Énergie hydraulique Sécurité d’approvisionnement durable

De nombreuses espèces de poissons utilisent différents habitats au cours de leur cycle de vie et dépendent donc des migrations à travers les plans d’eau. Les poissons en amont et les descentes de poissons permettent aux poissons de se déplacer dans les rivières et d’ouvrir des habitats différents malgré les centrales hydroélectriques existantes. 

Les producteurs d’énergie tels qu’Axpo ont besoin d’une concession du canton d’implantation et/ou de la commune d’où provient l’eau utilisée dans la centrale concernée pour la construction et l’exploitation de centrales hydroélectriques. Cette concession permet aux entreprises énergétiques d’utiliser l’eau. En règle générale, ces concessions ont une durée comprise entre 40 et 80 ans au maximum. Cette période est destinée à permettre aux opérateurs d’amortir les investissements réalisés sur une longue période. En contrepartie, les cantons et les communes perçoivent des producteurs d’énergie de redevance hydraulique, qui s’élève actuellement à environ 550 millions de francs par an.

Les centrales électriques au fil de l’eau utilisent le débit d’une rivière pour produire de l’électricité. Ils ont généralement de faibles hauteurs de chute et sont utilisés pour de grandes quantités d’eau.

L’eau (eau d’amont) est dirigée vers les turbines. L’énergie cinétique générée par l’écoulement entraîne les turbines, qui convertissent l’énergie en électricité via des générateurs. L’électricité est injectée dans le réseau électrique. L’eau utilisée pour produire de l’électricité est retournée dans la rivière (en aval).

Les centrales au fil de l’eau produisent de l’énergie de base et, contrairement aux centrales de stockage ou de pompage-turbinage, ne peuvent pas ajuster la quantité d’électricité en fonction des besoins. La quantité d’électricité produite dépend du débit de l’eau et de la vitesse d’écoulement de la rivière.

En plus de produire de l’électricité, les centrales au fil de l’eau servent souvent de protection contre les inondations. Pour s’assurer que les poissons et les navires puissent toujours traverser la rivière sans entrave, des échelles à poissons et des écluses sont en cours de construction.
Les petites centrales hydroélectriques sont des centrales hydroélectriques, généralement des centrales au fil de l’eau, d’une capacité inférieure à 10 MW.

Vidéo : Comment fonctionne une centrale au fil de l’eau ? (La source : ARD)

(1) Pour produire de l’électricité, l’eau du réservoir est acheminée vers les turbines via des tuyaux sous pression. L’énergie cinétique ainsi générée entraîne les turbines, qui convertissent l’énergie en électricité via des générateurs et l’injectent dans le réseau électrique. Après la turbination, l’eau pénètre dans le réservoir inférieur.

(2) Contrairement aux centrales à accumulation pure, les centrales de pompage-turbinage peuvent non seulement générer de l’énergie de pointe, mais aussi convertir l’électricité excédentaire produite pendant les périodes dites creuses en énergie de pointe précieuse. Pour ce faire, ils pompent l’eau du réservoir inférieur dans le réservoir supérieur et l’utilisent à nouveau pour produire de l’électricité à une date ultérieure. Dans cette opération de pompage, le générateur fonctionne comme un moteur. Il est alimenté en électricité par le réseau électrique.

Dans une turbine pompe, les fonctions de la turbine et celles de la pompe sont assurées par la même machine. La turbine de la pompe change de sens de rotation en fonction du mode de fonctionnement.

Le pompage-turbinage est une méthode éprouvée pour équilibrer l’offre et la demande dans un réseau électrique de manière écologique et économique. Les centrales de pompage-turbinage jouent un rôle important dans la sécurité d’approvisionnement et la stabilisation des réseaux électriques.  

Les cours d’eau doivent également pouvoir remplir leur fonction naturelle lors des prélèvements d’eau. Le calcul de l’eau résiduelle détermine la quantité minimale d’eau qui doit être disponible à tout moment en aval des prélèvements d’eau dans le lit des rivières et des cours d’eau. 

Carte des eaux résiduelles de l’OFEV

Lors de la production d’électricité des réseaux d’adduction d’eau, le niveau de l’eau monte et descend quotidiennement. Lorsque la demande et les prix de l’électricité sont élevés, ou lorsque la stabilisation des réseaux électriques nécessite une production plus élevée, l’eau est drainée (surtension). Lorsque la demande d’électricité est faible, les centrales à accumulation du réseau électrique ne fournissent qu’une petite quantité d’électricité et retiennent donc l’eau (coulée). Les hautes et basses eaux artificielles peuvent mettre en danger la vie des organismes aquatiques dans les ruisseaux et les rivières.  

Une centrale à accumulation est une centrale hydroélectrique qui stocke l’eau dans un réservoir et l’utilise pour produire de l’électricité en cas de besoin. La nacelle avec turbines et générateur est située au pied de la paroi du barrage. La centrale à accumulation utilise maintenant cette différence de hauteur entre le réservoir de haute altitude et le hangar des machines situé plus bas.

Pour produire de l’électricité, l’eau du réservoir est acheminée vers les turbines via des tuyaux sous pression. L’énergie cinétique ainsi générée entraîne les turbines, qui convertissent l’énergie en électricité via des générateurs et l’injectent dans le réseau électrique. L’eau utilisée pour produire de l’électricité est drainée (généralement la rivière).

Les centrales à accumulation ne fonctionnent généralement pas en continu. Leur tâche consiste plutôt à stocker l’eau qui s’accumule différemment en raison des conditions météorologiques. Les centrales à accumulation sont mises en service aux heures de pointe de la consommation d’électricité en raison des fluctuations en fonction de l’heure de la journée ou de la saison. Cela fait des centrales à accumulation d’importants fournisseurs d’énergie de pointe flexible. 

Aujourd’hui, il existe environ 650 centrales hydroélectriques d’une capacité d’au moins 300 kilowatts et environ 1000 petites centrales hydroélectriques en Suisse. La production hydroélectrique en Suisse s’élève en moyenne à environ 35 000 GWh (35 TWh) par an. Plus de 90 % des centrales hydroélectriques sont situées dans le bassin versant principal du Rhin avec ses affluents l’Aar, la Limmat et la Reuss, ainsi que sur le Rhône. Les plus grands producteurs de Suisse sont les cantons du Valais et des Grisons, avec une part de près de 50 % de l’énergie hydraulique suisse.

Avec son partenaire, Axpo dispose d’environ 60 centrales hydroélectriques en Suisse d’une puissance installée d’environ 4300 MW.

La Suisse est un pays sans matières premières. C’est ce qu’on dit souvent. Cependant, ce n’est pas tout à fait vrai, car notre pays possède la matière première qu’est l’eau comme peu d’autres - c’est pourquoi on l’appelle souvent le château d’eau de l’Europe.

Les Alpes suisses sont une source et une ligne de partage des eaux continentales : le Rhin se jette dans la mer du Nord, le Rhône dans la Méditerranée occidentale, le Tessin (Pô) dans la mer Adriatique et l’Inn (Danube) dans la mer Noire. Plus de 1500 lacs, rivières et plans d’eau ainsi que de nombreux glaciers peuvent y être utilisés comme réservoirs d’eau douce ou pour la production d’énergie renouvelable respectueuse du climat, qui représentent environ 60 % de la production totale de la Suisse.

La plupart des sites d’utilisation rentable de l’énergie hydraulique en Suisse ont déjà été développés. L’expansion de l’hydroélectricité souhaitée par la Confédération dans le cadre de la Stratégie énergétique 2050 se concentre donc sur le renouvellement et l’augmentation de l’efficacité des centrales existantes. 

En Suisse, les producteurs d’énergie tels qu’Axpo paient un taux pour l’utilisation de l’eau au canton ou à la commune où se trouve la centrale. En Suisse, le tarif de l’eau a été augmenté en plusieurs étapes pour atteindre la production brute actuelle de 110 francs par kilowatt. Actuellement, les cantons et les communes perçoivent environ 550 millions de francs par an en loyers de l’eau. La redevance de l’eau représente la plus grande part des redevances fixes auxquelles les producteurs d’électricité suisses sont confrontés. Selon une étude de la Société suisse de la gestion de l’eau, ceux-ci ne sont nulle part aussi élevés qu’en Suisse.

Cet inconvénient pour les producteurs hydroélectriques suisses a un impact direct sur leur volonté d’investir et donc sur la sécurité d’approvisionnement en Suisse à moyen et long terme. En effet, les prélèvements sont non seulement élevés, mais forment également un bloc de coûts fixes. Un marché ouvert avec des prix volatils et donc des revenus fluctuants est donc compensé par un bloc de coûts fixes élevé. Si les prix du marché sont élevés, les prélèvements fixes sont acceptables. Cependant, dans les années où les revenus sont faibles, comme les années précédentes, des pertes en résultent. Cela entraîne des incertitudes dans la planification stratégique des producteurs, car ils disposent de moins de ressources financières qu’ils pourraient investir dans l’entretien et l’expansion de l’hydroélectricité.