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Le développement des énergies renouvelables implique de grands changements dans les réseaux électriques

Le développement des énergies renouvelables implique de grands changements dans les réseaux électriques

Jamais remarqués jusqu’à ce que les choses tournent mal, les opérateurs de réseau du monde entier travaillent seconde par seconde pour équilibrer la demande d’électricité avec l’offre.

Cela signifie garder un œil sur les centrales électriques, les parcs solaires et les éoliennes. Cela signifie regarder les prévisions météorologiques pour prédire quand les gens allumeront le chauffage et les programmes télévisés pour savoir quand les fans de sport ouvriront le réfrigérateur pour un verre à la mi-temps.

Alors que nos sources d’électricité passent des combustibles fossiles aux énergies renouvelables, les gestionnaires de réseau changent également leur façon de travailler. « C’est un grand défi technique », déclare Rob Maher, professeur de génie électrique à la Montana State University.

Selon l’ancien modèle, les combustibles fossiles étaient brûlés dans les centrales électriques. Ceux-ci sont généralement construits à proximité des endroits où l’électricité est nécessaire, dans les villes ou les centres industriels, et la production augmente et diminue pour répondre à la demande. De grandes quantités de charbon, de pétrole et de gaz sont transportées de la mine ou du puits à la centrale électrique par la route, le rail, le canal et la mer.

Dans le nouveau monde de la pénétration croissante des énergies renouvelables, où et quand l’électricité est produite change. Les panneaux solaires sont répartis sur les toits, tandis que les centrales éoliennes et solaires à grande échelle sont situées dans des endroits venteux et ensoleillés, qui peuvent ne pas être proches des centres urbains. Comme les retardataires du climat aiment le souligner, le soleil ne brille pas toujours et le vent ne souffle pas toujours.

Les anciennes méthodes n’étaient pas parfaites pour la sécurité énergétique. Les approvisionnements en combustibles fossiles ont été perturbés par des pipelines gelés, des canaux bloqués, des terminaux en feu, des grèves, des conflits et des sanctions internationales. Une panne mécanique dans une centrale électrique conventionnelle peut mettre une grande partie de l’approvisionnement hors ligne.

Les énergies renouvelables sont plus résilientes à bien des égards, mais soulèvent des défis différents, appelant des solutions différentes. Alors que les pays du G7 prévoient de décarboniser complètement leurs systèmes électriques d’ici 2035, le stockage flexible et les mises à niveau du réseau sont essentiels.

Stockage d’électricité

Une partie de la réponse consiste à stocker l’énergie lorsque le soleil brille et que le vent souffle afin qu’elle puisse être utilisée lorsqu’ils ne le sont pas. Les batteries peuvent ainsi stocker de l’énergie. C’est ainsi que votre télécommande à piles fonctionne sans dépendre d’une centrale électrique ou d’un panneau solaire.

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Faire cela à une échelle suffisamment grande est un défi. L’Agence internationale de l’énergie estimations que le monde a besoin de 585 gigawatts de stockage de batterie d’ici 2030 pour atteindre le zéro net d’ici 2050. Actuellement, il dispose de 17 GW.

Selon Xing Zhang, analyste du Centre de recherche sur l’énergie et l’air pur, la technologie des batteries n’est actuellement “pas assez mature pour fournir une charge électrique de base à intensifier en cas de besoin”. Selon l’AIE, “une mise à l’échelle rapide est essentielle… pour faire face à la variabilité d’heure en heure de l’éolien et du solaire”.

L’hydroélectricité est une autre façon de stocker l’électricité. C’est là que l’eau est pompée d’un réservoir inférieur vers un réservoir supérieur lorsque l’électricité est abondante. Il est ensuite libéré lorsque l’alimentation électrique est faible. Il fait tourner une turbine pour produire de l’électricité. C’est ainsi que les États-Unis magasins 95% de son énergie et le département de l’énergie dit que c’est “vital pour la fiabilité du réseau”.

Lignes de transmission

La variabilité peut également être gérée en connectant un réseau à un autre. Ainsi, si le Royaume-Uni a besoin d’acheter de l’électricité parce que le vent ne souffle pas, il peut en acheter en France, où il peut y avoir un excès d’électricité.

Les réseaux sont reliés les uns aux autres par des câbles à haute tension appelés interconnecteurs. Le Royaume-Uni a des liens avec la France, la Belgique, la Norvège et les Pays-Bas et en construit un nouveau avec le Danemark.

La Chine a construit des milliers de kilomètres de lignes de transmission à ultra haute tension pour transporter l’électricité des parcs éoliens et solaires de l’ouest jusqu’à l’endroit où la plupart des gens vivent à l’est.

Une récente université de Princeton rapport ont constaté que les États-Unis doivent doubler le rythme auquel ils construisent des lignes de transmission pour réaliser le potentiel de leur législation climatique Inflation Reduction Act.

De même, un rapport du Centre pour le progrès social et économique, a constaté que l’Inde devait construire des lignes de transmission pour acheminer l’énergie solaire de l’ouest et l’énergie éolienne du sud vers le reste du pays. Cela sera facilité, a-t-il constaté, par le fait que l’Inde n’a qu’un seul réseau.

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En février 2021, l’État américain du Texas a montré ce qui peut arriver lorsque votre réseau n’est pas connecté. Les États-Unis réglementent les réseaux électriques qui sont connectés à d’autres réseaux. Pour éviter la réglementation de Washington, les politiciens texans ont décidé de ne pas connecter leur réseau à d’autres.

Puis le temps est devenu anormalement froid. La demande d’électricité a grimpé en flèche et les infrastructures énergétiques ont gelé, provoquant des pannes de courant dans tout l’État et laissant les Texans frissonner chez eux. Parce que leur réseau n’était pas connecté aux autres États, il leur était plus difficile d’acheter l’électricité dont ils avaient tant besoin.

Bien que ces pannes aient été principalement causées par des défaillances des infrastructures de combustibles fossiles, la leçon était qu’un réseau isolé est un réseau non sécurisé.

Générateurs de secours

En plus de poursuivre ces améliorations de la capacité du réseau à gérer les énergies renouvelables, de nombreux gouvernements du monde entier se tournent vers des sources non renouvelables pour fournir une alimentation de secours. Il peut s’agir de tout ce qui ne dépend pas des conditions météorologiques et peut être activé et désactivé par les humains, généralement en faisant tourner leurs turbines plus rapidement.

Il existe des options qui ne contribuent pas au réchauffement climatique, notamment l’énergie nucléaire et géothermique. L’hydroélectricité est vulnérable à la sécheresse, mais tant qu’il y a suffisamment de précipitations pour maintenir le niveau des réservoirs, elle peut être distribuée à la demande.

Les options polluantes comprennent les combustibles fossiles comme le charbon, le pétrole et le gaz. Leurs effets sur le climat peuvent être atténués, mais pas éliminés, grâce à une technologie coûteuse de captage et de stockage du carbone.

Les gouvernements ont justifié une série de projets sur la base de l’alimentation de secours. Selon Zhang, la Chine permet aux développeurs d’énergies renouvelables de construire des centrales électriques au charbon à côté de leurs parcs solaires ou éoliens pour cette raison, classant les projets combinés comme énergie verte.

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L’idée est que les centrales électriques au charbon peuvent fonctionner à un taux de production très faible lorsque leur électricité n’est pas nécessaire, explique Zhang. “Mais, pour être honnête, vous ne pouvez pas aller trop bas”, dit-elle, en comparant cela au fait de baisser le gaz de cuisson au réglage le plus bas et qu’il s’éteigne complètement.

En Californie, l’administration du gouverneur Gavin Newsom a construit centrales à gaz et générateurs diesel à utiliser en dernier recours, lorsque la production renouvelable est trop faible pour répondre aux besoins énergétiques.

“Ils ressemblent essentiellement à de gros moteurs d’avion”, explique Maher. “L’avantage est qu’ils peuvent être étranglés très rapidement. Mais si votre objectif est d’avoir plus de sources d’énergies renouvelables, alors compter sur des turbines à gaz naturel n’est peut-être pas le résultat le plus souhaitable. Mais pour le moment, c’est un peu comme ça qu’il faut faire. »

L’Australie-Méridionale, en revanche, est sur le point de prouver qu’un réseau principalement alimenté par l’éolien et le solaire peut fonctionner sans énergie fossile. L’opérateur du marché a réduit le nombre de générateurs de gaz de quatre à deux l’an dernier et cherche à le réduire à un.

Alors que les détracteurs des énergies renouvelables se concentrent sur ce qui se passe lorsque le soleil ne brille pas ou que le vent ne souffle pas, il y a un revers de la médaille. Lorsque le soleil brille fort et que la demande d’électricité est faible, les opérateurs de réseau peuvent la vendre à bas prix ou même payer des entreprises ou des ménages pour l’utiliser.

De plus en plus, la technologie intelligente permet aux clients professionnels et même aux ménages de jouer un rôle actif dans l’équilibrage du réseau, grâce à la réponse à la demande.

“Le plus important est de penser à l’intégration rentable des énergies renouvelables”, déclare la chercheuse E3G Vilislava Ivanova. “Vous pouvez le faire plus efficacement avec des systèmes d’alimentation flexibles et cela permet aux consommateurs, aux fournisseurs et aux opérateurs de réseau de mieux gérer la demande à l’avenir.”

La réponse à la demande sera explorée en détail dans le prochain article de notre série en quatre parties sur l’avenir de l’énergie. Image principale : Stephen Edmonds/Flickr.

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