Lorsque le soleil ne brille pas et que les vents ne soufflent pas, comment un réseau électrique propre peut-il être alimenté ? Simple :stockage d'énergie. C'est pourquoi les chercheurs du NREL identifient des sites potentiels pour installer davantage d'installations hydroélectriques à accumulation par pompage, qui n'utilisent que l'eau et la gravité pour stocker de l'énergie propre pour une utilisation future. Crédit :NREL
Au cours des dernières années, les étés américains ont semblé un peu apocalyptiques. Des incendies de forêt ont fait rage sur la côte ouest. Les inondations ont volé des maisons. En juillet 2021, le mois le plus chaud de l'histoire de la Terre a été enregistré et les réseaux électriques ont clignoté, provoquant des pannes généralisées qui ont coupé la climatisation, les purificateurs d'air et les machines à oxygène. De telles pannes de courant posent un nouveau risque potentiellement mortel pour les personnes à travers le monde qui se réchauffe.
Mais ce qu'on appelle l'hydroélectricité à accumulation par pompage peut aider. Fabriquées en connectant deux réservoirs, l'un à une altitude plus élevée que l'autre, ces plantes pompent l'eau vers le haut, la stockent dans le réservoir supérieur, avant de la relâcher à travers une turbine, qui fait tourner un générateur et pompe l'énergie dans le réseau. Ces systèmes fournissent déjà 93 % du stockage d'énergie à l'échelle du réseau aux États-Unis; et dans le climat plus chaud et plus instable d'aujourd'hui, ils peuvent reconstituer l'électricité pendant les pannes de courant causées par les vagues de chaleur, les ouragans ou les cyberattaques et maintenir le flux d'énergie renouvelable lorsque le soleil se couche et que les vents ne soufflent pas. En bref, ils rendent le réseau électrique plus résilient.
Alors, votre ville pourrait-elle bientôt utiliser l'une de ces installations ? C'est difficile à dire.
Jusqu'à présent, peu de données existaient sur les endroits où les centrales hydroélectriques à accumulation par pompage pourraient être construites aux États-Unis. Et, même si l'énergie stable de l'hydroélectricité complète déjà d'autres sources d'énergie renouvelables, il n'est pas clair comment elle soutiendra un futur réseau d'énergie propre qui fonctionne avec beaucoup d'énergie éolienne et solaire.
Maintenant, deux nouveaux rapports de chercheurs du National Renewable Energy Laboratory (NREL) aident à combler les deux lacunes de données. La première étude identifie les sites américains qui pourraient prendre en charge les centrales hydroélectriques à accumulation par pompage, ainsi que leur coût et la quantité d'énergie qu'elles pourraient produire. Le second (bientôt publié sous forme de rapport technique NREL) utilise cet ensemble de données et des ressources supplémentaires pour examiner comment l'énergie flexible et à faible coût de l'hydroélectricité pourrait soutenir le réseau de demain. Le travail a été financé par le bureau des technologies de l'énergie hydraulique du département américain de l'énergie et fait partie de son initiative Hydro Water Innovation for a Resilient Electricity System.
Où dans le monde pouvons-nous construire de l'hydroélectricité à accumulation par pompage ?
Il y a une carte pour ça.
Un nouvel ensemble de données unique en son genre identifie les sites d'hydroélectricité de stockage par pompage en boucle fermée à travers les États-Unis, y compris l'Alaska, Hawaï et Porto Rico. Ici, les hexagones colorés identifient les zones montagneuses qui recèlent le plus grand potentiel futur pour ces installations de stockage d'énergie propre. Crédit :Stuart Cohen, NREL
Choisir un site pour installer une éolienne ou un panneau solaire est relativement facile. Le vent est-il fort et régulier ? Le soleil brille-t-il plus souvent qu'autrement ? Si la réponse est oui, ce site pourrait fonctionner. L'installation d'une centrale hydroélectrique à accumulation par pompage est un peu plus compliquée. Vous avez besoin de deux grands lacs, l'un au-dessus de l'autre, pour stocker l'énergie. Et, pour construire des plantes plus respectueuses de l'environnement, aucune ne doit se connecter à une rivière.
Il est difficile de trouver des sites pour soutenir ces installations, ou c'était le cas auparavant.
"Avec cette carte, les habitants du Wyoming pourraient zoomer sur une chaîne de montagnes et voir où se trouvent certains des meilleurs sites", a déclaré Stuart Cohen, ingénieur modèle chez NREL et co-auteur des deux rapports. "Personne ne produit un produit avec cette portée et cette granularité pour les États-Unis."
En 2017, l'Université nationale australienne a développé un ensemble de données de sites potentiels d'hydroélectricité à stockage par pompage dans le monde, identifiant environ 616 000 sites potentiels. Maintenant, Cohen et une équipe de chercheurs ont adapté l'algorithme original de l'université pour créer des données géospatiales plus détaillées sur des sites potentiels aux États-Unis.
Des chercheurs de l'Université nationale australienne et du NREL ont dû prendre des décisions de conception technique à l'avance. Chaque réservoir, par exemple, a besoin d'un barrage. Et les deux barrages pourraient avoir un nombre infini de hauteurs potentielles. "Vous pouvez imaginer", a déclaré Cohen, "comment ce problème explose si vous avez un nombre infini de choix."
Pour maîtriser leur ensemble de données, les chercheurs du NREL ont fixé des paramètres tels que la hauteur du barrage et la durée de stockage, en sélectionnant une durée de stockage d'énergie de 10 heures, par exemple, car elle a tendance à être plus compétitive (à titre de comparaison, les batteries d'aujourd'hui fournissent environ 4 heures d'énergie stockage). À l'aide de leur algorithme géospatial, l'équipe a recherché dans le pays tous les sites possibles, puis les a réduits en une liste finale qui a adhéré à des considérations techniques, environnementales et économiques supplémentaires. Pour trouver le meilleur emplacement, tout amateur d'hydroélectricité peut ensuite trier et filtrer ces sites par hauteur de chute (la différence d'altitude entre les deux réservoirs), capacité énergétique et coût.
Alors que la première publication de données repose sur ces paramètres fixes, Cohen et son équipe prévoient bientôt de créer une version mise à jour de leur carte qui donne aux utilisateurs plus de contrôle. "Nous voulons créer une carte interactive sur laquelle vous pouvez cocher des cases pour choisir entre un stockage de 12 heures ou de 8 heures, une hauteur de barrage de 40 mètres ou 60 mètres. Tout ce que les gens veulent."
Ensuite, une fois qu'un développeur a localisé un site, l'outil peut estimer le coût de construction de son usine. Également basé sur le modèle original de l'Université nationale australienne, le modèle de coût de NREL est adapté aux conditions financières et économiques aux États-Unis, afin que les développeurs puissent évaluer s'ils doivent construire leur usine (ou non).
Ces taches colorées représentent des sites potentiels pour l'hydroélectricité de stockage par pompage en boucle fermée, qui transfère l'eau d'un réservoir à un autre pour stocker de l'énergie propre. La nouvelle carte interactive et l'ensemble de données géospatiales de NREL montrent la quantité, la qualité et le coût des ressources pour aider à guider le développement futur de l'hydroélectricité à stockage par pompage en boucle fermée. Crédit :NREL
Prévoir le rôle de l'hydroélectricité dans un réseau d'énergie propre
À mesure que le climat change, l'hydroélectricité à accumulation par pompage pourrait fournir une énergie de secours fiable. Mais les centrales hydroélectriques conventionnelles peuvent à la fois produire et stocker de l'énergie, et elles peuvent s'allumer et s'éteindre selon les besoins, puisant l'énergie de l'énergie stockée dans leurs réservoirs. Alors, comment ces plantes flexibles contribuent-elles à un avenir plus propre ?
"Nous ne parlons pas de construire de nouveaux barrages Hoover", a déclaré Cohen. Ou tout nouveau barrage, d'ailleurs. Aux États-Unis, les centrales hydroélectriques existantes pourraient fournir une électricité encore plus flexible et fiable qu'elles ne le font déjà. Avec quelques modifications, ces installations pourraient démarrer rapidement en réponse aux changements de quantité ou de type d'électricité sur le réseau, en équilibrant l'apport d'énergie variable des éoliennes et des panneaux solaires, par exemple, ou en fournissant plus d'électricité pendant les mois d'hiver lorsque ceux-ci les sources d'énergie renouvelables ont tendance à diminuer.
Pour analyser comment l'expansion de la capacité hydroélectrique pourrait servir ce réseau énergétique en évolution, Cohen et ses collègues du NREL ont développé de nouvelles capacités de modélisation de l'expansion de la capacité afin de représenter plus précisément le rôle de l'hydroélectricité dans les systèmes électriques.
"Cela pourrait en fait faire une grande différence, bien plus grande que ce à quoi je m'attendais", a déclaré Cohen. (En prime, les données de sa carte des sites hydroélectriques de stockage par pompage rendent ces modèles de capacité encore plus précis).
Le parc hydroélectrique d'aujourd'hui compte suffisamment de barrages pour produire jusqu'à 80 gigawatts d'électricité. "Plus de la moitié de cela est déjà assez flexible", a déclaré Cohen, ce qui signifie que les opérateurs pourraient facilement ajouter la production d'électricité aux autres rôles vitaux de la flotte, comme la gestion de l'eau, l'irrigation ou les loisirs.
"Ce qui est excitant, c'est de laisser le reste de la flotte devenir plus flexible", a déclaré Cohen. "Si cela se produit, ces installations peuvent faire une grande différence en termes d'économie et d'émissions à l'échelle nationale."
