Old school: Une grande partie de la centrale électrique et du réseau de transport sur lesquels nous comptons existe depuis des décennies. andrewfhart / flickr, CC BY-SA
Le réseau électrique est un incroyable système intégré de machines couvrant un continent entier. La National Academy of Engineering a appelé l'un des les plus grandes réalisations d'ingénierie du 20ème siècle. 
Mais c'est aussi cher. Selon mon analyse, la valeur actuelle (dépréciée) du réseau électrique américain, comprenant les centrales électriques, les fils, les transformateurs et les poteaux, est d'environ US $ 1.5 à 2 billion $. Le remplacer coûterait presque $ 5 billions.
Cela signifie que l'infrastructure électrique des États-Unis, qui contient déjà des milliards de dollars de capital irrécupérable, nécessitera bientôt d'importants investissements continus uniquement pour maintenir les choses telles qu'elles sont. Une centrale électrique construite au cours de l'expansion rapide du secteur de l'électricité dans les décennies qui ont suivi la Seconde Guerre mondiale est maintenant vieille de plus d'un an, longtemps payée, et doit probablement être remplacée. En fait, l'American Society of Civil Engineers vient de donner à l'ensemble de l'infrastructure passant à peine la note de D +.
L'administration actuelle a promis d'investir massivement dans les infrastructures, ce qui soulève un certain nombre de questions concernant le système électrique: à quoi devrait ressembler le réseau énergétique du futur? Comment pouvons-nous parvenir à un approvisionnement énergétique à faible teneur en carbone? Combien cela coûtera-t-il?
L'infrastructure semble être un problème qui peut recueillir le soutien de des deux côtés de l'allée. Mais pour prendre de bonnes décisions en matière de dépenses, nous devons d'abord comprendre la valeur de la grille existante.
État actuel de la transition
Le réseau électrique est destiné à durer des décennies, mais peu de gens réalisent que l'ensemble du système doit équilibrer finement l'offre et la demande à travers des échelles de temps aussi courtes qu'une seconde. Chaque watt d'énergie électrique pour l'éclairage de maisons, l'utilisation d'ordinateurs portables ou de climatiseurs est généré en même temps dans différents endroits, principalement en brûlant des carburants qui génèrent des aimants dans les générateurs. Il n'y a essentiellement pas de stockage d'électricité sur le réseau; Au contraire, la plus grande partie de l'énergie est stockée dans les combustibles - charbon, gaz naturel, produits nucléaires et eau derrière les barrages, en attendant que le commandement soit converti en électricité en temps réel.
Emplacement et statut déprécié de toutes les centrales électriques américaines. Joshua Rhodes, EIA Formulaire Données 860.
Au cours des dernières années, où nous obtenons notre pouvoir a radicalement changé. Les plus anciens générateurs sont de grandes centrales électriques, dont beaucoup sont situées dans la partie orientale des États-Unis. Les ajouts les plus récents ont été plus petits et plus dispersés - pensez aux panneaux solaires sur le toit ou aux parcs éoliens. Certains experts ont même dit que ce modèle de génération plus distribuée plus près de l'endroit où l'énergie est consommée - le long du réseau, plutôt que des centrales électriques - est le nouvelle norme.
À l'avenir, nous pouvons soit reconstituer la grille de la même façon que nous l'avons fait auparavant, soit investir dans de nouvelles technologies qui peuvent apporter le même service, mais à un moindre coût.
Et comment pourrions-nous le rendre plus propre? Certaines personnes pensent que la grille peut fonctionner complètement sur des sources d'énergie renouvelables. D'autres disent que la meilleure façon de «décarboniser», ou de réduire les émissions de carbone, pour le système énergétique dans son ensemble est électrification généralisée des secteurs industriel et des transports.
Mais pour répondre à ce que coûteraient de telles transitions, nous devons savoir: Quel est le coût du réseau actuel? Combien coûte actuellement le béton, l'acier, le silicium, etc. que nous avons déjà installés dans le sol? Pour aider les décideurs et les planificateurs à réfléchir à leur vision de l'avenir, j'ai entrepris de répondre à cette question.
Qu'est-ce qui compose la grille?
Pour cet exercice, j'ai limité "la grille" aux parties suivantes:
- Centrales électriques
- Lignes de transport haute et basse tension, qui transportent l'énergie sur de longues distances
- Lignes de distribution, qui alimentent directement les bâtiments ou d’autres terminaux
- Sous-stations d'acheminement de la puissance sur le réseau de transport
- Sous-stations sur la grille de distribution
- Transformateurs qui changent les tensions sur le réseau de distribution
Ce calcul exclut les composants supplémentaires et nécessaires de la grille, tels que le fil électrique à l'intérieur de votre maison, les compteurs des panneaux électriques des maisons et des bâtiments et les dispositifs d'utilisation finale qui consomment l'électricité.
En examinant divers rapports publics et en utilisant des estimations mises à jour pour de nouvelles constructions et des approches standard pour l'estimation de la dépréciation, nous avons quantifié la valeur des actifs du pays pour la production, le transport et la distribution d'électricité.
La capacité totale de ces centrales est d'environ 1.15 terawatts. C'est la capacité de production des réacteurs nucléaires 1,000 (les États-Unis en ont actuellement environ 100). Comme vous pouvez l'imaginer, ce serait coûteux à remplacer. Pour les seules centrales électriques, la valeur de remplacement est de près de 2.7 milliards de dollars, et la valeur dépréciée, ou valeur courante approximative, est de près de 1 milliards de dollars. Dans l'ensemble, la répartition de la valeur est d'environ 56 pourcentage de la centrale, 9 pourcentage de système de transmission et 35 système de distribution en pourcentage.
Ventilation de la valeur de remplacement et de la dépréciation de l'infrastructure électrique américaine. Bon nombre des sources de données sous-jacentes, y compris celles de l'EIE, sont les mêmes que celles utilisées récemment dans l'étude de l'Institut de l'énergie UT-Austin sur le coût total de l'électricité. Nous avons utilisé un plan d'amortissement linéaire simplifié qui se termine par une valeur de rebut de 15 pour cent du coût initial à la fin de sa durée de vie prévue. Joshua Rhodes
Quel chemin à suivre?
Si nous voulons avoir un avenir énergétique plus propre, il y a plusieurs voies pour y arriver. Cependant, je fais l'hypothèse que le chemin le moins cher et le plus probable sera celui qui exploite le mieux, et non pas le double, l'infrastructure que nous avons déjà. L'une des voies les plus «branchées» (et ce que nous voyons aujourd'hui) est la conversion du charbon à la production au gaz dans les centrales électriques qui peuvent utiliser les fils, les poteaux et les infrastructures hydrauliques existants.
À l'autre extrémité du spectre, une économie de l'hydrogène nécessiterait de nouveaux investissements massifs dans de nouveaux types de technologie, de sorte que cela réduirait moins ce que nous avons actuellement. Par exemple, nous aurions besoin de construire des lieux pour générer et stocker de l'hydrogène. D'un autre côté, il a le potentiel d'être plus résilient et durable.
Montrer leur âge: L'amélioration des lignes de transmission pourrait amener l'énergie solaire et éolienne des régions éloignées du pays vers les endroits où se trouvent les gens, ce qui contribuerait à rendre le réseau plus propre et potentiellement à faire baisser les prix. indigoskies / flickr, CC BY-NC-ND
Un domaine qui semble prometteur pour l'investissement dans l'infrastructure est la modernisation du réseau de transport d'énergie en vrac. Ces mises à niveau pourraient permettre à l'énergie de circuler entre les régions des États-Unis et seraient semblables à la façon dont le réseau routier inter-États a fait baisser les coûts des entreprises à travers le pays en réduire considérablement le temps nécessaire pour transporter des biens et des services à travers notre vaste pays.
Il y a des régions des États-Unis où l'énergie est produite moins cher et avec moins d'impacts environnementaux que dans d'autres zones. Élargir les lignes de transport aux régions du pays qui ont de bonnes ressources éoliennes et solaires peut apporter de l'énergie à très faible coût aux utilisateurs. Le problème est que ces zones ne sont pas toujours où les gens sont, donc pour apporter ce pouvoir aux gens, nous avons besoin d'un réseau de transmission solide.
Les réseaux de distribution, c'est-à-dire la partie du réseau qui alimente directement les bâtiments en électricité, peuvent également intégrer davantage d'énergie solaire sans que cela n'entraîne de coûts supplémentaires pour l'exploitation du réseau. Mais une fois que la capacité solaire atteint un certain pourcentage de la demande d'énergie sur le réseau local, qui varie selon l'emplacement, alors plus de coûts sont engagés.
En fin de compte, les consommateurs, ou les contribuables, finissent toujours par payer pour ces projets de mise à niveau, mais les avantages peuvent l'emporter sur les coûts. L'expansion du réseau électrique du Texas a permis beaucoup plus d'énergie éolienne pour atteindre les centres de distribution ce qui, conjugué à la baisse des prix du gaz naturel, a fait baisser les coûts du marché de gros de l'électricité. Ces coûts inférieurs sont alors transmis aux contribuables.
Il n'y a pas de chemin qui ne nécessite pas d'investissement - même simplement maintenir ce que nous avons coûtera des centaines de milliards, sinon des milliards, de dollars au cours de la prochaine décennie. La grande question est la suivante: alors que nous continuons à remplacer et à reconstruire cette incroyable grille, sur quelles technologies devrions-nous nous concentrer?
A propos de l'auteur
Joshua D. Rhodes, chercheur postdoctoral en énergie, Université du Texas à Austin
Cet article a été publié initialement le The Conversation. Lis le article original.
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