Dans une loi majeure adoptée à la fin du mois d'août, La Californie s'est engagée à créer un réseau électrique 100 % sans carbone, une fois de plus en tête d'autres pays, États, et les villes à mettre en place des politiques agressives pour réduire les émissions de gaz à effet de serre. Maintenant, une étude réalisée par des chercheurs du MIT fournit des lignes directrices pour des moyens rentables et fiables de construire un tel système électrique à zéro carbone.

La meilleure façon de lutter contre les émissions de l'électricité, l'étude constate, est d'utiliser le mix le plus inclusif de sources d'électricité à faible émission de carbone.

Les coûts ont diminué rapidement pour l'énergie éolienne, énergie solaire, et les batteries de stockage d'énergie ces dernières années, diriger certains chercheurs, Les politiciens, et préconise de suggérer que ces sources seules peuvent alimenter un réseau sans carbone. Mais la nouvelle étude révèle que dans un large éventail de scénarios et de lieux, associer ces sources à des ressources stables sans carbone sur lesquelles on peut compter pour répondre à la demande en toutes saisons et sur de longues périodes, telles que le nucléaire, géothermie, bioénergie, et le gaz naturel avec captage du carbone—est une voie moins coûteuse et moins risquée vers un réseau sans carbone.

Les nouvelles découvertes sont décrites dans un article publié aujourd'hui dans la revue Joule , par le doctorant du MIT Nestor Sepulveda, Jesse Jenkins Ph.D. '18, Fernando de Sisternes Ph.D. '14, et professeur de sciences et d'ingénierie nucléaires et vice-recteur associé Richard Lester.

Le besoin de rentabilité

"Dans ce document, nous recherchons des stratégies robustes pour nous amener à un approvisionnement en électricité zéro carbone, qui est la clé de voûte des efforts globaux visant à atténuer les risques liés au changement climatique dans l'ensemble de l'économie, " dit Jenkins. Pour y parvenir, "Nous devons non seulement atteindre le zéro émission dans le secteur de l'électricité, mais nous devons aussi le faire à un coût suffisamment bas pour que l'électricité soit un substitut intéressant au pétrole, gaz naturel, et du charbon dans le transport, Chauffer, et les secteurs industriels, où la décarbonisation est généralement encore plus difficile que dans l'électricité. "

Sepulveda souligne également l'importance de voies rentables vers une électricité sans carbone, ajoutant que dans le monde d'aujourd'hui, "nous avons tellement de problèmes, et le changement climatique est très complexe et important, mais pas le seul. Ainsi, chaque dollar supplémentaire que nous dépensons pour lutter contre le changement climatique est également un autre dollar que nous ne pouvons pas utiliser pour résoudre d'autres problèmes de société urgents, comme éliminer la pauvreté ou la maladie." Ainsi, il est important pour la recherche non seulement d'identifier des options techniquement réalisables pour décarboner l'électricité, mais aussi de trouver des moyens d'atteindre des réductions de carbone au coût le plus raisonnable possible.

Évaluer les coûts des différentes stratégies de décarbonation profonde de la production d'électricité, l'équipe a regardé près de 1, 000 scénarios différents impliquant différentes hypothèses sur la disponibilité et le coût des technologies bas carbone, variations géographiques de la disponibilité des ressources renouvelables, et différentes politiques sur leur utilisation.

Concernant les politiques, l'équipe a comparé deux approches différentes. L'approche « restrictive » n'autorisait que l'utilisation de la production solaire et éolienne ainsi que le stockage par batterie, complétées par des mesures visant à réduire et à décaler le calendrier de la demande d'électricité, ainsi que des lignes de transmission à longue distance pour aider à atténuer les variations locales et régionales. L'approche "inclusive" a utilisé toutes ces technologies mais a également permis l'option d'utiliser des sources sans carbone en continu, comme l'énergie nucléaire, bioénergie, et le gaz naturel avec un système de captage et de stockage des émissions de carbone. Dans chaque cas étudié par l'équipe, la combinaison plus large de sources s'est avérée plus abordable.

Les économies de coûts de l'approche plus inclusive par rapport au cas plus restreint ont été substantielles. Y compris en continu, ou "entreprise, « des ressources à faible émission de carbone dans un mélange de ressources à zéro carbone ont réduit les coûts de 10 % à 62 %, à travers les nombreux scénarios analysés. C'est important à savoir, soulignent les auteurs, car dans de nombreux cas, les réglementations existantes et proposées et les incitations économiques favorisent, voire mandat, une gamme plus restreinte de ressources énergétiques.

« Les résultats de cette recherche remettent en question ce qui est devenu la sagesse conventionnelle des deux côtés du débat sur le changement climatique, " Lester dit. "Contrairement aux craintes que les efforts efficaces d'atténuation du climat seront extrêmement coûteux, nos travaux montrent que même une décarbonation profonde du secteur de l'énergie électrique est réalisable à un coût supplémentaire relativement modeste. Mais contrairement aux croyances selon lesquelles l'électricité sans carbone peut être produite facilement et à moindre coût avec le vent, énergie solaire, et accumulateurs seuls, notre analyse montre clairement que le coût sociétal de la réalisation d'une décarbonation profonde de cette manière sera probablement beaucoup plus cher que nécessaire. »

Une nouvelle taxonomie pour les sources d'électricité

En examinant les options de nouvelle production d'électricité dans différents scénarios, l'équipe a découvert que la façon traditionnelle de décrire les différents types de sources d'énergie dans l'industrie électrique - "charge de base, " "charger la suite, " et les ressources "de pointe" - est obsolète et n'est plus utile, étant donné la façon dont les nouvelles ressources sont utilisées.

Plutôt, ils proposent, il est plus approprié de penser aux sources d'énergie dans trois nouvelles catégories :les ressources « économes en carburant », qui incluent l'énergie solaire, le vent et le fil de l'eau (c'est-à-dire sans barrages) hydroélectricité ; ressources « à rafale rapide », apporter des réponses rapides mais de courte durée aux fluctuations de la demande et de l'offre d'électricité, y compris le stockage des batteries, les technologies et les stratégies de tarification pour améliorer la réactivité de la demande ; et des ressources « fermes », comme le nucléaire, hydro avec de grands réservoirs, biogaz, et géothermique.

« Parce que nous ne pouvons pas connaître avec certitude le coût futur et la disponibilité de bon nombre de ces ressources, " note Sepulveda, « les cas étudiés couvraient un large éventail de possibilités, afin de rendre les conclusions globales de l'étude robustes dans cette plage d'incertitudes. »

Gamme de scénarios

Le groupe a utilisé une gamme de projections, réalisés par des agences telles que le Laboratoire national des énergies renouvelables, quant aux coûts attendus des différentes sources d'énergie au cours des prochaines décennies, y compris des coûts similaires à ceux d'aujourd'hui et des réductions de coûts anticipées à mesure que des systèmes nouveaux ou améliorés sont développés et mis en ligne. Pour chaque technologie, les chercheurs ont choisi un coût projeté de milieu de gamme, accompagné d'un devis bas et haut de gamme, et ensuite étudié de nombreuses combinaisons de ces coûts futurs possibles.

Sous chaque scénario, les cas qui étaient limités à l'utilisation de technologies économes en carburant et à explosion rapide avaient un coût global de l'électricité plus élevé que les cas utilisant également des sources fermes à faible émission de carbone, « même avec l'ensemble d'hypothèses les plus optimistes concernant les futures réductions de coûts, " dit Sepulveda.

C'est vrai, Jenkins ajoute, "même quand on suppose, par exemple, que le nucléaire reste aussi cher qu'aujourd'hui, et l'éolien, le solaire et les batteries deviennent beaucoup moins chers. »

Les auteurs ont également constaté que dans tous les cas de batteries éoliennes uniquement, le coût de l'électricité augmente rapidement à mesure que les systèmes évoluent vers le zéro émission, mais lorsque des sources d'alimentation fermes sont également disponibles, les coûts de l'électricité augmentent beaucoup plus progressivement à mesure que les émissions tombent à zéro.

« Si nous décidons de poursuivre la décarbonation principalement avec l'éolien, solaire, et piles, " Jenkins dit, « nous mettons effectivement tout en œuvre et parions la planète sur des coûts très bas pour toutes ces ressources, " ainsi que la capacité de construire des lignes de transport à haute tension à l'échelle continentale et d'induire une demande d'électricité beaucoup plus flexible.

En revanche, « un système électrique qui utilise des ressources fermes à faible émission de carbone ainsi que le solaire, vent, et le stockage peut atteindre zéro émission avec seulement des augmentations modestes des coûts, même dans des hypothèses pessimistes sur le prix bas de ces ressources sans carbone ou sur notre capacité à débloquer une demande flexible ou à étendre le réseau, ", explique Jenkins. Cela montre à quel point l'ajout de ressources fermes à faible émission de carbone "est une stratégie de couverture efficace qui réduit à la fois le coût et le risque" pour les systèmes électriques entièrement décarbonés, il dit.

Même si un approvisionnement en électricité entièrement décarboné est dans des années dans la plupart des régions, il est important de faire cette analyse aujourd'hui, Sepulveda dit, parce que les décisions prises maintenant concernant la construction de centrales électriques, investissements en recherche, ou les politiques climatiques ont des impacts qui peuvent durer des décennies.

« Si nous ne commençons pas maintenant » à développer et déployer la plus large gamme d'alternatives sans carbone, il dit, "Cela pourrait réduire considérablement la probabilité d'atteindre zéro émission."