Étude pancanadienne sur l’intégration de l’éolien

Contexte du projet

Depuis 2015, l’énergie éolienne répond à environ 5 % de la demande d’électricité au Canada, ce qui varie beaucoup entre les provinces et les territoires. Il s’agit d’un faible pourcentage de pénétration, étant donné la qualité de classe mondiale des ressources éoliennes du Canada. Le manque de données scientifiques sur la quantité réelle d’énergie éolienne qui pourrait être injectée de façon fiable et économique dans le réseau d’électricité du Canada constitue l’un des principaux obstacles à un rôle plus important pour les ressources éoliennes.

Les études réalisées sur l’intégration de l’énergie éolienne dans certaines provinces n’ont fourni que des réponses partielles et incomplètes. En effet, le réseau d’électricité au Canada et aux États-Unis est très intégré et complexe. Pour cette raison, des études sur l’intégration partielle ne peuvent saisir l’ensemble des défis et des possibilités. Compte tenu des besoins à cet égard, l’Association canadienne de l’énergie éolienne (CanWEA) a conçu une étude sur l’intégration de l’énergie éolienne à l’échelle nationale et a proposé le projet « Étude pancanadienne sur l’intégration de l’éolien » pour financement par l’Initiative écoÉNERGIE sur l’innovation. Le projet a reçu 1,755 M$ pour la détermination des défis et des possibilités ainsi que des mesures d’atténuation et les outils opérationnels nécessaires pour intégrer de manière efficiente de grandes quantités d’énergie éolienne au réseau d’électricité du Canada.

Résultats

Dans le cadre d’un processus concurrentiel, CanWEA a sélectionné un consortium dirigé par l’entreprise GE Energy Consulting pour la réalisation de l’étude. GE a assuré la direction globale du projet, la simulation des coûts de production et l’analyse de fiabilité. Parmi d’autres membres clés, mentionnons les entreprises Vaisala, EnerNex, Electranix et Knight Piésold comme équipe de projet, DNV GL comme conseiller auprès de CanWEA et un comité consultatif technique composé de représentants d’organismes de réglementation du Canada et des États-Unis pour le soutien et l’orientation.

L’Étude pancanadienne sur l’intégration de l’éolien a procédé à la modélisation des réseaux d’électricité au Canada et dans la plupart des États-Unis selon quatre scénarios dans le cadre desquels la pénétration de l’énergie éolienne était de 5 à 35 % de la production annuelle prévue d’énergie électrique en 2025. Les scénarios étaient les suivants : le maintien du statu quo (pénétration de l’énergie éolienne à 5 %); la production d’énergie éolienne dans des sites dispersés (pénétration de l’énergie éolienne à 20 % en fonction de la province); la production d’énergie éolienne dans des sites concentrés (pénétration de l’énergie éolienne à 20 % en fonction des meilleures ressources); production d’énergie éolienne dans des sites ciblés (pénétration de l’énergie éolienne à 35 %). Au début, plus de 54 000 « cellules » possibles ont été déterminées, chacune représentant un site hypothétique d’exploitation de l’énergie éolienne de 2 x 2 km, et jumelées à un point sur une grille numérique de prévision météorologique et une capacité d’installation maximale présumée à huit éoliennes de 2 MW. Ensuite, les cellules ont été mises ensemble dans des centrales éoliennes commerciales afin d’atteindre les pourcentages de pénétration de chaque scénario et une capacité ferme supplémentaire a été incluse afin d’atteindre les cibles de marge de réserve de chaque province. Enfin, la capacité de transmission a été suffisamment élargie pour permettre l’importation et l’exportation aux provinces avoisinantes et aux États-Unis. Une simulation de commande toutes les heures et une analyse statistique plus fréquente ont été réalisées pour l’an 2025 à partir de profils de l’énergie éolienne et de la charge sur trois années civiles afin d’évaluer l’incidence de l’énergie éolienne sur l’économie du réseau et le fonctionnement selon chacun des scénarios. Une analyse de sensibilité a été effectuée pour évaluer l’influence de paramètres tels que : le prix du gaz naturel, la mesure dans laquelle l’exploitation du charbon est suspendue, la variabilité des ressources éoliennes et l’ajout de stockage et de charges variables.

Version textuelle

Le scénario actuel comprend les parcs éoliens existants et ceux en construction en date d’avril 2015.

Version textuelle

Le scénario d’énergie eolienne dispersée comprend les sites du scénario actuel, auxquels s’ajoutent ceux les plus propices à l’atteinte d’un taux de pénétration de 20 pour cent dans chaque province.

Version textuelle

Le scénario d’énergie éolienne concentrée suppose un taux de pénétration de 20 pour cent dans l’ensemble du pays (et non par province) au moyen des sites du scénario actuel, auxquels s’ajoutent ceux dont les ressources présentent le plus grand facteur d’utilisation.

Version textuelle

Le scénario d’énergie éolienne ciblée se veut un prolongement du scenario d’énergie éolienne dispersée, mais cible les provinces (dans les limites établies) ayant une forte production thermique pour atteindre un taux de pénétration de 35 pour cent à l’échelle du pays.

L’Étude pancanadienne sur l’intégration de l’éolien a permis de conclure que le réseau d’électricité au Canada peut accueillir de grandes quantités d’énergie éolienne de façon fiable et économique. En fait, si des renforts adéquats de transmission et des réserves supplémentaires de régulation sont prévus, aucun problème important dans le fonctionnement du réseau n’est attendu et l’énergie éolienne pourra répondre à de 20 à 35 % de la demande. Dans le scénario de production d’énergie éolienne dans des sites ciblés avec pénétration de l’énergie éolienne à 35 %, il serait possible d’éviter jusqu’à 32 millions de tonnes d’émissions de CO2 par an et d’économiser 47 $/MWh en coûts de production (par rapport au scénario du maintien du statu quo avec pénétration de l’énergie éolienne à 5 %). De plus, les résultats de l’étude suggèrent que le Canada possède des ressources éoliennes de grande qualité dans toutes les provinces (les facteurs de capacité des sites faisant l’objet de l’Étude pancanadienne sur l’intégration de l’éolien étaient supérieurs à 36 %) et la concentration de l’exploitation de l’énergie éolienne dans les provinces où les facteurs de capacité sont plus élevés ne présente aucun avantage important. Il est plus avantageux d’accroître la production d’énergie éolienne là où l’énergie peut être partiellement consommée dans la région ou transportée aux États-Unis.

Avantages pour le Canada

Le modèle d’étude sous-jacent présente une perspective nationale du réseau d’électricité auparavant inexistant et fournit des données sur l’intégration de l’énergie éolienne dont la nature, la portée et le type sont entièrement nouveaux. Par conséquent, le Canada pourra participer à des études à l’échelle de l’Amérique du Nord à l’avenir. De plus, les données issues de l’étude peuvent servir pour informer l’élaboration de politiques sur l’énergie dans l’ensemble du Canada (et aux États-Unis avoisinants).

Prochaines étapes

CanWEA compte faciliter l’utilisation de l’Étude pancanadienne sur l’intégration de l’éolien lors d’une étude prochaine sur l’intégration continentale et s’assurer de l’accès public à la base de données entière de l’étude.