Les mineurs de Bitcoin (BTC) devraient prêter attention à la future configuration du réseau électrique américain
Le président Joe Biden a appelé à d’importants investissements dans les énergies propres afin d’enrayer le changement climatique. Le 8 septembre 2021, la Maison-Blanche a publié un rapport du ministère américain de l’énergie, selon lequel l’énergie solaire pourrait générer jusqu’à 45 % de l’approvisionnement en électricité des États-Unis d’ici 2050, contre moins de 4 % aujourd’hui. Joshua D. Rhodes, chercheur en technologies et politiques énergétiques à l’université du Texas à Austin, explique ce qu’il faudrait pour atteindre cet objectif.
Pourquoi une telle attention portée à l’énergie solaire ? Un avenir à faible émission de carbone ne nécessite-t-il pas de nombreux types d’énergie propre ?
Le document “Solar Futures Study” du ministère de l’énergie présente trois scénarios pour le réseau américain : le statu quo, la décarbonisation, c’est-à-dire le passage massif à des sources d’énergie à faible émission de carbone ou sans carbone, et la décarbonisation avec l’électrification à l’échelle de l’économie des activités qui sont actuellement alimentées par des combustibles fossiles.
L’étude conclut que les deux derniers scénarios nécessiteraient environ 1050 à 1570 gigawatts d’énergie solaire, ce qui permettrait de répondre à environ 44 % à 45 % de la demande d’électricité prévue en 2050. À titre d’information, un gigawatt de capacité de production équivaut à environ 3,1 millions de panneaux solaires ou 364 éoliennes à grande échelle.
Le reste proviendrait principalement d’un mix énergétique de sources à faible ou à zéro émission de carbone, notamment l’énergie éolienne, l’énergie nucléaire, l’énergie hydraulique, l’énergie géothermique et les turbines à combustion fonctionnant avec des carburants synthétiques à zéro émission de carbone, comme l’hydrogène. La capacité de stockage de l’énergie (avec des systèmes tels que les grandes installations de batteries à haute capacité) se développerait également au même rythme que l’énergie solaire.
L’un des avantages de l’énergie solaire par rapport à de nombreuses autres technologies à faible émission de carbone est qu’une grande partie du territoire américain bénéficie d’un fort ensoleillement. Les ressources éoliennes, hydroélectriques et géothermiques ne sont pas réparties aussi uniformément : il existe des zones où ces ressources sont faibles ou inexistantes.
La plupart des régions des États-Unis peuvent produire au moins un peu d’énergie solaire toute l’année. Cette carte montre l’irradiation annuelle mondiale – la quantité de lumière solaire qui frappe une surface horizontale au sol. NREL
S’appuyer davantage sur des technologies spécifiques à une région signifierait se concentrer sur leur développement là où elles sont les plus abondantes. Il faudrait également construire davantage de lignes de transmission à haute tension pour transporter cette énergie sur de longues distances, ce qui pourrait augmenter les coûts et susciter l’opposition des propriétaires fonciers.
Est-il possible de produire 45 % de l’électricité américaine à partir de l’énergie solaire d’ici 2050 ?
Je pense que c’est techniquement possible, mais pas facile. Cela nécessiterait un déploiement bien plus important que ce que les États-Unis ont réalisé jusqu’à présent, même si le coût des panneaux solaires a considérablement baissé. Certaines régions ont atteint ce taux de croissance, mais à partir de points de départ peu élevés et généralement durant de courtes périodes.
L’étude Solar Futures estime que pour produire 45 % de l’électricité nationale à partir de l’énergie solaire d’ici 2050, il faudrait déployer environ 1600 gigawatts de production solaire. Cela représente une augmentation de 1450 % par rapport aux 103 gigawatts installés aujourd’hui aux États-Unis. À titre de comparaison, le réseau électrique américain compte actuellement environ 1200 gigawatts de capacité de production d’électricité de tous types.
Le rapport part du principe que 10 à 20 % de cette nouvelle capacité solaire serait déployée sur les habitations et les entreprises. Le reste serait constitué de déploiements à grande échelle, tels que les services publics, plus quelques systèmes qui utilisent des miroirs pour réfléchir le soleil vers une tour centrale.
Si l’on part du principe que l’énergie solaire à grande échelle nécessite environ 8 acres par mégawatt, cette expansion nécessiterait environ 10,2 à 11,5 millions d’acres. C’est une superficie à peu près aussi grande que le Massachusetts et le New Jersey réunis, bien que cela représente moins de 0,5 % de la masse terrestre totale des États-Unis.
Je pense que de tels objectifs méritent d’être fixés, mais qu’il est bon de les réévaluer au fil du temps pour s’assurer qu’ils représentent la voie la plus prudente.
Quels sont les principaux obstacles ?
À mon avis, le plus grand défi est que la conduite d’un changement à cette échelle nécessite une volonté politique soutenue. D’autres problèmes pourraient également ralentir les progrès, notamment les pénuries de matériaux essentiels pour les panneaux solaires, comme le polysilicium, les conflits commerciaux et les récessions économiques. Mais les défis techniques sont compris et plutôt simples.
Le gaz naturel, le charbon et le pétrole ont fourni près de 80 % de l’énergie primaire consommée par l’économie américaine en 2020, y compris la production d’électricité. Pour remplacer une grande partie de cette énergie par des sources à faible teneur en carbone, il faudrait également réorganiser la plupart des grandes entreprises énergétiques américaines.
Pour passer à une économie à faible émission de carbone, il faudrait produire beaucoup plus d’énergie à partir de sources à faible et à zéro émission de carbone et électrifier de nombreuses activités actuellement alimentées par des combustibles fossiles. LLNL
Un tel changement risque de se heurter à une certaine résistance, bien que certaines entreprises énergétiques commencent à se développer dans cette direction. L’administration Biden prévoit d’utiliser le programme pour l’électricité propre, une disposition du plan budgétaire de 3500 milliards de dollars en attente au Congrès, pour inciter les compagnies d’électricité à produire davantage d’énergie à partir de sources sans carbone.
Les études comme ce rapport sur l’énergie solaire partent également du principe qu’un grand nombre d’infrastructures de soutien essentielles à la réalisation de leurs scénarios seront disponibles. Selon l’étude Solar Futures, les États-Unis devraient augmenter leur capacité de transmission électrique de 60 à 90 % pour supporter les niveaux de déploiement solaire envisagés.
La construction de lignes de transmission longue distance est très difficile aux États-Unis, surtout lorsqu’elles traversent les frontières des États, une nécessité dans le cas d’un déploiement solaire massif. À moins qu’une agence, telle que la Commission fédérale de réglementation de l’énergie, ne soit habilitée à approuver de nouvelles lignes de transmission, ce type d’expansion pourrait être presque impossible.
Une solution potentielle gagne du terrain : construire les lignes de transmission le long des droits de passage existants, à côté des autoroutes et des voies ferrées, ce qui évite d’avoir à obtenir l’accord de nombreux propriétaires privés.
La centrale héliothermique d’Ivanpah, dans le désert de Mojave, en Californie, utilise des miroirs pour concentrer l’énergie du soleil sur trois capteurs solaires, qui chauffent l’eau pour faire fonctionner des turbines à vapeur. Jon G. Fuller, VWPics/Universal Images Group via Getty Images
Comment le système actuel devrait-il changer pour supporter une telle quantité d’énergie solaire ?
Notre système électrique tire actuellement environ 59 % de son électricité du charbon et du gaz naturel. Ces ressources sont généralement, mais pas toujours, disponibles à la demande. Cela signifie que lorsque les clients des services publics demandent plus d’énergie pour leurs lampes ou leurs climatiseurs, les entreprises peuvent faire appel à ces types de centrales pour augmenter leur production.
Le passage à un réseau dominé par les énergies renouvelables obligera les services publics et les régulateurs de l’énergie à repenser de quelle manière faire correspondre l’offre et la demande. Je pense que le réseau de l’avenir aura besoin de niveaux de transmission beaucoup plus élevés, de stockage d’énergie et de programmes qui encouragent les clients à choisir les périodes d’utilisation où l’énergie est la plus abondante et la plus abordable. Il faudra également une plus grande coordination entre les réseaux électriques régionaux d’Amérique du Nord, qui ne sont pas bien configurés actuellement pour transporter l’électricité sur de longues distances.
Tout cela est faisable et sera nécessaire si les États-Unis choisissent de s’appuyer sur un réseau électrique décarbonisé à forte intensité solaire pour répondre de manière rentable à la demande future.
Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l’article original.
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