L'éolien et l'énergie solaire photovoltaïque ont gagné la course - il est trop tard pour d'autres technologies d'énergie propre

Partout dans le monde, le solaire photovoltaïque (PV) et l'éolien sont les technologies dominantes de l'énergie propre.

Cette domination risque de devenir écrasante au cours des prochaines années, empêchant d'autres technologies d'énergie propre (y compris le captage et le stockage du carbone, le nucléaire et les autres énergies renouvelables) de se développer d'avantage.

Le photovoltaïque et l'éolien constituent la moitié de la nouvelle capacité de production installée dans le monde, les énergies fossiles, nucléaires, hydrauliques et toutes les autres énergies renouvelables constituant l'autre moitié.

En Australie, cette dominance est encore plus nette, avec PV et le vent constituant pratiquement toute la nouvelle capacité de production.

De plus, cette tendance devrait se poursuivre. Les taux d'installation d'éolienne et photovoltaïque ont augmenté de 19% en 2015 dans le monde, tandis que les taux pour les autres technologies étaient statiques ou ont diminué.

PV et l'éolien dominent parce qu'ils ont déjà atteint l'échelle commerciale, sont bon marché (et moins chers), et ne sont pas limités par la disponibilité de carburant, les considérations environnementales, les matériaux de construction, l'approvisionnement en eau ou les problèmes de sécurité.

En fait, le PV et l'éolien ont maintenant une telle longueur d'avance qu'aucune autre technologie de production à faible émission n'a une perspective raisonnable de les attraper.

L'hydroélectricité conventionnelle ne peut pas suivre le rythme parce que chaque pays va tôt ou tard manquer de rivières pour barrage, et la disponibilité de la biomasse est sévèrement limitée.

Des taux de croissance héroïque seraient nécessaires pour le nucléaire, le captage et le stockage du carbone, la thermodynamique solaire, l'énergie des océans et la géothermie pour couvrir la différence d'échelle annuelle de 20 à 200 fois pour capturer le vent et le PV.

L'énergie éolienne et l'énergie photovoltaïque ont toutes deux des économies d'échelle considérables. Leur capacité à saturer les marchés nationaux de l'électricité dans le monde restreint sévèrement d'autres technologies à faibles émissions. Certaines autres technologies peuvent devenir importantes dans certaines régions, mais il s'agira essentiellement de marchés de niche, tels que la géothermie en Islande ou l'hydroélectricité en Tasmanie.

Environ 80% du secteur de l'énergie pourrait être électrifié dans les deux prochaines décennies, y compris l'électrification du transport terrestre (véhicules et transports publics) et les pompes à chaleur électriques pour la production de chaleur.

Cela augmentera encore les opportunités pour le PV et l'éolien, et permettra d'éliminer les deux tiers des émissions de gaz à effet de serre (sur la base de la répartition sectorielle des données nationales sur les émissions).

Stockage et intégration

Qu'en est-il des problèmes souvent cités avec la nature variable du photovoltaïque et de l'énergie éolienne ? Heureusement, il existe une gamme de solutions qui peuvent les aider à atteindre des niveaux élevés de pénétration du réseau.

Bien que les générateurs photovoltaïques et éoliens individuels puissent avoir des rendements très variables, la production combinée de milliers de générateurs est en fait tout à fait prévisible lorsqu'elle est associée à de bonnes prévisions météorologiques et lissée sur une vaste zone.

De plus, le PV et l'éolien produisent souvent de l'énergie sous différentes conditions météorologiques - les tempêtes favorisent le vent, alors que les conditions calmes sont souvent ensoleillées.

Les améliorations rapides de la transmission DC haute tension permettent de transmettre de grandes quantités d'énergie à moindre coût et efficacement sur des milliers de kilomètres, ce qui signifie que l'impact des conditions météorologiques locales est moins important.

Une autre option est la « gestion de la charge », dans laquelle la demande d'énergie pour le chauffage de l'eau domestique et commercial et la recharge des batteries de voitures domestiques et électriques sont déplacées du jour au lendemain pour coïncider avec la disponibilité du soleil et du vent.

Les générateurs d'hydroélectricité et de gaz ou de biogaz existants, exploités pendant une petite fraction de l'année, peuvent également aider.

Enfin, le stockage d'énergie de masse est déjà disponible sous la forme de stockage hydroélectrique pompé (PHES), dans lequel l'énergie excédentaire est utilisée pour pomper l'eau vers un réservoir de stockage qui est ensuite libéré par une turbine pour récupérer environ 80% des énergie plus tard.

Cette technologie représente 99% du stockage d'électricité dans le monde et est largement dominante en termes de nouvelle capacité de stockage installée chaque année (3,4 gigawatts en 2015).

L'Australie a déjà plusieurs installations PHES, comme Wivenhoe près de Brisbane et Tumut 3 dans les Snowy Mountains. Toutes ces installations ont au moins 30 ans, mais il est possible d'en construire davantage pour répondre aux besoins de stockage de la nouvelle capacité éolienne et photovoltaïque.

La modélisation en cours à l'Université Nationale Australienne montre que des réservoirs contenant suffisamment d'eau pour seulement 3-8 heures de fonctionnement de la grille sont suffisants pour stabiliser une grille avec environ 90% de PV et de vent - la plupart du temps.

Cela ne nécessiterait que quelques centaines d'hectares de réservoirs pour le réseau australien, et pourrait être réalisé en construisant une série de stockages hydroélectriques pompés « hors-rivière ».

À la différence de l'hydroélectricité conventionnelle « sur la rivière », PHES hors-rivière nécessite des paires de réservoirs à l'hectare, plutôt comme des barrages agricoles surdimensionnés, situés dans un pays montagneux escarpé et accidenté, séparés par une différence d'altitude de 200-1000 mètres. via un tuyau contenant une pompe et une turbine.

Un exemple est le projet Kidston proposé dans une ancienne mine d'or dans le nord du Queensland. Dans ces systèmes, l'eau circule en boucle fermée, consomme très peu d'eau (évaporation moins précipitations) et a un impact environnemental beaucoup plus faible que les systèmes fluviaux.

Comment les énergies renouvelables peuvent dominer l'énergie australienne

En Australie, si l'éolien et le PV continuent au taux d'installation requis pour atteindre l'objectif d'énergie renouvelable 2020 (environ 1 GW par an chacun), nous atteindrons 50% d'électricité renouvelable d'ici 2030.

Cela grimpera à 80% si le taux d'installation double 2 GW par an dans le cadre d'un objectif plus ambitieux en matière d'énergie renouvelable - dont les obstacles sont probablement plus politiques que technologiques.

Le PV et l'éolien domineront massivement dans la transition des énergies renouvelables car il n'y a pas de temps pour qu'une autre technologie à faibles émissions les rattrape avant qu'ils ne saturent le marché.

Les éoliennes, PV, PHES, HVDC et les pompes à chaleur sont des solutions d'énergie renouvelable éprouvées en déploiement à grande échelle (100-1 000 GW installées dans le monde pour chacune). Ces technologies peuvent entraîner des réductions rapides et profondes dans les émissions de gaz à effet de serre du secteur de l'énergie.

Mis à part une modeste contribution de l'hydroélectricité existante, il est peu probable que d'autres technologies à faibles émissions contribuent de manière significative dans un avenir prévisible.