Des modèles sophistiqués fournissent une feuille de route pour l'avenir de l'énergie propre en Afrique australe

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L'économie de l'Afrique australe se développe rapidement, entraînant une demande croissante d'électricité. Pour répondre efficacement à cette demande, il faudra équilibrer les considérations sociales, économiques, géographiques, technologiques et environnementales.

Des chercheurs de l'UC Santa Barbara ont dirigé une équipe internationale qui a analysé les ressources et le réseau électrique de la région. À l'aide de ces données, ils ont développé un portefeuille énergétique qui répond le plus efficacement aux besoins énergétiques de l'Afrique australe en 2040, constatant que l'éolien et le solaire sont les options les plus rentables de la région. De plus, la proposition de leur modèle gèle efficacement les émissions de gaz à effet de serre aux niveaux de 2020 tout en doublant la quantité d'électricité que le réseau peut produire. Une analyse détaillée parait dans la revue Joule .

Actuellement, les 315 millions d'habitants d'Afrique australe utilisent environ 275 térawattheures, soit à peu près la même quantité que la Californie. "Cependant, l'Afrique australe devrait doubler sa demande d'électricité d'ici 2040", a déclaré le co-responsable et auteur correspondant Ranjit Deshmukh, professeur adjoint au programme d'études environnementales de l'UCSB. "Le développement des excellentes ressources éoliennes, solaires et de gaz naturel de la région est l'option la moins coûteuse pour ses consommateurs et peut répondre à cette demande sans augmenter les émissions de carbone du secteur de l'électricité de la région."

Deshmukh et ses collègues ont également constaté qu'en dépit du doublement de sa demande d'électricité, le Pool énergétique d'Afrique australe (SAPP) n'a peut-être pas besoin de centrales au charbon, ni de la moitié de ses projets hydroélectriques prévus, qui ont tous deux des impacts environnementaux potentiellement énormes. .

Pour parvenir à ces conclusions, l'équipe a utilisé une suite de modèles qui tiennent compte d'une gamme de facteurs structurels, climatiques et économiques. Deshmukh et la co-auteure Grace Wu, également à l'UC Santa Barbara, ont développé l'un des outils, appelé MapRE, en 2020. "MapRE nous permet d'identifier des sites appropriés pour des projets éoliens et solaires en fonction de la vitesse du vent, du rayonnement solaire, de la proximité des lignes de transmission. et les infrastructures routières, et l'utilisation des terres », a déclaré Deshmukh, qui dirige le Clean Energy Transformation Lab (CETlab) et est chercheur associé au Environmental Markets Lab (emLab).

L'auteur principal AFM Kamal Chowdhury, chercheur postdoctoral dans le groupe de Deshmukh, a créé un modèle hydroélectrique appelé VIC-Res-Southern-Africa. Ce modèle estime la production mensuelle d'électricité des barrages hydroélectriques existants et prévus.

Les auteurs ont pris les données de MapRE et VIC-Res, ainsi que la capacité de production et de transmission existante et prévue, et les ont intégrées à un modèle de planification de l'électricité appelé GridPath, qui a été développé par Deshmukh et la co-auteure Ana Mileva. Ce modèle produit un portefeuille énergétique recommandé. Le modèle et les ensembles de données sont open source et accessibles au public.

Les résultats étaient encourageants. "Si la technologie et les coûts du carburant suivent les tendances prévues", ont écrit les auteurs, "les technologies éoliennes et solaires devraient dominer les futurs investissements dans la production d'électricité en Afrique australe, et donc être la principale source d'électricité dans la région d'ici 2040."

Notamment, le modèle suggérait que l'énergie au charbon ne serait pas compétitive avec ces sources d'énergie renouvelables. "Le parc actuel de centrales électriques au charbon est vieux et coûteux à exploiter", a déclaré le co-auteur Kudakwashe Ndhlukula. "Avec une intégration régionale plus poussée, il ne serait de toute façon pas rentable d'exploiter ces centrales électriques." Ndhlukula est le directeur exécutif du Centre pour les énergies renouvelables et l'efficacité énergétique de la Communauté de développement de l'Afrique australe (SACREEE), une organisation intergouvernementale qui comprend les 12 pays du pool énergétique de l'Afrique australe.

Avec le soutien financier de fonds mondiaux pour le climat, tels que le Fonds vert pour le climat, les centrales électriques au charbon de la région pourraient même être retirées plus tôt, ont noté les auteurs. Le modèle prévoyait que la mise hors service des centrales électriques 10 ans plus tôt n'augmenterait les coûts d'électricité que de 4 % par an. Cela pourrait encore réduire les émissions de gaz à effet de serre de 22 % par rapport aux niveaux de 2020.

Les chercheurs ont également constaté que l'Afrique australe nécessite beaucoup moins d'hydroélectricité que prévu. Il y a beaucoup d'hydroélectricité supplémentaire dans le plan du pool énergétique d'Afrique australe, et il y a beaucoup de potentiel pour développer cette ressource, a noté Deshmukh. "Mais, en utilisant les hypothèses de coût du SAPP pour l'hydroélectricité - et les derniers coûts de stockage éolien, solaire et de batterie - nous avons constaté que notre modèle n'avait pas choisi près de la moitié des projets hydroélectriques prévus", a-t-il déclaré. "En gros, il n'est pas rentable d'investir dans ces projets."

L'équipe a également exécuté un modèle qui comprenait un objectif d'énergie propre de 80 %. Dans le cadre de cet objectif, un portefeuille optimal réduirait de moitié les émissions de la région en 2020 d'ici 2040, tout en n'augmentant les coûts que d'environ 6 %, soit 3 USD par mégawattheure.

Outre la planification de la manière dont l'Afrique australe produira de l'électricité, répondre efficacement à ses besoins énergétiques nécessitera une coopération internationale. "L'intégration régionale est essentielle pour libérer l'immense potentiel des énergies renouvelables pour un système électrique à coût compétitif dans la région", a déclaré Ndhlukula.

Un marché de l'électricité robuste et la capacité de transport pour le soutenir seront également cruciaux. "Les ressources éoliennes et de gaz naturel sont inégalement réparties en Afrique australe", a déclaré Deshmukh. "Disposer d'un système de transmission robuste aidera les pays à commercer et à tirer profit des ressources de chacun."

Heureusement, la région dispose déjà d'un marché de l'électricité avec des lignes de transmission interconnectées sous la forme du SAPP. "Il s'agit d'élargir et de faire évoluer ce marché", a déclaré Deshmukh. Le modèle suggère que cela peut être accompli avec une augmentation modérée de l'infrastructure de transmission.

Le SAPP compte 12 pays continentaux, dont neuf sont physiquement interconnectés via un réseau partagé à l'heure actuelle. La connexion du Malawi sera achevée d'ici 2023, et il est prévu d'ajouter les deux autres :l'Angola et la Tanzanie.

Il s'agit du premier des quatre articles que l'équipe a produits dans le cadre d'un projet plus vaste axé sur l'avenir énergétique de l'Afrique australe. Ils analysent actuellement les résultats d'une enquête auprès des parties prenantes et des décideurs pour comprendre les obstacles à l'introduction des énergies renouvelables dans la région. Et ils étudient les impacts possibles sur la biodiversité de différentes sources d'énergie renouvelables. Enfin, le groupe prévoit d'évaluer comment le changement climatique pourrait impacter le secteur de l'énergie.

"Ce document particulier est basé sur les conditions environnementales actuelles", a déclaré Deshmukh. "Le prochain article inclura les influences du changement climatique." + Explorer plus loin