L’énergie solaire et éolienne tue-t-elle vraiment la fiabilité du charbon, du nucléaire et du réseau?

L’énergie solaire et éolienne tue-t-elle vraiment la fiabilité du charbon, du nucléaire et du réseau?

Le secrétaire américain à l'Énergie, Rick Perry, en avril demandé une étude évaluer l'effet des politiques en matière d'énergies renouvelables sur les centrales nucléaires et au charbon.

Certains analystes de l'énergie ont répondu avec confusion, le sujet ayant fait l’objet de nombreuses études par les gestionnaires de réseau et les propres laboratoires nationaux du ministère de l’Énergie. D'autres étaient plus critique, en disant que l'objectif de l'examen est de favoriser l'utilisation du nucléaire et du charbon au dessus du de sources renouvelables.

Alors, le vent et le soleil tuent-ils le charbon et le nucléaire? Oui, mais pas par eux-mêmes et pas pour les raisons que la plupart des gens pensent. Est-ce que la fiabilité du réseau d’élimination du vent et du soleil est fiable? Non, pas là où la technologie et les réglementations du réseau ont été modernisées. À ces endroits, le fonctionnement global du réseau s’est amélioré et non aggravé.

Pour comprendre pourquoi, nous devons retracer le chemin des électrons de la prise murale aux générateurs, aux marchés et aux politiques qui dictent ce flux. En tant que chercheurs en énergie basés au Texas - le chef de file national du secteur éolien -, nous avons été témoins de cette dynamique au cours de la dernière décennie, y compris lorsque Perry était gouverneur.

Mauvaise question

Il y a eu beaucoup d'encre qui a coulé pour expliquer pourquoi le charbon est en difficulté. Un récapitulatif rapide: le gaz naturel est copieux et pas cher. Notre flotte de charbon est vieux et déprécié. La consommation d’énergie aux États-Unis a plafonné, donc il y a moins d'incitation financière à construire de grandes nouvelles centrales.

L’examen de Perry a notamment pour objectif d’établir de quelle manière l’énergie éolienne et solaire, qui sont des sources d’énergie variables, affectent les sources dites de charge de base, c’est-à-dire les centrales fournissant le flux constant d’électricité nécessaire pour satisfaire la demande minimale.

Se poser la question de savoir si l’énergie éolienne et solaire tue les groupes électrogènes de base, y compris les centrales au charbon, révèle un état d’esprit désuet concernant les marchés de l’électricité, qui n’a plus été pertinent dans de nombreux endroits depuis au moins une décennie. Cela ressemblerait à demander aux derniers 1990 si le courrier électronique détruisait les télécopieurs et le courrier postal. La réponse aurait été un «oui» sans équivoque suivi par des acclamations d '«alléluia» et «il est temps», car les deux s'étaient heurtés aux limites de leur utilité. La rapidité avec laquelle les consommateurs de 1990 ont sauté vers quelque chose de plus rapide, moins percutant et moins cher que l’ancienne approche était un signe qu’ils étaient prêts.

Un phénomène similaire se produit actuellement sur les marchés de l'électricité, les clients optant à nouveau pour des options plus rapides, moins lourdes et moins coûteuses, à savoir les centrales éoliennes, solaires et au gaz naturel qui augmentent ou réduisent rapidement leur production, au lieu de s'en tenir aux options obsolètes et exploitantes qui existaient des décennies auparavant. . Même la propre analyse du ministère de l'Énergie indique que «nombre des anciens paradigmes qui régissent le secteur (électricité) évoluent également. »

L'énergie éolienne et solaire rend les anciennes centrales moins viables, car leurs prix bas et stables et leur fonctionnement sans émissions sont souhaitables. Et ils ne nuisent pas à la fiabilité du réseau comme l'avaient supposé les critiques, car d'autres innovations ont eu lieu simultanément.

Pionnier du Texas

Utilisons l’étude de cas du Texas pour illustrer notre propos. Depuis que le Texas a son propre réseau, connu sous le nom d’Electric Reliability Council of Texas ou ERCOTet a installé plus de capacité éolienne Au Texas, l'expérience montre que les énergies renouvelables variables, telles que l'énergie éolienne, agissent sur le réseau.

Sur des marchés concurrentiels tels que ERCOT, les sociétés exploitant des centrales lancent des enchères pour fournir de l'électricité à un moment donné à un prix donné. Une pile d'enchères est du jargon pour «une pile d'enchères» - ou la collecte de toutes ces offres alignées par prix - sur des marchés aux enchères (comme le Texas).

Les marchés utilisent des piles d'enchères pour s'assurer que les centrales les moins chères sont expédiées en premier et les plus chères en dernier. Ce système basé sur le marché est conçu pour fournir aux consommateurs l’électricité au meilleur coût, tout en empêchant les propriétaires de centrales de fonctionner à perte. Tout au long de la journée, le prix du marché de l’électricité (en dollars / mégawattheure) change en fonction de l’évolution de la demande.

Le coût du gaz naturel influe également sur le prix de l'électricité. Lorsque le prix du gaz naturel baisse, le prix de chacune des centrales au gaz naturel diminue. Ce n'est pas surprenant: quand leur fonctionnement est moins coûteux, ils peuvent proposer un prix inférieur sur le marché et agir plus tôt dans la chaîne.

Lorsque le gaz baisse entre 3 USD et 3.50 USD (par million de BTU) et diminue, il commence à remplacer le charbon en tant que source d'électricité moins chère. Ce scénario reflète la réalité d’aujourd’hui: le gaz est bon marché et les réseaux l’utilisent pour plus de notre électricité que le charbon.

Comment les énergies renouvelables affectent-elles la pile d'enchères? Les sources d'énergie renouvelables telles que le vent, le solaire et l'hydroélectricité ne génèrent aucun coût en carburant: la lumière du soleil, le vent et l'eau courante sont gratuits. Cela signifie que leur coût opérationnel marginal est proche de zéro; le coût d'exploitation d'un mégawatt de vent est sensiblement le même par rapport au coût d'exploitation de mégawatts de 10, car les générateurs n'ont pas besoin d'acheter de carburant. Cela signifie que plus de parcs éoliens et solaires sont installés, plus de capacité est insérée à l'extrémité la moins chère de la pile d'offres.

Cette insertion chasse d’autres générateurs tels que le nucléaire, le gaz naturel et le charbon, ce qui empêche certains d’entre eux d’être envoyés au réseau - c’est-à-dire qu’ils n’alimentent pas le réseau (ou ne sont pas payés). Ainsi, à mesure que davantage d'énergies renouvelables sont installées, les marchés de l'énergie envoient moins d'options conventionnelles. Et, comme le coût marginal de ces nouvelles sources est presque gratuit, elles réduisent considérablement le coût de l’électricité. C’est une bonne nouvelle pour les consommateurs (nous tous) car nos factures diminuent, mais une mauvaise nouvelle pour les concurrents (tels que les propriétaires de centrales à charbon) qui exploitent leurs centrales moins souvent et sont moins payés lorsque les centrales fonctionnent.

Qu'est-ce que tout cela signifie? Le gaz naturel et les énergies renouvelables affectent le charbon de deux manières. Le gaz naturel est un concurrent direct du charbon car les deux peuvent être acheminés - activés - lorsqu'un gestionnaire de réseau a besoin de plus d'énergie. Cela est utile pour la fiabilité du réseau. Mais avec la baisse du coût du gaz naturel, le charbon est devenu moins compétitif car il est moins coûteux d’exploiter une centrale au gaz naturel.

L'effet des énergies renouvelables est légèrement différent: l'éolien et le solaire ne sont pas transmissibles, ils ne peuvent donc pas être activés à tout moment. Mais quand ils se mettent en marche, lors de soirées venteuses ou de journées ensoleillées au Texas, ils fonctionnent à très faible coût marginal et fonctionnent donc de manière très compétitive.

Les recherches menées à l’Université de Austin indiquent que, même si l’installation de quantités importantes d’énergie solaire augmenterait les coûts annuels de gestion du réseau, ERCOT en millions de XNUM $, cela réduirait les coûts annuels de gros de l’électricité de 10 $. Le résultat de tout cela est que les énergies renouvelables sont en concurrence avec les sources d'énergie conventionnelles, mais elles ne déplacent pas autant de charbon que du gaz naturel bon marché. En fait, le gaz bon marché remplace, en moyenne, plus de deux fois plus de charbon que les énergies renouvelables dans ERCOT.

Qu'en est-il du nucléaire?

Les problèmes du nucléaire sont en grande partie auto-infligés. En bref: le prix de la construction nucléaire est élevé, de sorte que nous ne construisons pas beaucoup de centrales nucléaires ces jours-ci. Puisque nous ne construisons pas, nous n'avons pas la capacité de fabrication. Comme nous n'avons pas la capacité de fabrication, le prix de la construction nucléaire est élevé. Étant donné que le prix de la construction nucléaire est élevé, nous ne construisons pas d'énergie nucléaire ces temps-ci… et ainsi de suite.

Aujourd'hui, le gaz bon marché, après avoir déjà consommé du charbon, menace les nouvelles centrales nucléaires et les centrales moins efficaces et plus anciennes. De nouvelles centrales à cycle combiné au gaz naturel peuvent être construites pour environ le sixième du coût d'une nouvelle centrale nucléaire, sont presque deux fois plus efficaces et peuvent être construites par tranches plus petites, ce qui les rend plus faciles à financer.

L'innovation de marché et l'informatique peuvent réparer la fiabilité

Parce que l'énergie éolienne va et vient avec le temps, cela rend les opérateurs de réseau nerveux. Mais les prévisions de vent se sont considérablement améliorées, donnant plus de confiance à ceux qui doivent garder la lumière allumée.

Et, chose intéressante, les exigences en matière de capacité de réserve (alimentation de secours en cas de baisse de l’énergie éolienne) pour gérer le réseau en douceur est descendu, pas en hausse, au cours des dernières années au Texas, malgré la croissance rapide du vent pendant le mandat du gouverneur Perry. Autrement dit, les coûts de gestion de la variabilité dans le réseau ont diminué.

Pourquoi y a-t-il eu peu de perturbations dans la fiabilité du réseau texan? Car parallèlement à la croissance rapide des installations éoliennes, le marché a été transformé par ERCOT. Alors que le secrétaire Perry était gouverneur, le Marché du Texas est passé d’un marché grossier et lent à un marché rapide et perfectionné. L'innovation du marché en un marché dynamique et pleinement fonctionnel a facilité l'intégration de davantage de vent dans le système. C'est aussi un signe de la façon dont les technologies avancées nous permettent de réinventer le réseau vers un réseau moins cher, plus propre et plus fiable.

Mais il reste encore beaucoup à faire: une technologie de l’information associée à un matériel intégré peut aider. Considérez ceci: Il y a des millions de compteurs intelligents 7.7 au Texas, la plupart d’entre eux étant résidentiels. Nous avons estimé que l'installation de millions de thermostats contrôlables 7 pour les ménages du Texas coûterait un milliard de dollars. La climatisation résidentielle est responsable d'environ 2 pour cent de la demande de pointe au Texas en été. Cela signifie que la demande maximale en gigawatts de 50 au Texas provient uniquement des climatiseurs résidentiels.

En gérant de manière dynamique nos charges de climatisation, c'est-à-dire en ajustant les thermostats pour réduire la demande globale sans nuire au confort des personnes, nous pourrions réduire la demande de pointe de 10 à 15 GW. Cela signifie que nous n’aurons peut-être pas besoin de milliards de dollars 10 à milliards de 15 de centrales. Dépenser un milliard de 2 pour éviter un milliard de 15 est une bonne affaire pour les consommateurs. En fait, vous pourriez donner le thermostat gratuitement et payer chaque ménage 700 $ XNUMX pour leurs ennuis et ce serait toujours moins cher que n'importe quelle centrale que nous pouvons construire.

La ConversationEn fin de compte, le secrétaire Perry a posé de bonnes questions. Heureusement, grâce aux enseignements tirés de son séjour au poste de gouverneur du Texas, nous avons déjà des réponses: malgré les inquiétudes contraires, l'intégration de l'éolien et de l'énergie solaire dans le réseau ainsi que du gaz naturel à forte accélération, des conceptions de marché intelligentes et des systèmes de contrôle de charge intégrés un réseau plus propre, moins cher et plus fiable.

A propos de l'auteur

Joshua D. Rhodes, chercheur postdoctoral en énergie, Université du Texas à Austin; Michael E. Webber, professeur de génie mécanique et directeur adjoint de l’Energy Institute, Université du Texas à Austin; Thomas Deetjen, assistant de recherche diplômé, Université du Texas à Austinet Todd Davidson, associé de recherche, Energy Institute, Université du Texas à Austin

Cet article a été publié initialement le La Conversation. Lis le article original.

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