L'énergie solaire thermique s'avère être la clé pour que la Chine respecte ses engagements climatiques. Une nouvelle étude examine la meilleure combinaison d'énergies renouvelables pour fournir le coût le plus bas aux opérateurs de systèmes électriques dans deux des provinces chinoises les mieux adaptées pour développer les énergies renouvelables.

Les opérateurs de systèmes électriques chinois doivent investir dans les énergies renouvelables pour respecter les engagements climatiques. L'éolien et le photovoltaïque sont les énergies renouvelables les moins chères, mais ils ne fournissent de l'énergie que lorsqu'il y a du vent ou du soleil. Par contre, l'énergie solaire concentrée (CSP) plus chère, qui peut stocker son énergie solaire à relativement peu de frais, et pour de longues durées, peut fournir de l'énergie à tout moment, jour ou nuit.

Étonnamment, CSP plus cher pourrait finalement s'avérer moins coûteux pour un système électrique avec beaucoup d'énergie renouvelable en raison de sa répartition flexible de jour comme de nuit.

L'étude révèle que si le CSP remplaçait entre 5 % et 20 % de l'énergie photovoltaïque et éolienne prévue dans les provinces du Gansu et du Qinghai, cela apporterait le plus grand avantage aux opérateurs de systèmes électriques, réduire la réduction de l'éolien et du photovoltaïque tout en réduisant les coûts d'exploitation des générateurs de charbon de base, qui doit augmenter et diminuer pour améliorer la production fluctuante provenant de l'énergie solaire et éolienne.

Des études antérieures n'ont analysé les avantages de flexibilité du CSP du point de vue de la maximisation du retour sur investissement pour les investisseurs et développeurs potentiels. La nouvelle étude aide à combler une lacune dans la recherche économique conçue pour maximiser les avantages à long terme de la CSP pour l'ensemble du système électrique.

Les décideurs chinois veulent connaître le meilleur plan

Une équipe de recherche de l'Université Tsinghua de Pékin rapporte ses découvertes dans le numéro de juillet de la revue Applied Energy, in Justification économique de la concentration de l'énergie solaire dans des systèmes électriques à forte pénétration d'énergie renouvelable. Ils ont analysé le rapport coût-bénéfice de divers niveaux de CSP à la place des variables planifiées. Énergie renouvelable (VRE) comme le PV et le vent.

Dans deux provinces en particulier, Qinghai et Gansu, qui prévoient de fournir respectivement 83 % et 104 % de leur charge maximale en VRE, les auteurs ont découvert que le remplacement du CSP entre 5 % et 20 % des VRE entraînerait le coût le plus bas pour l'opérateur du système.

Les articles précédents de ces chercheurs ont fourni des plans de planification du système électrique pour les décideurs politiques chinois à la NDRC.

Auteur principal, le professeur Chongqing Kang, qui dirige le département de génie électrique de Tsinghua, est l'auteur très cité de plus de 300 études sur les énergies renouvelables et la planification et l'exploitation des systèmes électriques. Deuxième auteur, Professeur agrégé Ning Zhang, s'est concentré sur l'analyse et l'optimisation des énergies renouvelables dans le système électrique.

« Nous avons eu une collaboration très étroite avec ce gouvernement, " Le professeur Kang a déclaré à SolarPACES. " Nous avons proposé plusieurs études de recherche auparavant sur le vent et le solaire, et ils ont maintenant suscité plus d'intérêt pour le CSP, qui en est encore à sa première phase de développement. La raison de cet intérêt est que la Chine s'est fixé un objectif très ambitieux pour les énergies renouvelables et que l'éolien et le photovoltaïque sont déjà en plein développement. Ils ont plusieurs personnes qui se concentrent sur les énergies renouvelables à la NDRC, qui relève du Bureau de l'énergie.

L'étude quantifie le « bénéfice nivelé » du CSP

L'étude s'est concentrée sur les avantages du CSP spécifiquement pour les systèmes électriques du Qinghai et du Gansu. Les deux provinces ont d'excellentes ressources solaires et de bonnes opportunités d'implantation pour les grandes centrales solaires ou éoliennes, et des plans très ambitieux de déploiement des technologies éolienne et solaire.

Qinghai prévoit de fournir 82,3% de la demande de charge maximale avec un total de 13 GW de VRE ; à partir de 3 GW d'éolien et 10 GW de PV. Gansu prévoit de fournir 104,3 % de la demande de charge maximale à partir d'un total de 27 GW d'ERV ; 20 GW d'éolien et 7 GW de solaire PV.

En combinant l'avantage économique du CSP en tant que ressource de production d'énergie renouvelable flexible capable de distribuer du solaire à la demande et de réduire davantage la réduction de l'énergie éolienne et photovoltaïque, ils tirent un chiffre de « bénéfice nivelé » pour le CSP.

L'étude suggère un avantage supplémentaire en matière d'énergie et de flexibilité compris entre 18 et 30 cents par kilowattheure si le CSP remplaçait entre 5 % et jusqu'à 20 % de l'énergie solaire photovoltaïque et éolienne proposée dans ces provinces. La valeur plus élevée des avantages énergétiques et flexibles du CSP justifie son coût d'investissement relativement plus élevé.

Confiant que l'immaturité technique du CSP est temporaire

L'étude intervient à un moment de plans audacieux en Chine :doubler littéralement le déploiement mondial de CSP de 5 GW d'ici 2020. Après une série de 18 projets de démonstration de 1 GW, La Chine prévoit de construire 5 GW de CSP.

Certains objectifs initiaux de la première série de projets de démonstration se sont avérés plus difficiles à atteindre que prévu. Plusieurs projets abandonnés, incapable d'atteindre une étape initiale à temps.

Cependant, les auteurs sont très confiants que ces douleurs de croissance sont surmontables, notant que le CSP a à peine commencé son déploiement par rapport au PV et à l'éolien.

"Toutes les pièces ne peuvent pas être produites par la Chine à ce stade, donc le processus d'apprentissage dans le processus de construction est un peu retardé, " a déclaré Kang. Ils ont souligné que les problèmes de démarrage de CSP ne sont pas insurmontables :" ils sont encore en train d'apprendre; le développement sera plus rapide dans un avenir proche."

Pourquoi la Chine aura besoin de plus d'heures de stockage CSP

Tous les CSP prévus par la Chine incluent le stockage d'énergie thermique (TES). L'étude note :

« Les systèmes TES dans les centrales CSP sont actuellement moins coûteux (avec des coûts d'investissement d'environ 20 à 70 $/kWh) que les systèmes de stockage d'énergie par batterie (avec un coût d'investissement supérieur à 150 $/kWh) »

« CSP est une nouvelle technologie qui peut être distribuée de manière flexible, " a noté Kang. " Je pense que la Chine ne veut pas manquer cette technologie. Donc les 20 premiers projets, pour environ 1 GW de CSP, c'est dire comment cette technologie fonctionne en Chine."

Les besoins de la Chine en énergie de nuit sont relativement plus importants que ceux des autres pays, alors que les usines bourdonnent toute la nuit dans de nombreuses régions.

"Une suggestion informelle précédente que j'ai faite est que le stockage devrait être plus long en Chine, " dit-il. " Dans les grandes villes, comme Pékin et Shanghai, notre charge est d'environ 60 pour cent la nuit, à peu près comme les grandes villes des États-Unis - mais dans l'ouest de la Chine, les usines fonctionnent 24 heures sur 24. La charge la nuit est d'environ 80 pour cent de la journée, il ne disparaît pas vraiment, ils ont donc besoin d'un stockage de longue durée; au moins 10 heures."

Un système électrique entier est simulé. Dr Zhang et Ph.D. le candidat Ershun Du du département de génie électrique de Pékin à l'université Tsinghua a contribué à la conception du logiciel d'analyse, en utilisant les données des systèmes électriques provenant de la planification de l'expansion de la production et du transport et des données de prévision de la charge.

"L'outil ou le logiciel d'analyse que nous utilisons est un logiciel développé en interne par notre équipe ; le GOPT Il s'agit d'un logiciel de système d'exploitation du système électrique capable d'effectuer la répartition du système électrique toute l'année en tenant compte d'un large éventail de types de Réseau électrique à courant continu et règles pratiques de répartition », a expliqué Du. "Le logiciel simule le fonctionnement du système électrique sur une longue période en utilisant un nombre suffisant de scénarios de sortie VRE afin de pouvoir fournir une estimation fiable de l'économie du fonctionnement du système électrique avec le vent, PV et CSP."

Les données proviennent des plans de planification de l'énergie électrique pour chaque province.

"Nous avons mené cette analyse pour simuler si l'investissement dans les usines CSP est économique ou non dans les provinces du Qinghai et du Gansu, pour justifier l'ampleur ou les avantages que les centrales CSP peuvent apporter, " dit Du, qui en 2017 était un chercheur invité au NREL où des études connexes ont estimé la valeur que le CSP apporte au réseau au sein de l'interconnexion de l'ouest des États-Unis.

Constatation :les avantages du PSC l'emportent sur les coûts dans les deux provinces

CSP a apporté le plus grand avantage à la province du Gansu, où il réduirait l'énergie solaire et éolienne réduite, mais aussi réduire les coûts de production d'électricité au charbon existante en réduisant les coûts de carburant, coûts de montée en charge, et les coûts de démarrage et d'arrêt alors qu'il essaie de combler entre le solaire et l'éolien en constante croissance.

Dans la province du Qinghai, le bénéfice serait moindre. Le CSP serait construit dans une région hautement désertique où plusieurs grands fleuves prennent leur source dans les hautes montagnes. "Ce sont deux systèmes d'alimentation très différents, et nous avons constaté que le CSP a plus d'avantages dans la province du Gansu, parce que la province du Qinghai a déjà beaucoup d'hydroélectricité, " expliqua Du. Comme CSP, l'hydro est distribuable, ce qui en fait un tout aussi bon "remplisseur" avec le PV et le vent.

Dans le Gansu, la valeur des avantages se situait entre 24 et 30 cents par kilowattheure de production (0,238-0,300 $/kWh). A Quinghai, avec beaucoup d'hydro, la valeur actualisée des prestations était inférieure à 20 cents (0,177-0,191 $/kWh).

"Nous constatons que même avec un coût initial plus élevé pour construire CSP, investir dans le CSP est toujours économique dans les deux provinces en raison de son avantage externe très élevé d'accueillir l'énergie éolienne et photovoltaïque qui conduit à une baisse des coûts au fil du temps dans l'exploitation du système électrique, " a conclu Zhang. " Cependant, Les subventions du CSP sont toujours nécessaires pour internaliser l'avantage afin de rembourser son lourd investissement.