En associant l'énergie solaire et le stockage de la batterie, les hybrides peuvent continuer à fournir de l'électricité après la tombée de la nuit. Petmal via Getty Images

Le système électrique américain subit des changements radicaux alors qu'il passe des combustibles fossiles aux énergies renouvelables. Alors que la première décennie des années 2000 a vu une énorme croissance de la production de gaz naturel et que les années 2010 ont été la décennie de l'éolien et du solaire, les premiers signes suggèrent que l'innovation des années 2020 pourrait être un boom des centrales électriques «hybrides».

Une centrale électrique hybride typique combine la production d'électricité avec le stockage de la batterie au même endroit. Cela signifie souvent un parc solaire ou éolien associé à des batteries à grande échelle. En travaillant ensemble, les panneaux solaires et les batteries de stockage peuvent générer de l'énergie renouvelable lorsque l'énergie solaire est à son apogée pendant la journée, puis la libérer au besoin après le coucher du soleil.

Un regard sur les projets d'énergie et de stockage dans le pipeline de développement offre un aperçu de l'avenir de l'énergie hybride.

Notre équipe au Lawrence Berkeley National Laboratory a constaté qu'un nombre stupéfiant 1,400 gigawatts des projets de production et de stockage proposés ont demandé à se connecter au réseau, soit plus que toutes les centrales électriques américaines existantes réunies. La majorité sont désormais des projets solaires, et plus d'un tiers de ces projets impliquent des centrales hybrides solaires et de stockage.

Si ces centrales du futur offrent de nombreux avantages, elles soulever des questions sur la meilleure façon d'exploiter le réseau électrique.

Pourquoi les hybrides sont en vogue

À mesure que l'éolien et le solaire se développent, ils commencent à avoir de gros impacts sur le réseau.

L'énergie solaire déjà dépasse 25% de la production annuelle d'électricité en Californie et se répand rapidement dans d'autres États comme le Texas, la Floride et la Géorgie. Les États de la "ceinture des vents", des Dakotas au Texas, ont vu déploiement massif d'éoliennes, l'Iowa tirant désormais la majorité de son énergie du vent.

Ce pourcentage élevé d'énergie renouvelable soulève une question : comment intégrer des sources renouvelables qui produisent des quantités importantes mais variables d'électricité tout au long de la journée ?

Joshua Rhodes/Université du Texas à Austin.

C'est là que le stockage entre en jeu. Les prix des batteries lithium-ion ont rapidement tombé car la production a augmenté pour le marché des véhicules électriques ces dernières années. Bien qu'il y ait des inquiétudes quant à l'avenir défis de la chaîne d'approvisionnement, la conception des batteries est également susceptible d'évoluer.

La combinaison de l'énergie solaire et des batteries permet aux exploitants de centrales hybrides de fournir de l'électricité pendant les heures les plus précieuses lorsque la demande est la plus forte, comme les après-midi et les soirées d'été lorsque les climatiseurs fonctionnent à plein régime. Les batteries aident également à lisser la production d'énergie éolienne et solaire, à stocker l'énergie excédentaire qui serait autrement réduite et à réduire la congestion sur le réseau.

Les hybrides dominent le pipeline de projets

Fin 2020, il y avait 73 projets hybrides solaires et 16 éoliens en activité aux États-Unis, représentant 2.5 gigawatts de production et 0.45 gigawatts de stockage.

Aujourd'hui, le solaire et les hybrides dominent le pipeline de développement. Fin 2021, plus de 675 gigawatts de solaire proposé usines avaient demandé l'autorisation de se connecter au réseau, dont plus d'un tiers étaient couplées à du stockage. 247 gigawatts supplémentaires de parcs éoliens étaient en ligne, dont 19 gigawatts, soit environ 8% de ceux-ci, en hybrides.

 La quantité d'énergie solaire, de stockage et éolienne proposée en attente de raccordement au réseau a considérablement augmenté ces dernières années, tandis que le charbon, le gaz et le nucléaire se sont estompés. Lawrence Berkeley National Laboratory

Bien sûr, demander un raccordement n'est qu'une étape dans le développement d'une centrale électrique. Un promoteur a également besoin d'accords fonciers et communautaires, d'un contrat de vente, d'un financement et de permis. Seulement environ une nouvelle usine sur quatre proposée entre 2010 et 2016 a été mise en service commercial. Mais la profondeur de l'intérêt pour les plantes hybrides laisse présager une forte croissance.

Sur des marchés comme la Californie, les batteries sont essentiellement obligatoires pour les nouveaux développeurs solaires. Étant donné que le solaire représente souvent la majorité du pouvoir sur le marché de jour, construire plus ajoute peu de valeur. Actuellement, 95% de toute la capacité solaire à grande échelle proposée dans la file d'attente californienne est livrée avec des batteries.

5 leçons sur les hybrides et questions pour l'avenir

L'opportunité de croissance des hybrides renouvelables est clairement importante, mais elle soulève des questions qui notre groupe à Berkeley Lab a enquêté.

Voici quelques uns de nos meilleures découvertes:

• L'investissement est payant dans de nombreuses régions. Nous avons constaté que si l'ajout de batteries à une centrale solaire augmente le prix, cela augmente également la valeur de l'énergie. Placer la production et le stockage au même endroit peut profiter des avantages des crédits d'impôt, des économies de coûts de construction et de la flexibilité opérationnelle. En regardant le potentiel de revenus au cours des dernières années, et avec l'aide des crédits d'impôt fédéraux, la valeur ajoutée semble justifier le prix plus élevé.

• La colocalisation signifie aussi des compromis. L'éolien et le solaire fonctionnent mieux là où les ressources éoliennes et solaires sont les plus fortes, mais les batteries offrent le plus de valeur là où elles peuvent offrir les plus grands avantages du réseau, comme la réduction de la congestion. Cela signifie qu'il y a des compromis lors de la détermination du meilleur emplacement avec la valeur la plus élevée. Les crédits d'impôt fédéraux qui ne peuvent être obtenus que lorsque les batteries sont colocalisées avec l'énergie solaire peuvent encourager des décisions sous-optimales dans certains cas

• Il n'y a pas de meilleure combinaison. La valeur d'une centrale hybride est déterminée en partie par la configuration de l'équipement. Par exemple, la taille de la batterie par rapport à un générateur solaire peut déterminer jusqu'à quelle heure de la soirée la centrale peut fournir de l'électricité. Mais la valeur de l'électricité de nuit dépend des conditions du marché local, qui changent tout au long de l'année.

• Les règles du marché de l'électricité doivent évoluer. Les hybrides peuvent participer au marché de l'électricité en tant qu'unité unique ou en tant qu'entités distinctes, les offres solaires et de stockage étant indépendantes. Les hybrides peuvent également être vendeurs ou acheteurs d'électricité, ou les deux. Cela peut devenir compliqué. Les règles de participation au marché pour les hybrides évoluent encore, laissant aux exploitants de centrales le soin d'expérimenter la manière dont ils vendent leurs services.

• Les petits hybrides créent de nouvelles opportunités : Les centrales électriques hybrides peuvent également être petites, comme les solaires et les batteries dans une maison ou une entreprise. Tel les hybrides sont devenus la norme à Hawaï car l'énergie solaire sature le réseau. En Californie, les clients soumis à des coupures de courant pour prévenir les incendies de forêt ajoutent de plus en plus de stockage à leurs systèmes solaires. Celles-ci hybrides "derrière le compteur" soulèvent des questions sur la façon dont ils devraient être évalués et comment ils peuvent contribuer aux opérations du réseau.

Les hybrides ne font que commencer, mais beaucoup d'autres sont en route. Des recherches supplémentaires sont nécessaires sur les technologies, les conceptions du marché et les réglementations pour garantir que le réseau et la tarification du réseau évoluent avec eux.

Bien que des questions demeurent, il est clair que les hybrides redéfinissent les centrales électriques. Et ils peuvent refaire le système électrique américain dans le processus.

À propos des auteurs

Joachim Seel, Associé principal en génie scientifique, Lawrence Berkeley National Laboratory; Bentham Paulos, Affilié, Groupe des marchés de l'électricité et de la politique, Lawrence Berkeley National Laboratoryet Will Gorman, étudiant diplômé chercheur en politiques et marchés de l'électricité, Lawrence Berkeley National Laboratory

Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lis le article original.

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