Ce qui suit est un article rédigé par Harsh*t Chatur, un responsable du financement des services publics.
Les opinions exprimées sont celles de l'auteur et ne représentent pas celles de son entreprise.
La transition des ressources d’approvisionnement en électricité des États-Unis vers des ressources 100 % renouvelables signifie la fin de la production d’électricité à partir de centrales électriques à base de combustibles fossiles comme le charbon, le gaz naturel et le pétrole. Le nucléaire, bien que sans carbone, est également souvent ciblé pour des réductions de ressources compte tenu de l'élimination des déchets, de l'empreinte carbone du traitement du combustible et des risques pour la sécurité.
Ces dernières années, les politiciens fédéraux, étatiques et locaux ont de plus en plus introduit des politiques en faveur de projets renouvelables ambitieux, notamment des avantages fiscaux, des normes minimales de portefeuille, des normes d'efficacité des appareils électroménagers et des automobiles, des codes de zonage et de construction et de nombreuses autres politiques économiques. Les politiques créent également souvent des obstacles ou des coûts pour les centrales électriques à combustibles fossiles.
Même si les ressources renouvelables constituent une part importante et croissante du portefeuille, une énergie 100 % renouvelable n’est pas réalisable aujourd’hui aux États-Unis. Voici quelques raisons pour lesquelles des ressources énergétiques 100 % renouvelables ne seront pas réalisables au cours des prochaines décennies.
1. Les ressources d’énergie solaire et éolienne renouvelables ne sont pas des sources d’énergie contrôlables
Les énergies renouvelables sont essentiellement des ressources d’approvisionnement « incontrôlables ». Quand le soleil ne brille pas, les panneaux solaires ne produisent pas d’énergie. Quand le vent ne souffle pas, les éoliennes ne produisent pas non plus. La diminution des conditions, notamment l'ombrage, les nuages et la poussière pour l'énergie solaire et les brises légères pour l'énergie éolienne, réduisent la production d'énergie des actifs renouvelables à des niveaux inférieurs à la capacité installée.
En revanche, la distribution des centrales électriques à combustibles fossiles peut facilement être contrôlée, augmentée et réduite selon les besoins. Les centrales fossiles offrent donc une grande fiabilité, c'est-à-dire que l'électricité peut être produite en cas de besoin. La même chose n’est tout simplement pas possible avec les centrales solaires et éoliennes.
2. Capacité installée solaire et éolienne (MW)
Lors de la conception des ressources énergétiques, on fait la distinction entre l’énergie de production et la capacité. L'énergie de production fait référence à la production d'électricité réelle, souvent mesurée en mégawattheures (MWh) ou en kilowattheures (kWh), tandis que la capacité fait référence à la production électrique maximale dans des conditions données, souvent mesurée en mégawatts (MW) ou en kilowatts (kW).
La capacité installée de 100 MW de centrales électriques au gaz produit plusieurs fois l'énergie électrique (MWh) des mêmes 100 MW de ressources solaires ou éoliennes. Les centrales fossiles peuvent fonctionner et fonctionnent effectivement avec des facteurs de capacité de 80 à 90 %. Les facteurs de capacité moyens des centrales solaires et éoliennes sont d'environ 20 à 25 %, principalement parce que l'énergie éolienne et solaire n'est pas disponible en permanence. Cela signifie que pour produire la même quantité d’énergie que celle générée par une centrale électrique fossile, nous avons besoin de 4 à 5 fois la capacité installée de la capacité éolienne ou solaire.
3. La technologie de stockage doit continuer à évoluer
On pourrait soutenir que l’énergie solaire ou éolienne peut et doit être stockée à l’aide de batteries pour être utilisée lorsque le soleil ne brille pas ou que le vent ne souffle pas. Cependant, aujourd’hui, les technologies de stockage sont coûteuses et ne peuvent stocker l’énergie que pendant de courtes durées. La plupart des grosses batteries peuvent stocker de l’énergie pendant deux à six heures. De plus, les aspects liés à la sécurité, aux risques environnementaux et à la durabilité des batteries continuent d’être testés et d’évoluer. La taille du système doit également être augmentée afin qu’une partie de la capacité totale puisse être utilisée pour fournir de l’énergie en temps réel et qu’une autre partie puisse charger les batteries.
4. Le coût d’investissem*nt initial ($/kWh) des énergies renouvelables est élevé
Au cours de la dernière décennie, les coûts d’investissem*nt initiaux dans les secteurs de l’énergie solaire, éolienne et du stockage ont considérablement diminué. Cependant, elles restent coûteuses par rapport aux nouvelles centrales électriques basées sur des combustibles fossiles comme le gaz naturel. La construction d'une centrale électrique à cycle combiné au gaz coûte environ 1 000 $/kW, tandis que l'énergie solaire et le stockage pourraient coûter entre 1 500 $/kW et 2 000 $/kW et une centrale éolienne.pourrait coûterjusqu'à 4 000 $/kW. Le coût opérationnel des centrales solaires et éoliennes est cependant bien inférieur à celui du gaz, ce qui rend le coût actualisé total de l'énergie (LCOE) pour les énergies renouvelables comparable, voire inférieur, à celui du gaz.
5. La transformation du réseau coûtera cher
Le réseau électrique américain est un système centralisé dans lequel d’énormes quantités d’électricité sont produites dans de grandes centrales électriques et transmises via des lignes de transmission jusqu’aux systèmes de distribution, puis aux utilisateurs finaux. La production d’électricité renouvelable a le potentiel d’être beaucoup plus distribuée et nécessite un réseau très différent pour maintenir la fiabilité et la résilience du système. Avec une combinaison de systèmes d'énergies renouvelables, de stockage et de réponse à la demande, le réseau électrique doit être beaucoup plus intelligent, flexible et sécurisé pour relever les défis des technologies les plus récentes, ainsi que de la production variable et distribuée. Transformer le réseau électrique pour résoudre ces problèmes sera également coûteux. Les énergies renouvelables à grande échelle telles que l’éolien offshore, si elles sont situées loin des zones de demande, pourraient encore augmenter les coûts de transport.
Coûts indicatifs
Supposons qu’une centrale électrique alimente 72 000 maisons dans une ville américaine où un ménage moyen consomme 1 000 kWh d’électricité par mois. La consommation totale par mois est donc de 72 000 MWh.
Cette usine à gaz a un facteur de capacité moyen de 85 %. Ainsi, la taille du système serait de 72 000 MWh/24 heures par jour/30 jours par mois/facteur de capacité de 0,85 ~ 118 MW. En supposant que le coût de construction de l'usine soit de 900 $/kW, le coût total de l'usine à gaz serait de 106 millions de dollars.
En revanche, comparez les coûts d’une centrale solaire. La lumière du soleil n’est pas disponible pendant la nuit et pendant plusieurs jours. Par conséquent, la centrale solaire doit être combinée avec un stockage sur batterie pour les utilisations énergétiques nocturnes. Pour charger la batterie, le système doit augmenter la capacité de la centrale solaire pendant la journée afin que de l'énergie supplémentaire soit stockée pour la nuit.
Par souci de simplicité, supposons que les heures de clarté et les heures de nuit sont réparties à parts égales. Pour la lumière du jour, supposons un facteur de capacité moyen de 20 %, le système a besoin de 100/2/0,2 = 250 MW d'énergie solaire. Pour la nuit, stockez 72 000/2 x 1 000/30 kWh d'électricité, ce qui équivaut à environ 1 200 000 kWh. À 400 $/kWh, le coût en capital initial pour le stockage seul est de 480 millions de dollars.
Le système combiné a besoin de 250 MW supplémentaires d’énergie solaire pour charger ces batteries (en ignorant les pertes de charge/décharge). Ainsi, pour un total de 500 MW d’énergie solaire avec des investissem*nts de 1 500 $/kW, vous devez dépenser 750 M$ pour la centrale solaire.
Par conséquent, pour l’ensemble de l’énergie solaire + batterie, vous dépenseriez environ 1,2 milliard de dollars pour alimenter en électricité les mêmes 72 000 foyers. Cela représente environ 12 fois le coût d’investissem*nt d’une centrale électrique au gaz équivalente. Le multiple sera d'environ 10x si l'on tient compte des incitations fiscales et des subventions (payées par les contribuables et les contribuables), mais dans l'ensemble, il reste très coûteux de construire une centrale solaire et à batteries par rapport à une centrale au gaz naturel.
Si nous visons une énergie 100 % renouvelable, il en coûtera également des milliards de dollars pour remplacer l'alimentation électrique existante à base de combustibles fossiles par des centrales électriques renouvelables, et des ressources plus fermes devront être déployées lorsque le vent ne souffle pas et que le soleil est absent. ça ne brille pas. De plus, cela aura un impact énorme sur les emplois, les infrastructures existantes et l’économie. Diverses parties prenantes à travers le pays doivent décider si ces risques valent la peine d’être pris.
Le bon mélange
Si l’on regarde les statistiques d’aujourd’hui, les énergies renouvelables représentent environ 17 % de l’approvisionnement énergétique total des États-Unis et la transition vers les énergies renouvelables se poursuivra à mesure que les coûts continueront de baisser. De plus, grâce aux initiatives fiscales gouvernementales et à d’autres subventions, les énergies renouvelables remplacent aujourd’hui les centrales fossiles à un rythme beaucoup plus rapide que jamais. Et à l’avenir, il y aura un point de bascule au-delà duquel si nous ajoutons davantage d’énergie renouvelable, le réseau dans son ensemble pourrait devenir peu fiable. Ce point de bascule peut varier d’une région à l’autre et le dépassem*nt peut entraîner des pannes d’électricité.
Ainsi, une énergie 100 % renouvelable n’est pas réalisable aujourd’hui, mais le pays souhaite que les énergies renouvelables utilisent une énergie solaire et éolienne abondante et réduisent la pollution que créeraient autrement les centrales électriques à combustibles fossiles. Dans le même temps, les centrales fossiles sont essentielles à la sécurité énergétique du pays, car le réseau a de plus en plus besoin de davantage de contrôle pour aider à maintenir la fiabilité du système et la résilience du réseau.
Voici la question à un million de dollars, ou plus précisément à un billion de dollars : quel est le point de bascule qui reflète une utilisation efficace des énergies renouvelables et de l’énergie fossile, tout en maintenant les coûts et la pollution à un niveau bas et en garantissant une énergie fiable pour le pays ?
La réponse n’est peut-être pas un ratio universel simple car il dépend de divers facteurs tels que les coûts d’investissem*nt, la disponibilité du carburant, les emplois, les infrastructures existantes et les impacts directs ou indirects sur d’autres industries, etc. Et, même si une estimation est conçue, il continuera à évoluer avec le changement continu des facteurs sous-jacents. L’évolution technologique pourrait fournir une réponse à l’avenir, mais jusqu’à ce que des progrès technologiques, tels que le stockage d’énergie pour une durée plus longue et à moindre coût, se produisent, cette plage optimale est ce que les marchés de l’électricité doivent déterminer.
