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  • Pour obtenir un réseau électrique hautement renouvelable, construire plus d'énergie solaire et éolienne que nécessaire

    Augmenter le potentiel de l'énergie solaire plus que nécessaire pourrait remplacer un stockage d'énergie plus coûteux. Crédit :Jamey Stillings, CC BY-SA

    Le célèbre inventeur Edwin Land a dit, "Ce n'est pas que nous ayons besoin de nouvelles idées, mais nous devons arrêter d'avoir de vieilles idées. » Il semblait nous dire que les solutions se situent juste au-delà de nos vieilles habitudes de pensée.

    Villes, les États et les pays du monde entier s'engagent dans des économies d'énergie propre qui fonctionnent à des niveaux très élevés, voire 100 %, d'énergie renouvelable. Dans l'état de New York seulement, quatre projets de loi concurrents ciblent 50 à 100 % d'énergies renouvelables d'ici 2040.

    De façon réaliste, seules deux sources d'énergie renouvelable sont suffisamment importantes pour atteindre ces objectifs de pénétration très élevée du côté de l'offre aux États-Unis :le solaire (de loin) et l'éolien.

    Les deux, cependant, sont des ressources variables, fonction de la météo ainsi que des cycles quotidiens et saisonniers. Par conséquent, ils doivent être « raffermis, c'est-à-dire capable de fournir de l'électricité à la demande, afin de remplacer les ressources fossiles qui peuvent être expédiées selon les besoins. Sur la base de nos recherches, nous soutenons que cette transformation du pouvoir ferme est non seulement possible, c'est aussi abordable, si nous arrêtons d'avoir de vieilles idées.

    Un retranché, et très répandu, L'idée, probablement due aux prix historiquement élevés des énergies renouvelables, est que toute l'électricité produite par les ressources renouvelables doit être vendue au fur et à mesure qu'elle est produite. L'idée de rejeter la production éolienne ou solaire disponible est anathème, imposée aux producteurs d'électricité lorsque la production à partir de ces sources dépasse ce que le réseau peut accepter.

    Cette vieille idée ignore une proposition fondamentale :surdimensionner et réduire proactivement l'éolien et le solaire. Cependant contre-intuitif, une étude que nos collègues et nous avons menée montre que ces étapes sont la clé de la voie la moins coûteuse vers un réseau électrique alimenté en grande partie par le solaire et l'éolien.

    Pesée contre le stockage d'énergie

    Le raisonnement derrière le surapprovisionnement solaire et éolien est simple :

    • Le stockage d'énergie est le seul ingrédient essentiel nécessaire pour combler la variabilité des énergies renouvelables lorsque le soleil ne brille pas ou que le vent ne souffle pas. Ces écarts comprennent des périodes intra-journalières, telles que les heures de pointe de demande pendant la journée et la nuit, et plus important, des écarts plus importants sur plusieurs jours et saisonniers dus à des conditions soutenues de faible ensoleillement ou de vent faible. Pour le stockage, les opérateurs de réseau - les organisations qui s'assurent que l'approvisionnement en électricité correspond à la demande à mesure qu'elle augmente et diminue au cours de la journée - dépendent généralement de réservoirs d'eau appelés hydropompes ou, pour des périodes plus courtes, piles.
    • Le stockage devient moins cher, mais même en supposant les projections de coûts à long terme les plus optimistes, notre étude nous a conduit à conclure qu'appliquer le stockage seul à l'éolien ferme ou au solaire restera prohibitif en raison de l'importance des écarts de plusieurs jours et saisonniers. L'éolien et le solaire deviennent également beaucoup moins chers, surtout solaire, au point où la surconstruction est de plus en plus abordable. Cela est vrai même lorsque la production des générateurs éoliens et solaires est essentiellement sous-évaluée, ou "réduit, " et non injecté dans le réseau.
    • Le surdimensionnement réduit les écarts de production car une plus grande production d'énergie est disponible pendant les périodes de faible disponibilité solaire et éolienne. La surconstruction réduit également les besoins de stockage.

    "Raffermir" en surcapacité

    Aujourd'hui, la pratique réglementaire actuelle de l'électricité solaire et éolienne favorise la maximisation de la production à tout moment. Les entreprises qui exploitent ces installations cherchent à vendre toute leur production aux prix les plus élevés, la réduction de la production est donc considérée comme une perte de revenus.

    Cette vieille idée opérationnelle inhibe la transition vers le recours à l'énergie solaire et éolienne comme ferme, sources à la demande, puisque toute leur sortie n'est utilisée que lorsqu'elle est disponible. Cette approche maintient également les énergies renouvelables à la marge.

    Ce graphique montre comment fournir de l'énergie éolienne et solaire 24 heures sur 24 avec stockage reste seulement beaucoup plus cher que la «parité réseau, ’ le coût de l’électricité fournie par le gaz naturel (B). Mais le stockage combiné à un excès d'énergie éolienne et solaire qui est réduit environ 30% du temps peut être moins coûteux que la parité réseau et fournir de l'électricité à la demande. Crédit :Richard Perez, Karl R. Rabago, CC BY-ND

    Comment un réseau avec des ressources solaires et éoliennes surdimensionnées fonctionnerait-il dans la pratique ? Disons que l'opérateur d'un réseau électrique régional a besoin de X mégawattheures/jour pour répondre à la demande. Aujourd'hui, les parcs solaires de cette région ne peuvent satisfaire ou dépasser cette demande que les jours de plus forte production, comme les jours clairs en été. Les autres jours, les écarts de production sont comblés par le stockage.

    Par contre, lorsque la ressource solaire est surdimensionnée, que le générateur solaire peut répondre à la demande de X MWh/jour plus de jours dans l'année et qu'il y a moins de lacunes - par conséquent, il y a moins de fois où le stockage d'énergie est nécessaire pour combler les lacunes.

    Une fois raffermi grâce à une combinaison de surprovisionnement et de stockage, les ressources d'énergie renouvelable variables deviennent effectivement distribuables - capables de fournir de l'électricité en cas de besoin - et fonctionnellement équivalentes aux centrales électriques traditionnelles. De cette façon, les énergies renouvelables peuvent remplacer ces générateurs sans réingénierie majeure du réseau.

    Notre équipe a modélisé une solution à haute énergie solaire et surdimensionnée pour l'état pas particulièrement ensoleillé du Minnesota. L'objectif était de déterminer la combinaison la moins coûteuse d'énergie solaire connectée au réseau, vent et stockage nécessaires pour fournir 24 heures sur 24, services énergétiques toute l'année.

    L'étude démontre qu'il est possible de surmonter la variabilité naturelle de l'énergie solaire et éolienne à des coûts inférieurs aux coûts actuels du réseau (ce qu'on appelle la « parité réseau ») en augmentant les ressources solaires et éoliennes et en adoptant une stratégie d'exploitation du réseau permettant environ 20 à 40 % la réduction de la production d'énergie excédentaire. Le stockage d'énergie est également utilisé dans notre modèle, mais la rentabilité supérieure résulte directement de la substitution d'une production excédentaire réductible à un stockage plus coûteux.

    Une question légitime à se poser est de savoir quelle serait la surface requise pour un déploiement complet de panneaux solaires photovoltaïques surdimensionnés. Pour le Minnesota, dans le scénario le plus extrême de production de 100% PV en supposant un surdimensionnement d'un facteur deux - ou le double de l'énergie solaire nécessaire pour répondre à la demande actuelle - cette zone s'élèverait à 435 miles carrés, en supposant des panneaux solaires avec une efficacité de pointe de 20%. Cette superficie représente moins de 1 % des cultures cultivées de l'État et la moitié de l'espace urbanisé à haute et moyenne densité.

    Ajuster le fonctionnement du réseau électrique en vrac

    En plus du surdimensionnement, effacement et optimisation du stockage, plusieurs pratiques opérationnelles et de planification, dont certains sont déjà faits maintenant, améliorerait encore la valeur et les performances d'un réseau à haute énergie solaire et favoriserait sa réalisation avec un minimum de perturbations. Ils comprennent:

    Exploiter les performances complémentaires et les profils de fonctionnement variables du solaire et de l'éolien. Dans la plupart des endroits, l'éolien et le solaire ont des profils de production diurnes et saisonniers complémentaires :le vent est plus élevé la nuit et en hiver, PV plus élevé le jour en été.

    Utiliser la gestion de la demande – la pratique consistant à réduire la consommation d'électricité sur les sites des clients d'électricité – comme moyen de minimiser les écarts entre l'offre et la demande.

    Permettre aux opérateurs de réseau d'avoir autorité sur l'implantation et la gestion de la production d'énergie renouvelable dans leurs régions afin que les décisions concernant le moment où la réduction se produit ou le stockage est appliqué soient prises sur une base régionale afin de minimiser les écarts entre l'offre et la demande.

    Une attitude visant à maximiser la production d'énergie renouvelable et à éviter les réductions était logique lorsque la production solaire variable était extrêmement coûteuse et que les solutions raffermissantes étaient encore plus coûteuses. Cependant, réductions récentes et prévues du solaire clé en main, la gestion du réseau et les coûts de stockage modifient l'ensemble de solutions optimales, à commencer par la surconstruction solaire.

    Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.




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