L'énergie solaire et éolienne sont en concurrence avec les centrales à charbon en ce qui concerne les systèmes de stockage d'énergie. AP Photo / Mel Evans
Énergie sans carbone: la réponse est-elle au vent? Peut-être, mais le vent ne souffle pas toujours, et le soleil ne brille pas toujours. L'énergie générée par les énergies éolienne et solaire est intermittente, ce qui signifie que l'électricité générée monte et descend en fonction de la météo.
Mais la production du réseau électrique doit pouvoir être contrôlée pour répondre à la demande changeante seconde par seconde des consommateurs. L’intermittence de l’énergie éolienne et solaire est donc un défi opérationnel pour le système électrique.
Le stockage d'énergie est une solution largement reconnue au problème des énergies renouvelables intermittentes. L'idée est que le stockage se charge lorsque le vent souffle ou que le soleil brille, puis se décharge plus tard lorsque l'énergie est nécessaire. Le stockage pour la grille peut être un batterie chimique comme ceux que nous utilisons dans les appareils électroniques, mais cela peut aussi prendre la forme de: pomper de l'eau sur une colline vers un réservoir et de générer de l’électricité lorsqu’il est renvoyé vers le bas, ou de stocker et de décharger air comprimé dans une caverne souterraine.
La forme de stockage d'énergie la plus largement utilisée sur le réseau électrique consiste à pomper de l'eau en amont, puis à la libérer aux heures de pointe pour faire fonctionner une turbine de puissance. Vattenfall, CC BY-NC-ND
Motivés par l'idée que le stockage est une technologie «verte», les gouvernements favorisent de plus en plus le stockage d'énergie distribué et à l'échelle des services publics. Par exemple, en novembre, 2017, le gouverneur de New York, Andrew Cuomo, a signé un projet de loi cibles pour l'adoption du stockage par 2030. Les autres États ayant des politiques similaires sont l'Oregon, le Massachusetts, la Californie et le Maryland. Des entreprises comme Tesla ont également qualifié les systèmes de stockage de technologies propres.
Mais les grands systèmes de stockage réduisent-ils les émissions dans nos réseaux actuels? Dans un étude récente, nous avons constaté que ce n’était pas nécessairement le cas - un reflet de la complexité du système électrique.
Le rôle du charbon
Parce que le stockage peut permettre aux énergies renouvelables de répondre à la demande changeante, nous supposons souvent que la technologie est intrinsèquement verte. En d'autres termes, en ajoutant le stockage et les énergies renouvelables au réseau, nous réduisons les émissions de gaz à effet de serre. Cela revient à remarquer que les ordinateurs peuvent offrir des avantages en matière d'éducation et de productivité, puis en supposant que tout ce qu'une personne fait sur un ordinateur est éducatif ou productif. Pour le stockage d'énergie et les ordinateurs, cela dépend de la façon dont vous l'utilisez.
Dans notre analyse, nous avons constaté que l’ajout de stockage peut, pour certains réseaux, augmenter les émissions de carbone. Bien que paradoxal au premier abord, ce résultat a du sens si l’on considère le fonctionnement des réseaux électriques. En gros, l’ensemble du réseau américain est exploité comme un ensemble de sous-réseaux régionaux qui couvrent les États-Unis comme un patchwork.
Le PDG de Tesla, Elon Musk, présente la batterie de la société pour le réseau électrique en 2015. AP Photo / Ringo HW Chiu
Le stockage d’énergie n’entraîne aucune émission de cheminée, contrairement aux centrales au charbon ou au gaz naturel. Mais le nouveau stockage affecte le fonctionnement des autres centrales du réseau, entraînant une augmentation ou une diminution des émissions de carbone en fonction du type de centrales fournissant de l'électricité à cette région.
Dans la plupart des cas, les systèmes de stockage aux États-Unis fonctionnent pour maximiser les profits. Pour ce faire, le stockage «achète bas et se vend bien». L'électricité est généralement bon marché la nuit lorsque la demande est faible et plus chère le jour, en particulier lorsque les gens rentrent du travail et allument de nombreux appareils. Les opérateurs de systèmes de stockage ont donc tendance à acheter la nuit et à vendre le jour. L’effet net du stockage sur les émissions dépend donc du type de générateurs utilisés pour répondre à la nouvelle demande la nuit par rapport au jour.
Dans les réseaux alimentés au charbon - Etats du Midwest, de l'Ouest et du Sud compter beaucoup sur le charbon - les centrales à charbon sont généralement utilisées pour faire face à de légers changements de la demande la nuit. Les usines de gaz naturel ont tendance à fonctionner pendant la journée pour répondre à la demande de pointe. Dans ces réseaux électriques, le stockage a tendance à s’alimenter au charbon la nuit, remplaçant le courant au gaz naturel pendant la journée.
Le charbon est une source d’électricité plus sale que le gaz naturel, avec environ deux fois les émissions de carbone pour chaque unité d’électricité produite. Par conséquent, dans les endroits où le stockage signifie plus de charbon et moins de gaz naturel, ce stockage augmentera les émissions totales de carbone du réseau.
Dans le Midwest, nous avons constaté que l’ajout d’une capacité de stockage de gigawatts 3, une alimentation suffisante pour alimenter environ les maisons américaines 500,000, augmente les émissions de carbone, ce qui équivaut à l’ajout de voitures 6,700 par an sur la route. Et plus on ajoute de stockage, plus les émissions de carbone augmentent.
D'autre part, nous avons constaté qu'à New York, un État disposant de très peu de charbon, l'ajout du stockage réduit les émissions de carbone. Le Midwest est actuellement le réseau d’électricité le plus sale des États-Unis et New York est l’un des plus propres, de sorte que les autres régions se situent quelque part entre les deux.
Pas toujours facile d'être vert
Alors, comment les planificateurs de réseau peuvent-ils réaliser la promesse d’un heureux mariage entre stockage et énergies renouvelables, en supposant qu’ils doivent vivre dans la même maison que le vieil oncle Coal, croustillant?
Une possibilité est que, même avec un stockage fonctionnant dans le but de maximiser les profits, l’ajout d’énergie éolienne et solaire au réseau pourrait neutraliser l’effet du charbon. Avec un excès suffisant d’énergie renouvelable, le stockage sous quelque forme que ce soit - batteries ou réservoirs d’eau, par exemple - utiliserait de préférence l’énergie solaire et éolienne, car ce sont les sources les moins chères lorsque l’approvisionnement en énergie dépasse la demande. Le stockage déplacerait toujours le charbon de nuit la nuit, mais il serait suffisant de permettre aux énergies renouvelables de compenser les émissions supplémentaires.
Les réglementations peuvent être conçues de manière à ce que les systèmes de stockage d'énergie se chargent en excès d'électricité éolienne et solaire, ce qui constitue un pas en avant pour rendre le stockage plus propre. petrmalinak / Shutterstock.com
Nous avons étudié cela et avons constaté que le réseau Midwest représente un tournant lorsque les énergies éolienne et solaire atteignent environ 18 pour cent de la capacité totale de production: à ce stade, l’ajout de stockage commence à diminuer plutôt qu’augmenter. Le niveau actuel d’adoption est de 10, ce qui prendrait un certain temps avant que le stockage dans le Midwest ne réduise les émissions.
Une autre option consiste à modifier le mode de fonctionnement du stockage. Avec un prix modeste sur le carbone, par exemple, le coût de différents générateurs serait modifié de sorte que le stockage coûte moins cher aux centrales à charbon, ce qui réduit les émissions, même dans le réseau du Midwest lourdement chargé de charbon.
Bien qu'une taxe carbone nationale ne semble pas probable dans un proche avenir, il existe d'autres moyens d'assurer des résultats écologiques à partir du stockage. Par exemple, les États peuvent mettre en place des politiques encourageant une utilisation accrue des ressources «zéro carbone» au lieu du charbon.
Quoi qu’il en soit, le stockage nous aidera toujours à utiliser davantage nos sources d’électricité à faible coût. La question est de savoir si c'est du charbon, du nucléaire ou des énergies renouvelables.
A propos de l'auteur
Naga Srujana Goteti, doctorante en énergie et développement durable, Rochester Institute of Technology; Eric Hittinger, professeur adjoint de politique publique, Rochester Institute of Technologyet Eric Williams, professeur agrégé de développement durable, Rochester Institute of Technology
Cet article a été publié initialement le The Conversation. Lis le article original.
Livres connexes
Drawdown: Le plan le plus complet jamais proposé pour inverser le réchauffement climatique
par Paul Hawken et Tom Steyer
Face à la peur et à l'apathie généralisées, une coalition internationale de chercheurs, de professionnels et de scientifiques s'est réunie pour proposer un ensemble de solutions réalistes et audacieuses au changement climatique. Une centaine de techniques et de pratiques sont décrites ici - certaines sont bien connues; certains dont vous n'avez peut-être jamais entendu parler. Elles vont de l’énergie propre à l’éducation des filles dans les pays à faible revenu, en passant par les pratiques d’utilisation des sols qui extraient le carbone de l’air. Les solutions existent, sont économiquement viables et les communautés du monde entier les appliquent actuellement avec compétence et détermination. Disponible sur Amazon
Concevoir des solutions climatiques: un guide de politique pour l'énergie à faible teneur en carbone
par Hal Harvey, Robbie Orvis et Jeffrey Rissman
Avec les effets du changement climatique déjà sur nous, la nécessité de réduire les émissions mondiales de gaz à effet de serre n'est rien de moins qu'urgente. C'est un défi de taille, mais les technologies et les stratégies pour y faire face existent aujourd'hui. Un petit ensemble de politiques énergétiques, bien conçues et bien mises en œuvre, peut nous mettre sur la voie d'un avenir sobre en carbone. Les systèmes énergétiques sont vastes et complexes, de sorte que la politique énergétique doit être ciblée et rentable. Les approches universelles ne permettront tout simplement pas de faire le travail. Les décideurs ont besoin d'une ressource claire et complète qui décrit les politiques énergétiques qui auront le plus grand impact sur notre avenir climatique et décrit comment bien concevoir ces politiques. Disponible sur Amazon
Cela change tout: Capitalisme contre le climat
par Naomi Klein
In Cela change tout Naomi Klein affirme que le changement climatique n'est pas simplement un autre problème à régler soigneusement entre impôts et soins de santé. C'est une alarme qui nous appelle à réparer un système économique qui nous fait déjà défaut à bien des égards. Klein explique méticuleusement que la réduction massive de nos émissions de gaz à effet de serre est notre meilleure chance de réduire simultanément les inégalités, de ré-imaginer nos démocraties brisées et de reconstruire nos économies locales dévastées. Elle expose le désespoir idéologique des négateurs du changement climatique, les illusions messianiques des futurs géo-ingénieurs et le tragique défaitisme de trop nombreuses initiatives vertes traditionnelles. Et elle montre précisément pourquoi le marché n'a pas - et ne peut pas - résoudre la crise climatique, mais aggravera la situation, avec des méthodes d'extraction de plus en plus extrêmes et écologiques, accompagnées d'un capitalisme catastrophique. Disponible sur Amazon
De l'éditeur:
Les achats sur Amazon vont couvrir les frais de transport. InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, et ClimateImpactNews.com sans frais et sans annonceurs qui suivent vos habitudes de navigation. Même si vous cliquez sur un lien mais n'achetez pas ces produits sélectionnés, tout ce que vous achèterez lors de cette même visite sur Amazon nous rapportera une petite commission. Il n'y a pas de coût supplémentaire pour vous, alors contribuez à l'effort. Vous pouvez également utiliser ce lien d’utiliser Amazon à tout moment pour vous aider à soutenir nos efforts.
