Énergies renouvelables : le système d’innovation chinois peut-il favoriser la transition bas-carbone ?

par Anders Hove¹ pour GREEN², 1 septembre 2021

Au cours de la dernière décennie, la Chine a réalisé des progrès extraordinaires vis-à-vis des énergies renouvelables(1). À plusieurs égards, elle est à présent le leader mondial des énergies bas-carbone. La Chine dispose de la plus grande capacité installée totale d’énergie éolienne, solaire et hydroélectrique. En augmentant sa production industrielle dans le domaine de l’éolien, du solaire et du stockage d’énergie et en rendant ces technologies économiquement viables, elle a joué un rôle central dans leur diffusion dans le monde entier. Parallèlement, la Chine tire toujours la grande majorité de son électricité et de son énergie primaire totale du charbon et des énergies fossiles. En 2020, le solaire et l’éolien, qui sont des énergies intermittentes, représentaient à elles deux 9,3 % de la production d’électricité, soit beaucoup moins que dans certains pays européens. En 2019, l’UE produisait 23 % de son électricité à partir de l’éolien et du solaire, l’Allemagne 28 %, et le Danemark 58% .

La proportion des énergies renouvelables en Chine est cependant en augmentation constante. Le pays utilise différentes mesures pour soutenir les énergies renouvelables. Parmi elles, des objectifs de capacité de production, des subventions et des tarifs de rachat subventionnés, mais aussi d’autres dispositifs plus complexes, notamment des obligations quantitatives auprès des fournisseurs d’électricité en matière d’énergies renouvelables (Renewable Obligation), une préséance donnée à la distribution sur le réseau de l’électricité issue de renouvelables, et, enfin, l’introduction de mécanismes de marché dans les domaines de l’électricité et des échanges d’émissions. À l’heure actuelle, les directives politiques chinoises contiennent des éléments disparates : certaines soutiennent la poursuite des investissements dans les énergies fossiles pour assurer la sécurité énergétique, tandis que les orientations à long terme vont dans le sens d’une transition vers la neutralité carbone d’ici 2060. Un objectif qui nécessitera une augmentation considérable du solaire et de l’éolien, de l’ordre d’au moins dix fois la capacité installée actuelle de ces sources d’énergie (voir Figure 1).

La Chine a surpris par sa capacité à devenir, selon l’expression utilisée par Zhang Sufang et Philip Andrews-Speed(2), un champion de l’énergie bas-carbone, qu’il s’agisse de changements institutionnels qui favorisent l’utilisation des renouvelables ou d’efforts pour promouvoir l’innovation. Les technologies de l’éolien, du solaire et du stockage d’énergie actuellement disponibles sont fabriquées et pour une large part commercialisées en Chine. Une revue de la littérature académique scientifique et des communiqués récents dans le secteur de la technologie suggère que la Chine a développé une forte capacité à innover en profondeur dans le domaine des énergies renouvelables, en particulier dans le solaire et le stockage de l’énergie, même si elle se concentre avant tout sur des améliorations graduelles et sur l’augmentation de la production. Étant donné le stade actuel de développement de l’éolien, du solaire et du stockage d’énergie, cette dynamique d’innovation pourrait suffire pour permettre au secteur de l’électricité en Chine de réaliser sa transition bas-carbone d’ici le milieu du siècle.

Les progrès de la Chine dans les énergies renouvelables

Capacité de production renouvelable

En dix ans, la capacité de production d’énergie éolienne et solaire en Chine a été multipliée par dix(4). Fin 2019, le parc photovoltaïque et éolien de la Chine représentait chacun 35 % du total mondial. La capacité de production éolienne et solaire de la Chine a continué à croître à un rythme soutenu en 2020. Au terme de cette année, la capacité installée de l’éolien a atteint 282 GW, celle du solaire 253 GW et celle de l’hydroélectricité 396,63 GW(5). Ces chiffres dépassent considérablement les objectifs que la Chine s’était fixés pour 2020 en matière d’hydroélectricité (340 GW), d’énergie éolienne (210 GW) et d’énergie solaire (110 GW)(6). Depuis 2010, le taux de croissance annuel capitalisé de la capacité de production a ainsi été de 102 % pour le solaire, dont la capacité a été multipliée par 1150, et de 68,8 % pour l’éolien, dont la capacité a été multipliée par 8,1(7).

Industrie des énergies renouvelables

En parallèle de cette hausse de capacité de production, la Chine a réalisé une expansion phénoménale de sa base manufacturière. Au terme de l’année 2019, la Chine disposait d’une capacité de production de wafer(8) de silicium de 173,7 GW, soit 97 % du total mondial selon l’Association chinoise de l’industrie photovoltaïque (9). La Chine abritait également 63 % de la capacité totale de fabrication de cellules photovoltaïques dans le monde et 58 % de la capacité de fabrication de modules photovoltaïques(10). En mars 2020, la production chinoise d’éoliennes représentait plus de 40 % de la production mondiale totale(11). À titre de comparaison, en 2018, la production industrielle
de l’UE représentait environ 44 % du total mondial(12). Selon Bloomberg New Energy Finance, début 2019, la Chine avait une capacité de fabrication de cellules de batteries lithium-ion de 316 GWh, ce qui représentait 73 % de la

capacité mondiale de fabrication de batteries Li-ion(13). À titre de comparaison, la part de l’Union européenne était d’environ 3 % en 2019(14).

Production d’énergie renouvelable

En 2019, 27,9 % de l’électricité produite en Chine provenait de sources renouvelables. Ces chiffres représentent une augmentation de 46,8 % depuis 2010, où la production d’énergie renouvelable ne représentait que 19,0 % de
l’électricité produite(15). Chaque année depuis 2015, le taux de croissance de la production d’énergie renouvelable a dépassé celui de la production d’énergie carbonée : la production renouvelable a augmenté à un taux annuel composé de 9,6 %, contre 5 % pour la production issue d’énergies fossiles(16).

D’après la loi sur l’énergie qui est actuellement examinée en Chine, les énergies renouvelables devraient pourvoir en majeure partie à la hausse de la demande énergétique de la Chine dans les prochaines décennies (aucun horizon de temps précis n’a été communiqué à ce jour)(17). Cependant, l’usage du charbon continue en parallèle d’augmenter, entraînant une hausse des émissions de gaz à effet de serre du secteur de l’électricité.

La Chine poursuit sa lancée sur son projet majeur : réformer le secteur électrique et révolutionner la production et la consommation d’énergie.

Le développement des énergies renouvelables en Chine a commencé au cours des années 2000, mais les hauts responsables de l’énergie ont très tôt compris que la transition bas-carbone dépendrait des réformes des institutions et du marché, en particulier dans le secteur de l’électricité. Les réformes du marché de l’électricité ont commencé véritablement en 2015, avec la publication du
Document n°9 sur l’approfondissement de la réforme du secteur de l’électricité(18), un document qui s’appuie sur des décisions antérieures du gouvernement central visant à favoriser le rôle décisif du marché dans l’allocation des ressources énergétiques et environnementales (2014)(19), et

à entreprendre une révolution dans la consommation, la production et la technologie de l’énergie (2014)(20).

La réforme du marché de l’électricité permet de baisser les coûts pour les consommateurs et de développer les énergies renouvelables en veillant à ce que les ressources dont les coûts marginaux de production sont faibles - à
savoir l’éolien et le solaire, dont les coûts marginaux de production sont proches de zéro - soient prioritaires dans la distribution d’électricité. En Chine, la séquence actuelle de réformes du marché de l’électricité a commencé par
la publication d’un cadre général de réforme en 2015, suivie par l’introduction en 2016 de contrats bilatéraux à moyen et long-terme entre les producteurs d’énergie et les grands clients industriels. Ces contrats, généralement d’une durée d’un mois ou d’un an, ont remplacé les précédents contrats entre les producteurs et les sociétés détentrices des réseaux, qui imposaient à chaque
centrale de fonctionner pendant un nombre d’heures fixe à des prix réglementés(21). Cette évolution a été suivie d’une réforme des tarifs de transmission et de distribution pour les nouveaux réseaux et les réseaux existants(22), de l’établissement de nouveaux marchés pour les services
auxiliaires(23) et, enfin, d’efforts continus pour établir des marchés d’électricité au comptant au niveau régional et provincial(24).

En 2021, les marchés au comptant chinois (spot markets) demeurent à un stade précoce de développement. Les pilotes provinciaux ont commencé par simuler des échanges entre un nombre limité d’acteurs, et ont progressé jusqu’à permettre des échanges réels entre les participants au marché pendant de courtes périodes. Les prix des marchés au comptant publiés au terme de l’année 2020 suggèrent que les échanges sont peu nombreux et se font à des prix inférieurs au coût marginal de production, signe que ces marchés souffrent d’inefficacités et d’une offre excédentaire(25). Les prix, variables dans le
temps, ont néanmoins également fait preuve d’une réactivité considérable à l’évolution des conditions quotidiennes de l’offre et de la demande.

Le fonctionnement et la liquidité des marchés au comptant sont sans doute une condition préalable pour permettre aux forces du marché d’assurer une distribution efficace de l’énergie bas-carbone. Mais le gouvernement a également renforcé ses exigences vis-à-vis de la distribution prioritaire de l’énergie renouvelable, grâce à une combinaison d’objectifs administratifs, de normes, de mandats et d’incitations(26). Ainsi, la règle 625 édictée en
2016 exigeait que les réseaux de distribution indemnisent les producteurs d’énergie renouvelable quand ceux-ci devaient réduire leur production d’énergie en raison d’un surplus momentané d’électricité sur le marché par rapport à la demande (curtailment ou effacement)(27). Grâce à ces mesures, entre autres, les pertes par restrictions d’accès au réseau d’électricité solaire et éolienne ont fortement diminué. En 2019, les réductions délibérées (curtail-
ment) de la production d’énergie éolienne se sont élevées à 4 %, contre 7 % en 2018 et un pic de 17 % en 2014. Les mesures d’effacement visant l’énergie solaire ont également chuté en 2019 à 2 %, après un pic de 11 % en 2015(28).

Parmi les facteurs qui affectent la transition bas-carbone en Chine, il faut noter que les entreprises publiques continuent de dominer le secteur de l’électricité. Dans la plupart des pays, les fournisseurs d’électricité en place - qu’ils soient publics ou privés - ont tendance à conserver leurs actifs dans les énergies fossiles, tandis que les nouveaux entrants investissent dans des parcs éoliens et solaires de capacités modérées. En Chine, en revanche, les entreprises d’État ont pris la tête du développement du solaire et de l’éolien. Au terme de l’année 2019, les capacités renouvelables installées des cinq plus grosses sociétés publiques de production d’énergie représentaient près de 30 % de la capacité totale installée d’énergie renouvelable de la Chine. Ces cinq sociétés avaient également les parts de marché d’hydroélectricité et d’éolien les plus élevées(29) (Figure 2). De nombreuses centrales solaires sont également détenues par des entreprises d’État, bien qu’elles ne fassent pas partie du top cinq(30).

Les entreprises d’État détiennent donc une part importante des actifs du secteur de l’électricité, y compris les actifs liés aux énergies renouvelables. Les réformes des institutions et des marchés qui ont fonctionné dans d’autres pays ne produisent donc pas forcément les mêmes résultats en Chine. Ainsi, les entreprises d’État confrontées à l’établissement d’un prix du carbone n’ont pas forcément les mêmes incitations de conformité que les entreprises privées, bien qu’elles soient officiellement responsables de la mise en œuvre des directives gouvernementales(31). En outre, les politiques énergétiques nationales sont définies au sein d’un sous-système qui comprend des groupes de réflexion sur l’énergie appartenant à l’État, des représentants de l’industrie et des fonctionnaires responsables de l’énergie dans les différentes régions(32). Le processus de planification économique et énergétique de la Chine accorde une grande importance à la stabilité socio-économique, comme en témoignent diverses priorités telles que la croissance et l’emploi dans ses différentes régions, la solvabilité des grandes entreprises et banques d’État, les recettes fiscales et les transferts économiques sur ses territoires, la fiabilité de l’approvisionnement en énergie et l’autosuffisance des différentes régions.

La transition à long terme vers les énergies renouvelables modifiera certaines de ces logiques ; elle pourrait dépendre de la création de nouvelles incitations à plus long terme, qui enverront le signal à l’État, aux investisseurs et aux entreprises d’investir dès à présent dans les énergies renouvelables plutôt que dans les énergies fossiles. La Chine a adopté plusieurs réformes de son marché susceptibles de compléter ou de remplacer les objectifs administratifs et les subventions en faveur des énergies renouvelables, mais ces réformes ont été orientées vers une conformité de court terme. Par exemple, l’Obligation du Renouvelable chinoise (Renewable Obligation), qui oblige les régions et les réseaux de distribution à atteindre un quota de consommation d’énergies renouvelables, ne prévoit que des objectifs à l’horizon de deux ou trois ans(34). De même, le système chinois d’échange de quotas d’émission (Emissions Trading Scheme), récemment mis en place, se concentre sur la conformité des grandes entreprises du secteur de l’électricité en utilisant des grilles d’émissions pour les centrales à charbon et les autres centrales thermiques, au lieu d’un marché carbone ou d’une taxe carbone(35).

À l’heure actuelle, les grilles ne sont établies qu’un an à l’avance. Par conséquent, la Renewable Obligation et le système d’échange de quotas d’émission ne donnent au marché aucun signal susceptible d’encourager les investissements futurs dans les énergies bas-carbone ou de dissuader les investissements dans les infrastructures exploitant le charbon ou d’autres énergies fossiles - sauf dans la mesure où les acteurs du marché peuvent anticiper les futurs choix du gouvernement sur ses objectifs à long terme et sur l’évolution de ces mécanismes(36). Par conséquent, des objectifs tels qu’atteindre le pic d’émissions carbone d’ici 2030 et la neutralité carbone d’ici 2060, ainsi que la manière dont les responsables locaux les mettent en œuvre, jouent un rôle primordial dans les décisions d’investissement des entreprises d’État et des différentes régions.

Bien que ces institutions et mécanismes de marché ne semblent jusqu’à présent offrir qu’un soutien modeste à la transition énergétique en Chine, il est largement reconnu en Europe et aux États-Unis que la transition bas-carbone
nécessitera une combinaison de mesures administratives et de marché, et que les réformes du marché telles que les marchés au comptant et les prix du carbone ne sont pas suffisantes(37). Les mécanismes de marché n’ont sans doute joué qu’un rôle périphérique dans l’augmentation de la capacité éolienne et solaire en Europe et en Amérique du Nord ; ce sont au contraire les normes relatives aux portefeuilles d’énergies renouvelables, les objectifs gouverne-
mentaux, les subventions à la R&D et les tarifs de rachat et de facturation nette qui ont joué un rôle important(38).

Finalement, les prix du carbone et les transactions d’énergie renouvelable ne montreront peut-être toute leur efficacité que lorsque l’énergie bas-carbone sera établie comme une industrie économiquement viable et compétitive, bénéficiera d’un appui politique et qu’il sera prouvé que les pays qui utilisent abondamment le solaire et l’éolien peuvent, malgré le caractère intermittent de ces énergies, fonctionner sans expérimenter des coupures de courant ou des variations de prix inacceptables. Ainsi, en Europe et aux États-Unis, les premières mesures de soutien ont créé des réactions politiques favorables qui
ont finalement aidé à établir des institutions (marchés au comptant priorisant les énergies renouvelables, régulateurs et distributeurs qui acceptent l’électricité produite par les consommateurs, etc.) qui continuent de soutenir l’énergie bas-carbone même après la fin des subventions(39).

Dans ce contexte, la Chine a sans doute réussi à ouvrir la voie à des réactions politiques positives, à la fois par un soutien de haut niveau en faveur d’un changement des paradigmes et des institutions de l’énergie, et par la création d’une solide industrie nationale de l‘énergie bas-carbone, intégrée dans le régime technico-économique du secteur de l’électricité. Si le sujet continue de bénéficier d’une traction politique favorable, les responsables régionaux et les entreprises d’État pourraient de plus en plus assister à des retours sur investissement croissants dans les énergies bas-carbone, et ce bien que les incitations actuelles favorisent toujours les investissements à long terme dans
les énergies fossiles. Cependant, de nombreux obstacles subsistent :
• l’organisation du secteur de l’énergie favorise la production d’une électricité non-intermittente à partir de centrales électriques centralisées appartenant à de puissantes entreprises d’État, ainsi qu’un approvisionnement énergétique à partir des combustibles fossiles nationaux ;

• les préoccupations de longue date des décideurs politiques concernant l’emploi dans le secteur du charbon, notamment dans l’exploitation minière et la production d’électricité ;

• une conception institutionnelle de la planification administrative qui pourrait faire résistance face au rôle croissant du marché au comptant ou du marché du carbone dans la fixation des prix de l’énergie ;

• l’impératif institutionnel de prévenir les risques financiers au sein des entreprises publiques d’électricité qui possèdent des actifs dans les énergies fossiles, et parmi les gouvernements régionaux qui sont exposés financièrement ou économiquement à l’industrie des énergies fossiles.

Ces facteurs laissent présager une évolution graduelle et sur le long-terme du bouquet énergétique, alors même que le bilan économique des énergies renouvelables s’améliore et que les arguments en faveur de nouveaux investissements dans les combustibles fossiles se font plus minces.

La Chine dispose-t-elle de la technologie et des innovations nécessaires pour atteindre la neutralité carbone ?

Pour atteindre ses objectifs, la Chine a besoin d’environ 10 fois plus de capacités de production éolienne et solaire.

Le développement des énergies renouvelables est un point essentiel pour que la Chine atteigne ses objectifs, à savoir atteindre son pic d’émissions d’ici 2030 et atteindre la neutralité carbone d’ici 2060. Différents analystes chinois et internationaux ont élaboré des projections et des scénarios pour atteindre la neutralité carbone à long terme ; elles donnent toutes une place centrale aux renouvelables.
• Une analyse de l’Institut du changement climatique et du développement durable de l’université Tsinghua, publiée en 2020 peu après que la Chine ait annoncé son objectif de neutralité carbone d’ici 2060, prévoit que les énergies non fossiles, y compris le nucléaire, fourniront 85 % de l’énergie primaire d’ici 2050, dont une grande partie provenant de sources renouvelables(40). Selon l’université Tsinghua, la grande majorité des centrales au charbon seront mises hors service bien avant 2050 et seule une petite partie sera équipée de la technologie de capture et de stockage du carbone (CCS).

• Une analyse réalisée en 2019 par le Centre national chinois des énergies renouvelables prévoit que, dans le cadre du scénario des deux degrés, la Chine tirera 58 % de son énergie primaire des énergies renouvelables d’ici à 2050, ce qui impliquerait l’installation de 2 600 GW d’énergie éolienne et de 2 800 GW d’énergie solaire à cette date, soit un peu plus de 10 fois la capacité existant en 2020(41).

• Dans le cadre du scénario le plus ambitieux, une étude réalisée en 2020 par le Lawrence Berkeley National Laboratory a suggéré que si les tendances actuelles du coût de l’énergie éolienne et solaire se poursuivent, la Chine pourrait atteindre 62 % d’énergie provenant de sources renouvelables pour un coût inférieur à celui du scénario business-as-usual dès 2030, ce qui impliquerait une capacité éolienne et solaire d’environ 2 000 GW chacune(42).

Ces objectifs et ces projections sont sans aucun doute ambitieux, d’autant plus qu’ils sont bien supérieurs à la croissance déjà enregistrée dans les secteurs éolien et solaire chinois au cours de la dernière décennie, qui reposait largement sur des subventions et des politiques de soutien. À l’avenir, l’expansion des énergies renouvelables dépendra principalement de conditions économiques favorables et, comme nous le verrons plus loin, de réformes
du marché.

La baisse des prix va se poursuivre

À l’aune de la baisse des coûts des énergies renouvelables, les projections de croissance rapide de l’éolien et du solaire semblent plus réalistes. L’Agence internationale pour les énergies renouvelables (IRENA) a noté en 2020 qu’au niveau mondial, la construction de nouvelles installations éoliennes et solaires est moins coûteuse que celle des nouvelles centrales à combustibles fossiles, respectivement pour les trois quarts et les deux cinquièmes d’entre elles, et que les énergies renouvelables sont de plus en plus compétitives vis-à-vis du coût d’exploitation des centrales fossiles existantes(43). En Chine, où les sub-
ventions pour les nouveaux projets éoliens et solaires sont progressivement supprimées, certains projets récents proposent déjà une électricité moins chère que celle issue du charbon. D’après les prévisions de l’Association chinoise de l’industrie solaire, le solaire photovoltaïque pourrait atteindre la parité en 2021(44). Une étude publiée en 2019 dans Nature Energy sur les coûts des projets solaires photovoltaïques chinois de grande échelle a révélé
que les projets non subventionnés fournissent déjà de l’électricité moins chère que celle issue du charbon dans la plupart des villes et des régions chinoises(45).

Une étude réalisée en 2021 par le Rocky Mountain Institute montre également qu’en 2020, les prix proposés dans les appels d’offre pour les nouveaux projets solaires non subventionnés étaient égaux ou proches des prix du charbon dans la plupart des provinces chinoises, et que les prix des appels d’offre de 2021 tomberaient probablement en dessous des prix du charbon. L’étude suggère également que le coût actualisé de l’électricité (levelized cost of electricity,
ou LCOE) éolienne est déjà inférieur au prix du charbon dans les provinces(46).

La baisse des prix de l’éolien et du solaire a des retombées directes sur l’activité du secteur. Depuis 2018, la Chine a progressivement cherché à réduire ou à éliminer les tarifs de rachat subventionnés de l’éolien terrestre et
du solaire photovoltaïque de grande échelle. Présentement, la politique de soutien de la Chine en faveur de l’éolien et du solaire consiste en des appels d’offres pour des contrats d’achat d’électricité sur 20 ans, à des prix inférieurs ou égaux aux prix locaux du charbon. En 2019, la Chine a approuvé 4,5 GW d’énergie éolienne non subventionnée et 14,8 GW d’énergie solaire photovoltaïque non subventionnée(47). En novembre 2020, ces montants
avaient plus que doublé pour atteindre 11,4 GW d’éolien et 33 GW de solaire(48).

Mais la parité des coûts n’est qu’un aspect de la question : le choix de la centrale à construire ne dépend pas uniquement du coût actualisé de l’énergie. Le caractère intermittent de l’énergie éolienne et solaire nécessite généralement davantage de souplesse de la part des centrales, des lignes de transmission permettant d’atteindre une zone géographique plus large (ce qui réduit la variabilité, en particulier pour l’énergie éolienne), une demande capable de répondre de manière dynamique aux variations à court terme de l’offre d’énergie et, potentiellement, une capacité de stockage de l’énergie.

Selon une analyse de l’Institut chinois de recherche sur l’énergie et de GIZ, le système électrique chinois est actuellement moins souple que celui de l’Allemagne, ce qui entrave l’adoption de sources renouvelables intermittentes ; un problème qui pourrait être résolu dans un délai relativement court et qui ne devrait pas constituer d’obstacle technique insurmontable à l’objectif de neutralité carbone de la Chine d’ici 2060(49). Au fur et à mesure que le coût des énergies renouvelables diminue, une dynamique s’enclenche pour résoudre les obstacles techniques, institutionnels, politiques et commerciaux à la transition énergétique.

La croissance des énergies renouvelables dépend à la fois du passage à l’échelle et de l’innovation, et la Chine devient plus innovante, du moins dans certains domaines de l’énergie bas-carbone.

Journalistes et partisans de l’énergie bas-carbone citent la loi de Moore et la loi du retour accéléré de Ray Kurzweil pour soutenir l’idée que l’énergie renouvelable pourrait se développer bien plus rapidement au niveau mondial que ne le laissent entendre la plupart des prévisions énergétiques conventionnelles(51). Ainsi, un article publié en 2014 par Greentech Media soutenait, en citant Kurzweil, que le solaire pourrait dominer la production d’électricité d’ici 20 ans ; de même, un article de 2013, écrit par un partisan des véhicules électriques, suggérait que les véhicules électriques à batterie pourraient dominer le marché dans le monde entier d’ici 2030(52). L’éolien et le solaire sont déjà à parité de prix ou presque sur la base d’un coût actualisé de l’énergie. Mais la baisse des prix va-t-elle se poursuivre, et cette tendance dépendra-t-elle de la capacité d’innovation de la Chine ?

La littérature économique sur les taux d’apprentissage et leur application aux énergies bas-carbone peut apporter plusieurs réponses à cette question. Tout d’abord, si l’on considère la production mondiale cumulée d’énergie éolienne et solaire, il existe une série d’estimations du taux d’apprentissage - la baisse du coût pour chaque doublement de la capacité d’une technologie donnée - qui montrent que le taux d’apprentissage de l’énergie éolienne est d’environ 5 à 10 %, celui de l’énergie solaire de 20 à 30 % et celui du stockage d’énergie par batterie de 20 %(53). Sur la base de ces taux d’apprentissage, les installations renouvelables hybrides combinant l’éolien, le solaire et le stockage d’énergie deviendraient compétitives d’ici le milieu des années 2020(54).

Ces chiffres masquent les nombreux facteurs sous-jacents à la baisse de coûts. Ainsi, une étude du MIT de 2018 a montré que la baisse des coûts du solaire photo-voltaïque dans les années 1990 et 2000 était due à la R&D et à la diffusion de la technologie, tandis qu’à la fin des années 2000 et au début des années 2010, la production industrielle à grande échelle et le savoir-faire qui y était lié étaient prépondérants(55). Aujourd’hui, l’éolien et le solaire photovoltaïque ont atteint le stade de la commercialisation, tandis que le stockage d’énergie via des batteries en est au premier stade du passage à l’échelle.

De façon anecdotique, les entreprises et les universités chinoises annoncent régulièrement des innovations technologiques, tant au niveau de la R&D que de la fabrication. Par exemple :
• En 2020, NIO a annoncé des batteries à l’état solide avec une densité d’énergie de 360 Wh/kg, et prévoit de les installer dans des véhicules d’ici la fin de 2022(56).

• La centrale solaire flottante de 150 MW à Huainan, dans l’Anhui, était la plus grande centrale solaire flottante du monde lorsqu’elle a été installée, innovant sur la partie flottante comme sur l’ancrage.

La société a également testé les performances de différents modules photovoltaïques sur l’eau, notamment des modules PERC monocristallins, des HIT, des modèles monocristallins bifaces de type N et type feuillets empilés (stacked sheets)(57).

• En mars 2020, Trina Solar a commencé à vendre des modules ultra-haute performance d’une puissance supérieure à 500 W et d’un rendement supérieur à 21 %. Ces produits intègrent un grand wafer en silicium, une découpe non destructive et un assemblage compact(58).

• Dans le domaine de l’éolien, les innovations se concentrent sur la technologie des pales à large envergure et faible vitesse. Le groupe Sino Wind Energy a produit des pales de 59,5 mètres, soit les plus longues de la catégorie 2 MW. En ce qui concerne le matériau des pales, Sinoma Science and Technology a inventé la fibre de verre silicium-aluminium-magnésium à haute résistance, à destination de pales toujours plus grandes(59).

La Chine dispose de l’infrastructure nécessaire pour soutenir l’innovation en matière d’énergie bas-carbone sur le long terme, ce qui devrait contribuer à garantir le développement et le progrès des énergies renouvelables. La Chine dispose en effet de politiques visant à soutenir et à financer directement l’innovation ; les dépenses de R&D du pays en matière d’énergie sont importantes, les politiques environnementales et énergétiques du pays sont favorables au développement et au déploiement à long terme des énergies bas-carbone, et les entreprises reçoivent des orientations claires en matière d’innovation dans le secteur.

La Chine a adopté des politiques pour soutenir et orienter l’innovation en matière d’énergie bas-carbone :

Le 13ème plan quinquennal chinois pour le développement de l’énergie solaire présente différents objectifs en matière de technologie solaire, visant à augmenter le rendement de conversion de l’industrialisation des cellules photovoltaïques avancées en silicium cristallin à 23 %, et à développer la technologie des couches minces(60).

• En 2016, la Commission nationale du développement et de la réforme a également fixé des objectifs de développement stratégique pour l’éolien. Le gouvernement a mis en avant quatre domaines d’innovation : les équipements éoliens de grande taille, la construction de systèmes en mer (offshore), l’exploitation groupée de parcs éoliens basée sur le big data et le cloud computing, et le recyclage des équipements usagés(61).

• L’Administration nationale de l’énergie a établi des objectifs similaires pour le stockage de l’énergie, en mettant l’accent sur le développement du stockage des énergies renouvelables, les micro-réseaux, la réduction du coût du stockage et l’amélioration de la sûreté et de la sécurité du stockage de l’énergie(62).

• En octobre 2020, le Conseil d’État chinois a présenté les innovations énergétiques pour les véhicules comme des domaines d’innovation clés pour les 15 prochaines années. Sont notamment concernées les batteries, les réseaux intelligents et l’amélioration des infrastructures de recharge(63).

Des dépenses de R&D considérables pour les énergies bas-carbone

Les dépenses de la Chine en matière de R&D énergétique ont augmenté et représentent une grande partie des dépenses gouvernementales de R&D au niveau mondial. D’après l’Agence internationale de l’énergie, la Chine représentait environ 24 % des dépenses gouvernementales de R&D en matière d’énergie en 2019, alors qu’en 2006, elle n’en représentait que 6 %(64). Or il a été démontré que les dépenses gouvernementales en R&D dans un domaine
ou un secteur donné, surtout lorsqu’elles sont soutenues sur de longues périodes, sont corrélées à des innovations dans des domaines connexes(65).

En outre, les investissements mondiaux des entreprises et du capital-risque
dans la R&D énergétique augmentent et ont tendance à se déplacer du secteur des énergies fossiles vers l’énergie bas-carbone(66). Par le passé, la Chine a bénéficié de la diffusion des connaissances de la R&D énergétique du secteur privé grâce aux Investissements Directs Étrangers (IDE) dans le secteur manufacturier et aux efforts déployés pour attirer des scientifiques et des entrepreneurs chinois susceptibles de retourner dans leur pays(67). Plus
récemment, les investissements chinois à l’étranger dans le secteur des énergies bas-carbone devraient provoquer à la fois un transfert de technologie et une innovation du ruissellement (reverse innovation)(68).

Une réglementation environnementale stricte et un soutien politique de long-terme en faveur des énergies bas-carbone sont également corrélés avec l’innovation dans ce domaine(69). Au cours de la dernière décennie, le rachat subventionné des énergies renouvelables et les objectifs de planification quinquennale ont contribué à l’essor des secteurs éolien et solaire. À l’avenir, les quotas d’énergies renouvelables, les échanges de droits d’émission et les objectifs des régions en matière de réduction du carbone seront sans doute plus importants. Ces politiques influencent directement les décisions d’investissement à court terme prises par les entreprises du secteur de l’énergie et les régions, mais elles participent aussi au choix des secteurs innovants prioritaires pour les investissements à plus long terme.

On a longtemps pensé que la Chine était avant tout engagée dans un processus de rattrapage technologique et qu’elle manquait de capacité d’absorption ; mais cette idée ne semble pas rendre compte des changements intervenus au cours de la dernière décennie, qui résultent de la R&D, d’objectifs environnementaux plus stricts et de politiques apportant un soutien sur le long terme aux énergies bas-carbone. Des études universitaires ont montré que la capacité d’innovation de la Chine en matière d’énergie renouvelable est désormais passée, au moins partiellement, du stade du rattrapage technologique à celui du développement complet. La Chine semble occuper une position plus centrale dans le système mondial d’innovation, en particulier dans le solaire et le stockage de l’énergie(70). Il y a dix ans, les entreprises chinoises déposaient peu de brevets sur le solaire et ceux-ci étaient rarement cités en dehors de l’industrie ; or, ces dernières années, les brevets sur le solaire chinois sont parmi les plus cités à l’intérieur de l’industrie comme à l’extérieur. Un changement similaire s’est produit dans le domaine du stockage de l’énergie. En revanche, dans le domaine de l’éolien, où la Chine est également en tête pour le nombre d’installations annuelles, le pays semble se concentrer sur une innovation plus périphérique, et reste relativement dépendant des technologies étrangères(71). Les turbines nationales y coûtent moins cher, mais offrent des performances inférieures à celles des États-Unis(72).

Pourquoi la Chine n’est-elle leader que de certaines énergies bas-carbone ? Quel impact cette situation pourrait avoir sur l’avenir du bas-carbone en Chine ? Plusieurs facteurs sont à l’œuvre. Premièrement, de par leur plus faible nombre de composants brevetés, le solaire et les batteries semblent plus accessibles, et l’analyse des brevets suggère que l’innovation dans ces domaines dépend de la R&D des matériaux et de l’électronique, tandis que l’éolien, comme d’autres technologies, demande à la fois une innovation sur les matériaux et sur l’ingénierie mécanique(73). Le marché de l’éolien est dominé par quelques grands acteurs qui fabriquent des équipements d’envergure pour des dispositifs de plusieurs mégawatts, tandis que les secteurs du solaire et du stockage se caractérisent par une fabrication plus accessible car standardisée et une forte concurrence sur les prix entre des producteurs de composants plus petits comme les cellules, les packs et les modules. Les politiques chinoises de développement éolien ont encouragé les exigences de contenu national et ont soutenu une production sur le territoire national en assurant des revenus stables grâce au régime des tarifs de rachat subventionnés. La dynamique a été différente dans le secteur solaire où, étant donné le caractère compétitif du marché de l’export au niveau mondial et la multiplicité des acteurs, l’innovation était nécessaire pour suivre la baisse des prix(74).

La revue de littérature ci-dessus suggère que la Chine dispose déjà d’un grand nombre de systèmes d’innovation et des politiques de soutien nécessaires pour continuer à développer les énergies renouvelables. Mais la diffusion de cette innovation connaîtra-t-elle la fameuse courbe en S, anticipée par certains promoteurs de l’industrie en Chine et dans le monde entier ? Contrairement aux logiciels, aux appareils électroménagers ou à l’électronique grand public, domaines où l’adoption et la diffusion de technologies a récemment suivi des courbes en S(75), l’innovation dans le domaine de l’énergie est généralement durable (elle doit perdurer durant des décennies, ou plus), à forte intensité capitalistique, et dépend de systèmes complexes tels que les réseaux électriques, des marchés de l’énergie favorables et enfin de l’approvisionnement en ressources (notamment l’acier pour les éoliennes, des matériaux coûteux tels que l’argent pour le photovoltaïque, ou encore le cobalt et le nickel pour les batteries).

Un article de 2012 passe en revue les facteurs structurels qui déterminent la vitesse d’adoption ou de diffusion des technologies bas-carbone(76), leur application à la Chine est présentée en Figure 4.

Parmi les facteurs énumérés dans le tableau de la Figure 4, la Chine semble avoir surmonté un certain nombre d’obstacles structurels. Elle semble disposer d’un écosystème d’innovation adapté, d’une demande d’énergie bas-carbone régulière et en croissance, d’une main-d’œuvre abondante, de retours positifs de la part d’une industrie désormais bien établie et d’un environnement politique favorable. En termes de mise au point de politiques « techniques », de connaissances du marché et plus généralement de structuration du secteur de l’énergie, la Chine compte de nombreux experts et leaders industriels qui plaident en faveur d’un changement de paradigme général, tel que l’incarne le gouvernement central sous la forme de mesures soutenant une révolution générale de la consommation et de la production d’énergie, dont l’objectif ultime constitue la neutralité carbone d’ici 2060. Cependant, le paradigme actuel reste prédominant : la production est centralisée, issue de grandes centrales à charbon et hydroélectriques, dominée par de grandes sociétés étatiques, et orientée vers une sécurité énergétique garantie par une importante base de production stable sur le réseau (baseload power).

Conclusion

Bien que le système énergétique du pays reste tributaire des sources d’énergie fossiles, la transition de la Chine vers les énergies renouvelables est en bonne voie, comme le montrent l’augmentation de la capacité des sources d’énergie bas-carbone ainsi que leur augmentation progressive dans le mix énergétique. Des réformes institutionnelles sont également en cours, notamment en ce qui concerne les marchés au comptant et l’échange de droits d’émission (carbon trading), même si ces deux éléments en sont encore à un stade précoce. Le système d’innovation du pays s’est développé et s’est technicisé, permettant à la Chine de sortir de la phase de rattrapage technologique. Compte tenu des conditions économiques déjà favorables et du taux d’apprentissage actuel pour l’éolien, le solaire et le stockage d’énergie, ces technologies devraient continuer à se développer régulièrement, rendant ainsi possible une transition bas-carbone dans le secteur de l’électricité en Chine.

Références

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