghai expo :
Smart grid
demonstration
project
Wind/PV/
storage/
transmision
Joint
demonstration
project
Transmission
line status
monitoring
center pilot
project
Smart substation
pilot project
Distribution
automation pilot
project
Power
consumption
data collection
system pilot
project
Dispatching
technology
support
system of
Smart Grid
pilot project
Coordination
of grid and
conventional
power plant
pilot project
Comprehensive
Generation
Transmission
Distribution
Consumption
Dispatching
Sino-Singapore
Tianjin ecocity Smart Grid
demonstration
project
Large scale
wind power
forecast and
operation &
control
Helicopter/UAV
smart patrol for
transmission lines
Integration of
distributed PV
generation and
microgrid’s
operation & control
Provincial
centralized
95598 power
service center
Information platform
and security
Coordination
of grid and
conventional
power plant
pilot project
Flexible DC
Transmission
Smart
community/
building
PFTTH
Cross-link projects
Centralized monitoring for grid operation
Status monitoring system for transmission and
transformation equipments
Par ailleurs, la SGCC prend également part à l’élaboration
des standards. Le programme de la State Grid Corp.
a adopté ou intégré dans des documents techniques
diffusés 150 standards choisis parmi les bonnes pratiques
des entreprises (« Technical Specifications of Wind Power
Plant Integration », « Technical Guide of Distribution
Automation », « Technical Guide of Smart Substation”,
“Function Specifications of Smart Meter », « Technical
Standards of Power Consumption Acquisition System »,
etc.
L’étude et l’adoption d’autres standards est en cours, et
la mise en place de 41 standards « techniques critiques »
devrait avoir lieu à la fin de l’année 2010, dans le cadre de
la conduite des projets pilotes menés par la SGCC.
Optimization of sale-distributiondispatching management mode for rural
power grid
Enfin, la State Grid Corp. désire conduire une importante
activité de recherche, au sein de trois centres principaux
en cours de construction (National Energy Solar Power
Generation Research and Development Center, Nanjing ;
National Energy Large-Scale Wind Power Grid-Connection
System Research and Development Center, Pékin ; Smart
Power Consumption Technology Research and Test
Center, Nanjing).
Une dizaine de sujets de recherches ont été étudiés depuis
2009, et 58 autres sujets ont été identifiés comme étant
des sujets clefs du domaine smart grid.
5
Generation
Key technology
research on
integration of
wind and solar
power
Transmission
Key technology
research on
UHVAC/DC and
the development of
related equipments
Transformation
Key technology
research on smart
substation and
development of
related equipments
Superconducting
energy storage
system and key
technology research
Information and
communication
support
Management
mode research
Distribution
Research
on microgrid
technology
framework,
integration
technology and
distributed energy
storage devices
Consumption
Research on
the bidirectional
interactive
marketing & sales
technology and
construction
demonstration
projects
Dispatching
Research on the
supporting system for
dispatching technology
on smart grid
Research on the
advanced testing
& measurement
technology
Research on the communication & information technology in smart grid
Research on the management mode in smart grid
c. Inquiétudes
Des inquiétudes commencent à poindre quant à
l’importance du rôle pris par la SGCC. Celle-ci détient
aujourd’hui un monopole quelque peu voyant dans le
réseau électrique chinois, et l’éventualité d’une séparation
des secteurs transmission et distribution est à prendre en
compte quant on évoque l’avenir de la SGCC.
UHV has been severely criticized by many electric power experts and regulators. “Using million-volt AC
unified grid completely destroys the principle of divided regional grids that have proven to be reliable in 20
years’ experience. This will increase the risk of having a nation-wide outage” – Meng Dingzhong, senior
engineer at Ministry of Electric Power, member of CIGRE and IEEE.
However, this unsatisfactory operation has not prevented SGCC from investing heavily in the construction of
UHVs. E.g. Huainan-Shanghai and Ximeng-Shanghai pilot projects received investments of 22.92 and 78.14
billions yuan respectively.
“These two enormous projects can only transmit less than half of the amount of electricity that SGCC
announced they could. They are not only wasteful but also pose many security problems.” – Meng
Dingzhong, senior engineer at Ministry of Electric Power, member of CIGRE and IEEE.
Source : Business Week, State Grid Empire, 2010-03-03 / 国
网帝国,商务周刊,2010年03月03日
III. Contraintes et obstacles
a. Obstacles structurels
Bien que le smart grid, en Chine, semble évoluer au
même rythme que les réseaux américains ou européens,
des contraintes structurelles tendront à faire obstacle à la
progression de la modernisation du réseau chinois. Ces
contraintes sont :
• le manque de diversification du mix énergétique et
la dépendance chronique au charbon ;
• état d’une croissance de la population urbaine
chinoise de 640 millions de résidents en 2010 à
840 millions en 2020) ;
• l’étendue du réseau et les écarts entre l’ouest
producteur et l’est urbain consommateur,
nécessitant la mise en place de lignes de
transmission à très grande distance provoquant
des pertes d’énergie importantes.
• le rythme de la croissance de la demande
énergétique et électrique (les projections faisant
6
b. Obstacles techniques
L’insuffisance du raccordement des sites de production
d’énergies renouvelables au réseau est un problème qui
a été amplement mentionné dans la presse chinoise et
étrangère4. Le décalage entre la construction des sites de
production des énergies renouvelables (fermes solaires
et éoliennes : 1 an en moyenne) et leur raccordement au
réseau électrique (2 à 3 ans) sont à l’origine d’importants
retards en matière de capacité de production, et d’un
gâchis énergétique important. On estime que 3/5 de la
capacité de production éolienne de State Grid Corp ne
serait pas reliée au réseau. Le secteur éolien (弃风, qifeng)
souffre d’une relative désaffection motivée par le coût
plus intéressant des centrales à charbon (6,25 fois moins
chères). Les problèmes d’instabilité et d’intermittence de
la production d’énergie se sont multipliés et la nécessité
d’acheminer l’électricité sur de très longues distances est
devenue critique, suscitant la préoccupation des autorités
nationales au niveau central.
Par ailleurs, la gestion des pics de consommation d’énergie
électrique constitue un problème de taille, qui n’est
pas facilité par l’intégration des énergies renouvelables
à des rythmes de production instables. En effet, les
sources d’énergie choisies par le gouvernement chinois
afin d’améliorer son mix énergétique constituent des
ressources instables, ce qui accentue les problématiques
de gestion des pics de consommation, et peut causer
jusqu’à 60 % de perte de capacité de production.
Enfin, des retards technologiques importants peuvent
menacer la mise en place du strong and smart grid chinois.
Le retard technologique se retrouve en particulier dans le
secteur de la distribution.
« In the US, the coverage of Advanced Metering
Infrastructure (AMI) is 6 % and that of Automatic Meter
Reading (AMR) is 30 %; in China, it’s almost zero. » – Hu
Xuehao, chief expert of China Electric Power Research
Institute5.
“The US published 16 operation standards in April 2009,
but “only one is applicable in China.” – Hu Xuehao, chief
expert of China Electric Power Research Institute6.
Par ailleurs, les standards aujourd’hui émis sont pour la
plupart des standards industriels, élaborés par la SGCC,
et non des standards nationaux.
Enfin, des questions se posent quant à la réalité de la
volonté chinoise de mettre en place un demand-side
management, et quant au temps qui sera nécessaire à
cette évolution.
“The electric power companies take the posture of a highup ruler; the users are not aware of their rights to ask for
compensation for power-cuts. There is much work to do
about electricity distribution in the future.” – Li Li, secretary
of South Grid’s expert committee, academician of China
Engineering Institute7.
Conclusion
Malgré l’existence d’une réelle volonté d’attirer les
partenaires étrangers dans la construction du strong and
smart grid chinois et l’accent mis sur le renforcement de
la coopération sino-américaine, le système compétitif
chinois reste inscrit dans les codes de compétitivité des
autres secteurs. Les entreprises nationales, lorsque
leur développement technologique le permet, sont
généralement plus compétitives en termes de prix, et les
entrepreneurs étrangers se plaignent régulièrement du
manque de transparence qui caractérise les processus
d’appel d’offre, le marché smart grid et le secteur des
énergies renouvelables.
La nécessité de passer d’un effort de déploiement de la
capacité de production à un effort du côté de la demande
du milieu urbain chinois constituera une question clé pour
l’avenir du paysage énergétique de la Chine.
Le caractère relativement nouveau des technologies smart
grid est à l’origine du coût particulièrement élevé de leur
acquisition. Les retours sur investissement ne sont pas
assez importants pour provoquer un comportement
économique spontanément orienté en faveur de la mise
en place de technologies smart grid.
La volonté chinoise d’avancer en matière de smart grid est
indéniable, mais il devient urgent de satisfaire le besoin en
matière de mécanismes de compensation, de méthodes
de management global et intégré, et d’indicateurs
modernes de suivi des approvisionnements et de la
consommation.
c. Obstacles institutionnels
Il existe tout d’abord une certaine confusion en matière de
standards. Malgré les importantes capacités chinoises en
matière d’étude et de réplication des standards, la plupart des
standards internationaux restent inapplicables à la Chine.
4 Research Report on the Development of China’s Wind Power,
National Supervisory Authority on Electricity, July 2009.
5 Source : Xinhua, State Grid in-Depth Study, 2010-10-20, 智能
电网深入研究, 新华社, 2010年10月20日.
6 Source : Xinhua, State Grid in-Depth Study, 2010-10-20, 智能
电网深入研究, 新华社, 2010年10月20日.
7 Source : Xinhua, State Grid in-Depth Study, 2010-10-20, 智能
电网深入研究, 新华社, 2010年10月20日.
7
Sources :
AFD Pékin, entretien Asia Centre, novembre 2010
Business Week, State Grid Empire, 2010-03-03, 国网帝
国,商务周刊, 2010年03月03日
IEA, World Energy Outlook 2010
IEC61580, Chinese Smart Grid’s Scope and the
Development of our Smart Grid’s Strategy, 2010-09-03,
我国智能电网的现状及发展对策智能电网, IEC61850,
2010年9月3日
iSupply, Project on China Electricity Smart Grid Spurs
Meter Shipments: Move Driven by the National Smart Grid
Plan, octobre 2010
McKinsey, Evolution of the Smart Grid in China, été 2010
SGCC, Livre blanc « Strong and Smart Grid », SGCC, avril
2009
SGCC, Présentation du plan d’action de la SGCC, juin
2010
Wall Street Journal, Does China Need the American Smart
Grid?, 2010-09-30, 中国需要美国的智能电网吗?,华尔
街日报, 2010年09月30日
Xinhua, State Grid in-Depth Study, 2010-10-20, 智能电网
深入研究, 新华社, 2010年10月20日
Zpryme, Smart Grid Snapshot : China Tops Stimulus
Fundings, january 2010
FOCUS
Smart meters
La SGCC projette de conduire un plan de modernisation du système de transmission et de distribution d’électricité,
pour un montant équivalant à plusieurs millions de dollars, créant des fenêtres d’opportunité majeures pour les
fournisseurs de compteurs électriques. Les prévisions faites pour ce marché estiment à 500 millions d’unités la
demande de remplacement de compteurs d’ici à 2020.
L’accent est mis sur les technologies de dernière génération. La part de marché des compteurs électroniques
devrait ainsi passer de 66,3 % en 2009 à 89,4 % en 2014. La modernisation des équipements réseau devrait
surtout concerner les équipements du résidentiel et du commercial (+ 7,4 % par rapport à 2009, contre + 5,0 %
pour l’équipement industriel).
Type d’équipement
Livraisons 2010
Croissance 2009-2010
Compteur classiques
électromécaniques
27,9 millions
-9,6 %
Compteurs électroniques
70,0 millions
15,3 %
Au titre des remplacements effectués, 14,7 millions de smart meters devraient être installés avant 2014. Tandis
que certaines études (McKinsey) révèlent que les smart meters et les réseaux résidentiels intelligents pourraient
avoir des retours d’investissement positifs en six à sept ans, d’autres s’inquiètent quant au coût encore élevé de
ces technologies. Les produits high-tech smart grid sont en effet issus de technologies relativement nouvelles,
aux coûts importants, ce qui continue de ralentir les retours sur investissement, de restreindre les comportements
économiques spontanément orientés vers la transition smart meters.
“The new American meter model will cost over 100 dollars per household which is more than 10 times my
electricity fees of the month.” – Hu Xuehao, expert of the Electric Power Research Institute of China.
De tels problèmes constituent des menaces significatives pour le développement des smart meters en Chine,
et pourraient être contournés au moyen de mécanismes financiers, à l’étude aujourd’hui (projet ligne de crédit
verte de l’AFD…).
8