Comment atteindre une électricité 100 % décarbonée ?

Aux Etats-Unis, le National Renewable Energy Laboratory (NREL) étudie la complexité de différentes voies technologiques permettant d’atteindre une électricité 100 % zéro émission aux États-Unis, qui incluent l’installation d’ici à 2035 de 540 GWac à 1 TWac d’énergie solaire dans le pays.

septembre 13, 2022 John Fitzgerald Weaver

Image : flickr

D’après pv magazine USA

De nombreux chemins mènent à une électricité entièrement sans émission. Nous les emprunterons probablement tous à mesure que nous construirons l’avenir énergétique de notre nation. Le NREL, sous l’égide du Département de l’Énergie des États-Unis, a de son côté publié Examining Supply-Side Options to Achieve 100% Clean Electricity by 2035 (Examen des possibilités d’approvisionnement pour atteindre une électricité 100 % propre d’ici à 2035). Cette analyse examine en profondeur plusieurs scénarios qui incluent tous de parvenir à une électricité 100 % dépourvue d’émission en moins de 15 ans.

D’après le NREL, un réseau propre à 90 % aura un coût incrémental faible et pourra être construit dans un premier temps avec les nouvelles technologies éoliennes, solaires, de stockage, de transport et d’autres technologies existantes. Les 10 % restants représentent toutefois un défi financier qui devra s’appuyer sur la recherche et les nouvelles technologies.

Le laboratoire attire l’attention sur quatre gageures à surmonter pour arriver à 100 % :

L’accélération brutale de l’électrification et l’amélioration de l’efficacité, très demandées.
La mise en place rapide de nouvelles infrastructures énergétiques dans tout le pays.
Le développement de la fabrication et l’élargissement des chaînes d’approvisionnement pour les énergies propres.
Le maintien du soutien à la recherche, au développement, à la démonstration et au déploiement pour apporter les technologies émergentes sur le marché (le défi des 10 % restants).

Dans tous les principaux scénarios du laboratoire, l’éolien et le solaire sont majoritaires pour le mix énergétique le moins coûteux, où ils fournissent la majeure partie de l’électricité (60 à 80 %). D’ici la fin de la décennie, il faudra entre 40 et 90 GWac supplémentaires de solaire par an, et entre 70 et 150 GW d’éolien en plus par an. D’ici à 2035, nous devrons avoir installé 2 TW supplémentaires d’éolien et de solaire combinés.

Parmi les autres avancées à réaliser d’ici 2035, citons le déploiement de 5 à 8 GW d’hydroélectricité nouvelle, 3 à 5 GW de géothermie et 120 à 135 GW de stockage diurne (capacité de 2 à 12 heures). Pour atteindre ces objectifs, l’exigence globale de capital est de 330 à 740 milliards d’euros.

Autre problème épineux, ces modèles exigent entre 2 250 et 16 250 km de nouvelles lignes à haute tension chaque année, ce qui, d’après le NREL, reviendrait à tripler le rythme d’installation actuel.

Aux États-Unis, le solaire devra augmenter son déploiement de manière considérable, et multiplier par 2 à 8 son taux d’installation enregistré pour les 15 GWac ajoutés en 2020. Ces volumes d’installations annuelles futures représenteront entre 25 et 110 % de la capacité totale installée dans le monde en 2020.

Figure 14. La croissance du solaire dans les quatre principaux scénarios (cas d’une Demande d’électrification accélérée – ADE) va de 25 à 120 GW/an d’ici la fin de la décennie.
*Image : NREL*

Selon le NREL, 190 GWac d’installations sur toitures devront être mises en place d’ici 2035, pour une capacité globale de 540 GWac à 1 TWac. Le groupe de recherche s’attend à une chute des prix de 14 à 44 % d’ici à 2030. En 2035, entre 20 et 36 % de l’électricité totale sera issue du solaire.

Le rapport tend à indiquer que, sur les 9,8 millions de km² que comptent les États-Unis, 3 millions sont éligibles au déploiement de l’énergie solaire. En partant du principe que 1 MWac d’énergie solaire nécessite environ 2,8 ha, 1 TW de solaire nécessiterait environ 2,8 millions d’hectares, soit 28 372 km².

Subtilité intéressante de la modélisation, une quantité significative de la capacité fossile existante pourrait être conservée pour servir en cas de pic de la demande. Même si les anciennes infrastructures seraient rarement utilisées et ne génèreraient que 4 % de l’électricité du réseau chaque année, cette protection contre les pics de consommations représenterait tout de même 21 % de la capacité totale. Le NREL estime que 4 % seulement de l’électricité générée sur le réseau proviendrait des anciennes centrales. Espérons que, d’ici là, nous serons équipés d’une industrie de captage et de stockage du dioxyde de carbone (CSC) efficace.

Figure 19. L’énergie et la capacité pour le scénario Toutes options (all options) 2035 (cas d’une Demande d’électrification accélérée – ADE) montrent la dépendance significative envers les capacités issues des combustibles fossiles restantes pour faire face aux pics et permettre des ressources en quantités suffisantes pendant la transition énergétique.
*Image : NREL*

Environ 21 % de la capacité totale, sous la forme de générateurs à combustibles fossiles sans CSC, sert en cas de pic de la consommation, fournissant environ 4 % de la demande annuelle en électricité, essentiellement pendant les journées les plus chaudes et les plus froides de l’année.

Le graphique ci-dessus (Figure 19) montre un exemple de scénario ainsi que les capacités (gauche) vs. les quantités générées (à droite).

Traduction effectuée par Christelle Taureau.

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