Chapitre 19 : M&V pour les Énergies Renouvelables : Mesurer la Performance et l’Impact

M&V pour les Énergies Renouvelables : Mesurer la Performance et l’Impact

Vous mettez en lumière une application de plus en plus cruciale de la Mesure et Vérification (M&V) : son rôle essentiel dans les projets d’énergies renouvelables. Alors que la M&V est traditionnellement associée à l’efficacité énergétique, elle est tout aussi pertinente, voire indispensable, pour garantir la performance et la rentabilité des installations d’énergies renouvelables (EnR). Ce chapitre va explorer en profondeur l’application spécifique de la M&V aux systèmes EnR, en identifiant les objectifs particuliers, les méthodes adaptées aux différentes technologies, et les avantages d’une démarche de M&V rigoureuse dans ce domaine.

Objectifs Spécifiques de la M&V pour les Énergies Renouvelables

La M&V appliquée aux énergies renouvelables partage certains objectifs avec la M&V pour l’efficacité énergétique, mais elle en possède également des objectifs spécifiques et complémentaires :

1. Vérification de la Production d’Énergie Renouvelable :

   • Valider la production d’énergie réelle par rapport aux prévisions et aux garanties : Les projets EnR sont souvent basés sur des prévisions de production (basées sur des études de gisement solaire, éolien, etc.) et peuvent être assortis de garanties de production (notamment dans le cadre de contrats de vente d’électricité). La M&V permet de vérifier si la production réelle atteint bien les niveaux prévus et garantis.
   • Suivre et optimiser la production d’énergie au fil du temps : La production d’énergie renouvelable peut varier en fonction des conditions météorologiques, du vieillissement des équipements, et de facteurs opérationnels. La M&V continue permet de surveiller la production, de détecter les anomalies ou les baisses de performance, et d’identifier les actions correctives pour optimiser la production durablement.
   • Fournir des données fiables et vérifiables de production pour le reporting et la communication : Les données de production issues de la M&V servent de base pour le reporting aux parties prenantes (investisseurs, financeurs, autorités publiques, clients), pour la communication sur les performances environnementales du projet, et pour la valorisation de l’énergie renouvelable produite (certificats d’origine, garanties de traçabilité).

2. Suivi de la Performance du Système EnR et Détection des Dysfonctionnements :

   • Surveiller les indicateurs clés de performance (KPIs) du système EnR : Taux de disponibilité, rendement, facteur de capacité, performance ratio (PR) pour le solaire photovoltaïque, coefficient de performance (COP) saisonnier pour le solaire thermique, etc. Le suivi des KPIs permet d’évaluer l’efficacité et la fiabilité du système.
   • Détecter rapidement les dysfonctionnements, les pannes ou les baisses de performance des équipements : La M&V permet de mettre en évidence les anomalies de fonctionnement (sous-production, surconsommation auxiliaire, problèmes de régulation, etc.) et d’alerter les équipes de maintenance pour une intervention rapide et ciblée. La détection précoce des problèmes permet de minimiser les pertes de production et d’optimiser la maintenance.
   • Diagnostiquer les causes des baisses de performance : L’analyse des données de M&V peut aider à identifier les causes des problèmes (encrassement des panneaux solaires, dérive des capteurs, défauts de composants, problèmes de raccordement au réseau, etc.) et à orienter les actions de maintenance correctives.
   • Optimiser la maintenance préventive : Les données historiques de M&V permettent d’anticiper les besoins de maintenance, de planifier les interventions préventives de manière optimale (nettoyage, inspections, remplacement de composants vieillissants), et de prolonger la durée de vie du système.

3. Validation des Incitations Financières et des Mécanismes de Soutien :

   • Justifier l’éligibilité aux mécanismes de soutien aux énergies renouvelables : De nombreux dispositifs de soutien public (tarifs d’achat, primes, crédits d’impôt, obligations d’achat) sont conditionnés à la vérification de la production d’énergie renouvelable et à la performance du système. La M&V fournit les données vérifiables et objectives nécessaires pour justifier l’éligibilité et les paiements associés.
   • Valider les incitations financières basées sur la performance : Dans certains modèles contractuels, les incitations financières (primes de performance, bonus) sont directement liées à la production d’énergie renouvelable réellement mesurée. La M&V devient alors un élément central du contrat et du système d’incitation.
   • Faciliter l’accès au financement et rassurer les investisseurs : Un plan de M&V solide et crédible rassure les financeurs et les investisseurs quant à la performance et à la rentabilité du projet EnR. La M&V peut être une condition sine qua non pour l’obtention de financements, notamment pour les projets de grande envergure.

4. Mesure de l’Impact Environnemental et de la Réduction des Émissions de GES :

   • Quantifier la réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) évitées grâce à la production d’énergie renouvelable : Les projets EnR ont un impact environnemental positif en remplaçant des sources d’énergie fossiles plus émettrices de GES. La M&V permet de calculer et de vérifier les réductions d’émissions de GES réelles associées au projet, en utilisant des facteurs d’émission pertinents (facteur d’émission du réseau électrique évité, facteurs d’émission des énergies fossiles remplacées).
   • Documenter l’impact environnemental pour le reporting RSE et la communication développement durable : Les données de réduction des émissions de GES issues de la M&V sont des éléments clés pour le reporting RSE (Responsabilité Sociétale des Entreprises) et pour la communication sur les engagements environnementaux de l’organisation.
   • Valoriser les bénéfices environnementaux du projet : Dans certains contextes, la réduction des émissions de GES peut être valorisée sur des marchés carbone ou dans le cadre de dispositifs de compensation carbone. La M&V fournit les données certifiées nécessaires pour cette valorisation.

Méthodes de M&V Adaptées aux Différentes Technologies Renouvelables

Les méthodes de M&V à appliquer varient en fonction de la technologie d’énergie renouvelable considérée, de la taille du projet, et des objectifs spécifiques de la M&V. Les options de l’IPMVP peuvent être adaptées, en tenant compte des spécificités de chaque source d’énergie :

1. Solaire Photovoltaïque (PV) :

   • Paramètres Clés à Mesurer :

     • Production d’électricité (kWh) : Mesure obligatoire et centrale pour la M&V du solaire PV. Utiliser des compteurs d’énergie électrique certifiés et précis au point de livraison de l’électricité produite (compteur de production).
     • Irradiation solaire (W/m²) : Mesure de l’irradiation solaire incidente sur le plan des panneaux PV (grâce à des pyranomètres). Permet d’évaluer le ressource solaire disponible et de normaliser la production par rapport à l’irradiation.
     • Température des modules PV (°C) : Mesure de la température des modules PV. La température influence la performance des panneaux (rendement diminue avec la température). Permet d’affiner l’analyse de la performance.
     • Données météorologiques locales : Température ambiante, vent, ensoleillement, etc. (provenant de stations météo locales). Permettent d’analyser l’influence des conditions météorologiques sur la production.

   • Indicateurs de Performance Clés (KPIs) :

     • Production annuelle spécifique (kWh/kWc) : Production annuelle d’électricité rapportée à la puissance crête installée (kWc). Indicateur de performance global.
     • Performance Ratio (PR) : Ratio entre la production d’énergie réelle et la production d’énergie théorique (calculée à partir de l’irradiation solaire et des caractéristiques du système). Indicateur de performance normalisé par rapport au ressource solaire. Permet de comparer la performance de différents systèmes PV et de détecter les pertes de performance (encrassement, vieillissement, dysfonctionnements).
     • Taux de disponibilité du système (%) : Pourcentage du temps pendant lequel le système est disponible pour produire de l’électricité (hors périodes de maintenance ou de pannes). Indicateur de fiabilité.

   • Options de M&V IPMVP :

     • Option B (Mesure de Tous les Paramètres) : Option recommandée pour la M&V du solaire PV. Mesurer la production d’électricité, l’irradiation solaire, la température des modules, et collecter des données météorologiques. Calculer le PR et d’autres KPIs. Comparer la production réelle avec les prévisions.
     • Option C (Installation Complète – Approche Utilitaire) : Peut être envisagée pour évaluer l’impact global d’un projet PV sur la consommation énergétique d’un bâtiment (en complément de mesures d’efficacité énergétique). Utiliser les données de facturation avant et après installation du PV, en ajustant pour les variations climatiques et d’occupation (si pertinent). Moins précise pour évaluer spécifiquement la performance du système PV.
     • Option D (Simulation Calibrée) : Peut être pertinente pour des projets PV complexes (intégration architecturale, systèmes de stockage, micro-réseaux), ou pour la phase de conception prévisionnelle. Créer un modèle de simulation du système PV et le calibrer avec des données de production réelles.

   • Défis Spécifiques au Solaire PV :

     • Variabilité de l’irradiation solaire : La production PV est fortement dépendante des conditions météorologiques et de la variabilité de l’irradiation solaire (saisonnalité, variations journalières, couverture nuageuse). La M&V doit tenir compte de cette variabilité et utiliser des données d’irradiation précises et locales.
     • Encrassement et maintenance : L’encrassement des panneaux PV (poussière, pollution, neige) peut réduire la production. Le suivi de la M&V doit permettre de détecter les pertes de performance liées à l’encrassement et d’optimiser les opérations de nettoyage et de maintenance.
     • Vieillissement des modules PV : Les modules PV subissent une dégradation progressive de leur performance avec le temps (vieillissement). La M&V continue permet de suivre cette dégradation et de comparer la performance réelle avec les garanties de performance du fabricant.

2. Solaire Thermique :

   • Paramètres Clés à Mesurer :

     • Production de chaleur utile (kWh thermique ou GJ) : Mesure centrale. Calculée indirectement à partir des mesures de débits et d’écarts de température du fluide caloporteur (eau, air, glycol) aux entrées et sorties du champ solaire et du stockage thermique.
     • Irradiation solaire (W/m²) : Mesure de l’irradiation solaire incidente sur le plan des capteurs solaires thermiques.
     • Températures aux points clés du système : Température du fluide caloporteur à l’entrée et à la sortie des capteurs solaires, température dans le stockage thermique, température de l’eau chaude sanitaire (ECS) produite, température de l’eau de chauffage (si système de chauffage solaire), etc.
     • Débits du fluide caloporteur (m³/h ou L/min) : Mesure du débit du fluide caloporteur dans les circuits solaires thermiques.
     • Consommation d’énergie auxiliaire (électricité pour les circulateurs, la régulation, etc.) (kWh électrique) : Mesure de la consommation d’énergie électrique des équipements auxiliaires du système solaire thermique.

   • Indicateurs de Performance Clés (KPIs) :

     • Production annuelle de chaleur utile (kWh thermique ou GJ) : Production totale de chaleur fournie par le système solaire thermique.
     • Taux de couverture solaire (%) : Part de la demande de chaleur (ECS, chauffage) couverte par le solaire thermique.
     • Rendement du système solaire thermique (%) : Ratio entre l’énergie thermique utile produite et l’énergie solaire incidente sur les capteurs. Indicateur d’efficacité de conversion de l’énergie solaire en chaleur utile.
     • Coefficient de Performance Saisonnier (SCOP) du système solaire thermique (si système de chauffage solaire) : Ratio entre l’énergie thermique utile fournie pour le chauffage sur une saison de chauffe et la consommation d’énergie auxiliaire sur la même période. Indicateur d’efficacité énergétique globale du système de chauffage solaire.

   • Options de M&V IPMVP :

     • Option B (Mesure de Tous les Paramètres) : Option recommandée pour la M&V du solaire thermique. Mesurer les débits, les températures, l’irradiation solaire, la consommation auxiliaire. Calculer la production de chaleur utile, le rendement, le taux de couverture solaire, et le SCOP. Comparer la production réelle avec les prévisions.
     • Option A (Paramètres Clés Ajustés) : Peut être envisagée pour des systèmes solaires thermiques simples (par exemple, chauffe-eau solaires individuels). Paramètre clé : la surface de capteurs solaires. Estimer les heures d’ensoleillement et les performances typiques des capteurs. Moins précise que l’Option B.
     • Option D (Simulation Calibrée) : Peut être pertinente pour des systèmes solaires thermiques complexes (systèmes combinés chauffage et ECS, systèmes avec stockage intersaisonnier, réseaux de chaleur solaires), ou pour la phase de conception prévisionnelle. Créer un modèle de simulation du système solaire thermique et le calibrer avec des données de performance réelles.

   • Défis Spécifiques au Solaire Thermique :

     • Mesure de la production de chaleur utile : La mesure de la production de chaleur utile est indirecte et nécessite des mesures précises de débits et de températures, ainsi qu’une bonne connaissance des caractéristiques du fluide caloporteur. Les erreurs de mesure des débits et des températures peuvent impacter significativement la précision de l’estimation de la production de chaleur.
     • Variabilité de l’irradiation solaire et des conditions climatiques : La production solaire thermique est très sensible aux conditions météorologiques et à la variabilité de l’irradiation solaire, de la température ambiante, et du vent. La M&V doit tenir compte de ces facteurs climatiques et utiliser des données météorologiques pertinentes.
     • Performances du stockage thermique : Les systèmes solaires thermiques avec stockage thermique présentent une performance plus complexe à évaluer en raison des pertes thermiques du stockage et de la stratégie de gestion du stockage. La M&V doit prendre en compte les performances du stockage et l’optimisation de sa gestion.

3. Éolien :

   • Paramètres Clés à Mesurer :

     • Production d’électricité (kWh) : Mesure centrale. Utiliser des compteurs d’énergie électrique certifiés et précis au point de livraison de l’électricité produite (compteur de production).
     • Vitesse du vent (m/s) : Mesure de la vitesse du vent au niveau de la nacelle de l’éolienne (anémomètres). Permet d’évaluer le ressource éolienne disponible et de normaliser la production par rapport au vent.
     • Direction du vent (°).
     • Données météorologiques locales : Vitesse du vent, direction du vent, température ambiante, pression atmosphérique, etc. (provenant de stations météo locales ou de données de prévisions).

   • Indicateurs de Performance Clés (KPIs) :

     • Production annuelle spécifique (kWh/kW) : Production annuelle d’électricité rapportée à la puissance nominale de l’éolienne (kW).
     • Facteur de capacité (FC) (%) : Ratio entre la production d’énergie réelle et la production d’énergie théorique si l’éolienne avait fonctionné à puissance nominale pendant toute la période. Indicateur de performance normalisé par rapport au ressource éolienne. Permet de comparer la performance de différentes éoliennes et de détecter les pertes de performance (maintenance, dysfonctionnements).
     • Taux de disponibilité de l’éolienne (%) : Pourcentage du temps pendant lequel l’éolienne est disponible pour produire de l’électricité. Indicateur de fiabilité.

   • Options de M&V IPMVP :

     • Option B (Mesure de Tous les Paramètres) : Option recommandée pour la M&V de l’éolien. Mesurer la production d’électricité, la vitesse du vent, la direction du vent, et collecter des données météorologiques. Calculer le FC et d’autres KPIs. Comparer la production réelle avec les prévisions basées sur les études de gisement éolien.
     • Option C (Installation Complète – Approche Utilitaire) : Moins pertinente pour l’éolien car l’impact d’une éolienne isolée sur la consommation globale d’un bâtiment est généralement faible. Peut être envisagée pour évaluer l’impact d’un parc éolien sur la consommation régionale ou nationale.
     • Option D (Simulation Calibrée) : Peut être pertinente pour des projets éoliens complexes (parcs éoliens, intégration au réseau, systèmes de stockage), ou pour la phase de conception prévisionnelle. Créer un modèle de simulation de l’éolienne et le calibrer avec des données de production réelles et des données de vent.

   • Défis Spécifiques à l’Éolien :

     • Variabilité du vent : La production éolienne est très fortement dépendante des conditions météorologiques et de la variabilité du vent (vitesse, direction, régularité). La M&V doit tenir compte de cette variabilité et utiliser des données de vent précises et locales. Les prévisions de production éolienne sont intrinsèquement incertaines.
     • Maintenance et disponibilité : Les éoliennes nécessitent une maintenance régulière et peuvent être sujettes à des arrêts pour maintenance ou pour cause de conditions météorologiques extrêmes. Le suivi de la M&V doit tenir compte des périodes d’arrêt et du taux de disponibilité.
     • Complexité de la modélisation du gisement éolien : Estimer précisément le gisement éolien sur un site donné (vitesse et direction du vent à différentes hauteurs) est complexe et nécessite des mesures de vent in situ pendant une période suffisamment longue et des outils de modélisation sophistiqués.

4. Biomasse :

   • Paramètres Clés à Mesurer :

     • Production de chaleur utile (kWh thermique ou GJ) ou d’électricité (kWh électrique) : Mesure centrale. Utiliser des compteurs d’énergie thermique ou électrique certifiés et précis au point de livraison de l’énergie produite.
     • Consommation de biomasse (kg ou tonnes) : Mesure de la quantité de biomasse consommée (combustible). Permet de calculer le rendement de conversion énergétique. Utiliser des systèmes de pesée précis et fiables pour mesurer la biomasse consommée.
     • Pouvoir calorifique inférieur (PCI) de la biomasse (MJ/kg ou MJ/tonne) : Analyse du PCI de la biomasse utilisée pour évaluer sa qualité énergétique et calculer l’énergie primaire consommée. Réaliser des analyses périodiques du PCI de la biomasse (en laboratoire).
     • Consommation d’énergie auxiliaire (électricité pour l’alimentation en biomasse, les ventilateurs, la régulation, etc.) (kWh électrique) : Mesure de la consommation d’énergie électrique des équipements auxiliaires de la chaudière biomasse ou de la centrale de cogénération biomasse.

   • Indicateurs de Performance Clés (KPIs) :

     • Production annuelle d’énergie utile (kWh thermique ou électrique) : Production totale d’énergie fournie par la biomasse.
     • Rendement de conversion énergétique (%) : Ratio entre l’énergie utile produite et l’énergie primaire contenue dans la biomasse consommée (calculée à partir du PCI). Indicateur d’efficacité de la conversion de la biomasse en énergie utile.
     • Taux de disponibilité de l’installation biomasse (%) : Pourcentage du temps pendant lequel l’installation est disponible pour produire de l’énergie. Indicateur de fiabilité.
     • Taux d’émission de polluants atmosphériques (CO, NOx, particules, etc.) (g/MJ ou g/kWh) : Pour les installations biomasse avec combustion, mesurer les émissions de polluants atmosphériques pour vérifier la conformité aux normes environnementales et optimiser la combustion.

   • Options de M&V IPMVP :

     • Option B (Mesure de Tous les Paramètres) : Option recommandée pour la M&V de la biomasse. Mesurer la production d’énergie utile, la consommation de biomasse, le PCI de la biomasse, la consommation auxiliaire. Calculer le rendement, le taux de disponibilité, et les émissions polluantes. Comparer la production réelle avec les prévisions.
     • Option A (Paramètres Clés Ajustés) : Peut être envisagée pour des installations biomasse simples (par exemple, chaudières biomasse de petite taille). Paramètre clé : la puissance nominale de la chaudière. Estimer les heures de fonctionnement de la chaudière et le rendement typique. Moins précise que l’Option B.
     • Option C (Installation Complète – Approche Utilitaire) : Peut être pertinente pour évaluer l’impact d’un projet biomasse sur la consommation énergétique globale d’un bâtiment ou d’un réseau de chaleur urbain (en remplacement d’énergies fossiles). Utiliser les données de facturation avant et après installation de la biomasse, en ajustant pour les variations climatiques et d’occupation (si pertinent). Moins précise pour évaluer spécifiquement la performance de l’installation biomasse.
     • Option D (Simulation Calibrée) : Peut être pertinente pour des installations biomasse complexes (cogénération, installations avec stockage thermique, réseaux de chaleur biomasse), ou pour la phase de conception prévisionnelle. Créer un modèle de simulation de l’installation biomasse et le calibrer avec des données de performance réelles.

   • Défis Spécifiques à la Biomasse :

     • Variabilité de la qualité de la biomasse : Le PCI de la biomasse peut varier en fonction de la source, de l’humidité, du type de biomasse utilisée. La M&V doit tenir compte de cette variabilité et réaliser des analyses régulières du PCI.
     • Gestion de l’alimentation en biomasse et du stockage : L’alimentation en biomasse et le stockage du combustible peuvent avoir un impact sur la performance de l’installation et nécessitent un suivi.
     • Émissions polluantes et aspects environnementaux : Outre la production d’énergie, la M&V pour la biomasse peut inclure le suivi des émissions polluantes (CO, NOx, particules) et d’autres aspects environnementaux (bilan carbone de la biomasse, durabilité de la source de biomasse).

Recommandations Générales pour la M&V des Énergies Renouvelables

• Définir Clairement les Objectifs Spécifiques de la M&V : Préciser précisément les objectifs de la M&V pour le projet EnR considéré (vérification de la production, suivi de la performance, validation d’incitations financières, mesure de l’impact environnemental, combinaison de plusieurs objectifs). Adapter les méthodes de M&V aux objectifs.
• Choisir l’Option de M&V IPMVP la Plus Adaptée à la Technologie et au Contexte : Sélectionner l’option (A, B, C ou D) la plus pertinente en fonction de la technologie EnR, de la taille du projet, des ressources disponibles, du niveau de précision souhaité, et des données accessibles. Privilégier l’Option B pour la plupart des projets EnR afin d’obtenir une évaluation précise de la performance.
• Identifier les Paramètres Clés de Performance Spécifiques à Chaque Technologie : Se concentrer sur la mesure des paramètres les plus importants pour évaluer la performance de chaque technologie EnR (production d’énergie, irradiation solaire/vitesse du vent, rendements, taux de disponibilité, etc.).
• Mettre en Place un Système de Mesure Fiable et Précis : Utiliser des instruments de mesure certifiés, précis, et adaptés aux conditions d’environnement (extérieur, températures, intempéries). Mettre en place un système de télérelève automatisée des données pour un suivi efficace et à moindre coût, si possible.
• Assurer la Qualité des Données Collectées : Mettre en œuvre des procédures d’assurance qualité pour garantir la validité et l’intégrité des données de mesure (vérification des instruments, contrôles de cohérence, gestion des données manquantes).
• Documenter Rigoureusement le Plan de M&V et sa Mise en Œuvre : Documenter en détail tous les aspects du plan de M&V spécifique au projet EnR (objectifs, option, méthodologie, plan de collecte de données, KPIs, etc.). Documenter précisément la mise en œuvre du plan, les données collectées, les calculs, et les résultats. La documentation est essentielle pour la transparence et la crédibilité de la M&V.
• Analyser les Résultats et Interpréter les KPIs : Analyser régulièrement les données de M&V, calculer les KPIs, comparer la performance réelle avec les prévisions et les garanties, identifier les anomalies et les pistes d’amélioration. Présenter les résultats de manière claire et visuelle dans des rapports de M&V.
• Adopter une Approche d’Amélioration Continue : Envisager la M&V comme un processus itératif et continu de suivi et d’optimisation de la performance des systèmes EnR. Ajuster les plans de maintenance, les stratégies d’exploitation, et les plans de M&V en fonction des retours d’expérience et des analyses des données.

En conclusion, la M&V est un outil indispensable pour garantir le succès des projets d’énergies renouvelables. En appliquant des méthodes de M&V adaptées à chaque technologie, en mesurant les paramètres clés de performance, et en adoptant une approche rigoureuse et documentée, il est possible de vérifier la production d’énergie, de suivre la performance des systèmes, de valider les incitations financières, de mesurer l’impact environnemental, et d’optimiser durablement la rentabilité et les bénéfices des investissements dans les énergies renouvelables.