thumb|Système énergétique hybride utilisant des sources d'énergie intermittentes.
Les énergies renouvelables intermittentes ou variables sont les sources d'énergie renouvelable pour la production d'électricité correspondant à des flux naturels, qui ne sont pas disponibles en permanence et dont la disponibilité varie fortement sans possibilité de contrôle, hors l'arrêt ou la modulation à la baisse (écrêtement) de la production, par opposition aux énergies permettant la production pilotable d'électricité. Certaines de ces sources d'énergie ont des variations régulières, comme l'énergie marémotrice et (partiellement) l'énergie solaire, d'autres sont moins régulières, comme l'énergie éolienne.
Terminologie
L'Agence internationale de l'énergie considère le terme « énergie intermittente » comme trompeur car, au niveau du réseau électrique, l’agrégation de ces productions ne passe jamais brusquement de zéro à son maximum ni vice-versa, et recommande donc plutôt le terme « énergie variable »..
Caractéristiques
Les avantages des sources d'énergie intermittentes tiennent à leur caractère renouvelable et inépuisable à l'échelle humaine ; elles ont un coût marginal négligeable et émettent peu de polluants. En revanche, les coûts d'investissement pour exploiter ces sources renouvelables sont relativement élevés par rapport aux sources d'énergie conventionnelles, malgré une baisse au cours de la décennie 2010Voir par exemple, pour les modules photovoltaïques : « Module Price Index », sur PV Magazine.. Ces sources d'énergies sont principalement utilisées pour produire de l'électricité.
Ces sources varient considérablement au gré des fluctuations météorologiques. On parle d'intermittence pour caractériser le fait que leur production peut tomber à zéro ou à de très faibles niveaux sur des périodes et des aires géographiques souvent très étendues. L'intermittence cause des problèmes grandissants dans de nombreux pays développés : Allemagne., Royaume-Uni., Japon..
Niveau d'intégration actuel
La proportion d’électricité produite par des sources intermittentes dans les réseaux électriques a augmenté considérablement au cours des décennies 2000-2020. Cette intégration est dictée par les préoccupations réglementaires sur la durabilité et l'impact environnemental de la production d'électricité, ainsi que par le progrès technologique qui a permis de diminuer le coût du capital nécessaire pour exploiter ces ressources. De nombreux systèmes aux États-Unis (Californie, Texas) et en Europe (Danemark, Espagne, Allemagne) produisent plus de 10 % de leur consommation annuelle d'énergie à partir de sources intermittentes.
En 2023, plusieurs pays de l'Union européenne ont atteint le seuil de 50 % d'énergies renouvelables dans leur production d'électricité : l'Allemagne annonce avoir atteint 52 %, le Portugal revendique une électricité verte à 61 %, et l'Espagne a franchi en 2023 le seuil des 50 %. Cette poussée a été facilitée par la déprime de la consommation d'électricité en Europe, qui reste en moyenne 3 % inférieure à son niveau d'avant-crise, mais on observe aussi une très forte accélération des raccordements solaires : en Allemagne, de nouvelles installations ont été raccordées et en Espagne . Au total, dans l'Union européenne, les raccordements de nouvelles installations solaires ont progressé de 40 %, alors que celles de l'éolien n'ont augmenté que de 6 %. Plus de 40 % de l'électricité produite en Europe est d'origine renouvelable« L'électricité renouvelable domine de plus en plus en Europe », Les Échos, 23 janvier 2024..
Prise en compte de l'intermittence Dans un système électrique 100 % renouvelable, ces productions intermittentes doivent être associées à des productions pilotables capables de couvrir la « demande résiduelle » (demande moins productions intermittentes) afin d'assurer l'équilibre de la production à tout moment..
Effets sur la gestion du réseau d'électricité
Les gestionnaires de réseau d'électricité optimisent la production des centrales des jours et heures en avance. L'imprévisibilité de l'alimentation renouvelable peut provoquer des déséquilibres qui entraînent des variations coûteuses de la production prévue et peut nuire à la stabilité des réseaux électriques. Quand le soleil ne brille pas et que le vent vient à manquer, on parle de sècheresse énergétique.. Le démarrage de générateurs conventionnels afin de compenser une diminution de la production renouvelable peut prendre plusieurs heures, conduit à plus de pollution de l'air, induit un entretien plus fréquent des centrales et perturbe le planning d'autres générateurs conventionnels à cause des variations de production par les sources intermittentes qui sont mises en ligne. Des problèmes similaires sont causés par l’arrêt d'unités classiques parfois nécessaire pour équilibrer une augmentation imprévue de la production renouvelable.
La variabilité à court terme des ressources renouvelables (minute par minute) peut aussi provoquer des déséquilibres du réseau électrique. Cette variabilité exige un contrôle primaire des générateurs afin de pouvoir corriger les déséquilibres rapidement. De plus, un contrôle secondaire (générateurs qui peuvent remplacer le contrôle primaire après l'occurrence d'une déviation par rapport aux prévisions de la production renouvelable) est aussi nécessaire. Comme la production renouvelable peut varier rapidement et avec une grande ampleur, le contrôle primaire doit être capable de réagir rapidement.
Plusieurs systèmes d'électricité utilisent de grandes quantités d'énergie hydroélectrique. Pendant les mois où la neige fond et l'alimentation hydroélectrique augmente, la production supplémentaire d'énergie éolienne provoque un problème d'offre excédentaire. Il est aussi possible que les vents augmentent pendant la nuit et diminuent au cours de la journée, en conséquence la production éolienne est parfois négativement corrélée avec la consommation.
Certains générateurs éoliens s’arrêtent pour des raisons de protection mécanique quand les vents deviennent trop forts. Comme les générateurs éoliens fournissent une quantité importante d'énergie aux réseaux électriques pendant les périodes de grands vents, il y a un risque accru de pertes d'approvisionnement pendant les orages pendant lesquels des rafales de vent peuvent provoquer la mise en sécurité des éoliennes. Ce problème est exacerbé dans les grands parcs éoliens où tous les générateurs éoliens fonctionnent avec des vitesses de coupure identiques.
Dans un rapport publié en octobre 2023, l'Agence internationale de l'énergie met en garde : .
Au Chili, où la part des énergies solaire et éolienne atteint 31 % de la production d'électricité en 2023, les réseaux électriques, capables d'amener l'énergie produite au nord du pays vers les zones plus habitées du centre et du sud, sont complètement saturés, si bien que leurs gestionnaires refusent une partie de la production pendant les heures où elle est la plus élevée. Entre janvier et , le Chili a atteint un record de d'énergie renouvelable refusée par le réseau électrique. Au total, 10 % de l'énergie verte produite en 2023 a ainsi été perdue. Ces pertes persisteront jusqu'à la mise en service de la deuxième ligne électrique reliant le nord au sud, annoncée pour 2028, puis désormais attendue pour 2031..
Le mois de novembre 2024 a été marqué en Allemagne par un épisode de sècheresse énergétique particulièrement long du 2 novembre au 13 novembre ; la charge résiduelle a culminé à le 6 novembre et les importations à le 7 novembre ; la production éolienne en mer est tombée à zéro le 6 novembre à 18 h 30 et celle de l'éolien terrestre à le à 15 h 45 Production publique nette d'électricité en Allemagne en novembre 2024, Energy-Charts, Fraunhofer ISE..
Conséquences
La recherche et l'expérience montrent que les coûts d'intégration des sources d'énergie intermittentes varient entre 0 et Ackermann, Thomas (2005). Wind power in power systems, John Wiley and Sone, New York. Eric Hirst and Jerey Hild. Integrating large amounts of wind energy with a small electric system. Technical report, Consulting in Electric-Industry Restructuring, April 2004.. Gross donnent une estimation de pour l'intégration de l'énergie éolienne Robert Gross, Philip Heptonstall, Dennis Anderson, Tim Green, Matthew Leach, and Jim Skea. The cost and impacts of intermittency: An assesment on the evidence on the costs and impacts of intermittent generation on the British electricity network. Technical report, UK Energy Research Center, March 2006.. Une étude publiée en 2006 par Enernex sur l'intégration de l'énergie éolienne au Minnesota conclut que le coût des réserves, le coût résultant de la variabilité et les erreurs de prévision se traduira par un coût compris entre (pour 15 % de pénétration) et (25 % de pénétration) par mégawatt-heure d'énergie éolienne fournie Robert Zavadil. Minnesota wind integration study, volume I. Technical report, Enernex Corporation, 30 novembre 2006.. De même, le rapport sur l'intégration des sources renouvelables de l’opérateur californien CAISO prévoit une augmentation moyenne du prix de l'électricité en raison des erreurs de prévision des vents Clyde Loutan et David Hawkins, Integration of renewable resources: Transmission and operating issues and recommendations for integrating renewable resources on the California ISO-controlled grid, rapport technique, California Independent System Operator, novembre 2007..
L'excédent d'énergie renouvelable doit être éliminé pendant les heures de production excédentaire si le système n'est pas capable d'absorber de manière fiable cette production F. van Hulle, Large Scale Integration of Wind Energy in the European Power Supply: Analysis, Recommendations and Issues. Brussels: European Wind Energy Association, 2005.. Au début du printemps, l'opérateur du système en Californie utilise le surplus d'électricité pour pomper de l'eau dans les barrages hydroélectriques ou rejette l'énergie éolienne D. Hawkins et C. Loutan, Integration of Renewable Resources. , PSERC presentation, 2 octobre 2007 (consulté le 24 avril 2014).. La production renouvelable est également rejetée dans des conditions normales en Californie quand la prévision sous-estime la quantité de la production renouvelable et lorsque l'excès de puissance ne peut pas être vendu. Au Texas, l'opérateur rejette la production renouvelable en cas de hausse de la demande, pour des raisons de fiabilité.
En Allemagne, où les connexions pour transporter l'électricité produite au nord vers les lieux de consommation au sud du pays sont insuffisantes, les coûts de gestion de la congestion des lignes électriques ont triplé entre 2020 et 2023, atteignant ; un total de de production est réduite ou écrêtée.
L'intermittence impose une limite au pourcentage d’intégration des sources renouvelables. Dans les années 2010, certaines énergies renouvelables fonctionnent avec des règlements favorables dans de nombreux marchés. Certains gestionnaires en Europe (Danemark, Grèce) aux les États-Unis (PJM, NYISO, CAISO, Ontario OMI) acceptent des sources renouvelables sur une base prioritaire E. P.DeMeo,, Wind Power in Electricity Markets. (consulté le 25/04/2014).. L'intégration des sources renouvelables à grande échelle ne peut pas compter seulement sur le soutien réglementaire, mais exige aussi d'autres mesures technologiques et institutionnelles.
Les énergies intermittentes présentent un EROEI beaucoup plus faible que celui des énergies classiques., ..
Conséquences sur le prix de marché de l'électricité