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Une étude de Harvard remet en question le soutien généralisé au stockage d'énergie en vrac

Une étude de Harvard remet en question le soutien généralisé au stockage d'énergie en vrac

Réservoir Marchlyn Mawr [Source de l'image:Hefin Owen, Flickr]

Le coût élevé et l'immaturité technique des systèmes de stockage d'électricité en vrac (BES), tels que le stockage hydraulique par pompage (PHS), les batteries, l'air liquide, les volants d'inertie et l'hydrogène, ont souvent été mentionnés comme des défis majeurs à la pénétration accrue des technologies d'énergie renouvelable, telles que comme l'énergie éolienne et l'énergie solaire. Cependant, le déploiement de ces technologies est-il vraiment nécessaire au stade actuel du déploiement mondial des énergies renouvelables? Une nouvelle étude menée par des scientifiques de l'Université de Harvard a révélé que cette hypothèse était gravement erronée et qu'une grande quantité de capacité de stockage d'énergie n'est pas nécessairement une condition préalable au déploiement d'énergies renouvelables afin de réduire les émissions de gaz à effet de serre. En effet, l'étude révèle en fait qu'une multiplication par dix des technologies telles que l'énergie éolienne et solaire est possible sans avoir à compter du tout sur le stockage.

Le BES n'est actuellement pas économique sur les marchés de l'électricité avec une faible pénétration des énergies renouvelables et des prix du gaz naturel bas. Son déploiement limité signifie que les facteurs techniques et économiques ne sont pas clairement compris, tandis que la rentabilité dans le soutien des énergies renouvelables est évidemment limitée par les variations de l'ingénierie BES et des paramètres économiques. Jusqu'à présent, aucune technologie BES, à l'exception du stockage hydraulique par pompage (PHS), n'a été déployée à grande échelle. Sur les 141 gigawatts existants de capacité de stockage électrique mondiale, 99% sont des PHS.

Le professeur David Keith, professeur Gordon McKay de physique appliquée à la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) et professeur de politique publique à la Harvard Kennedy School et l'étudiant diplômé de SEAS Hossein Safaei ont donc tenté de découvrir quelle quantité de stockage d'électricité », est économiquement efficace en utilisant un modèle simple pour évaluer l'économie du BES sous des contraintes d'émissions de carbone. Le stockage peut fournir une variété de services en plus du stockage d'électricité sur plusieurs heures, comme la régulation de fréquence pour soutenir l'intégration dans le réseau. Keith et Safaei ont plutôt choisi de limiter leur analyse à BES en utilisant le modèle pour évaluer le rôle des coûts en capital, qui sont le déterminant le plus important de sa viabilité économique.

Système de stockage d'énergie sur batterie [Source de l'image: Portland General Electric, Flickr]

Des travaux antérieurs dans ce domaine ont examiné l'économie de technologies BES spécifiques par rapport aux turbines à gaz dans les réseaux à faible teneur en carbone. La justification pour cela est que le gaz génère de faibles émissions de carbone par rapport au charbon ainsi qu'une grande flexibilité opérationnelle et de faibles coûts d'investissement. Plusieurs études ont également examiné la compétitivité des technologies de stockage au niveau du réseau, en utilisant des modèles complexes de qualité utilitaire pour prendre en compte les spécificités du réseau et ses différentes exigences de fiabilité. Le problème est que la littérature existante sur ce sujet ne répond pas à la question paramétrique du «et si» en ce qui concerne les paramètres de prix et de performance impliqués là où le BES est censé soutenir les énergies renouvelables dans la réalisation de réductions d'émissions importantes dans le secteur de l'électricité.

Keith et Safaei ont utilisé des données de vent et de charge du monde réel pour construire le modèle. Ils ont optimisé la taille et l'ordre d'expédition du parc de production afin de minimiser le coût de l'approvisionnement en électricité sous une gamme de coûts BES et de contraintes d'émissions de gaz à effet de serre. Ils ont également choisi une analyse en champ vert plutôt que de se pencher sur la capacité existante afin de se concentrer uniquement sur les réductions d'émissions profondes dans lesquelles toutes les centrales au charbon sont retirées, ou bien ont des rénovations de carbone, de captage et de stockage (CSC). Un autre facteur dans cette décision était la probabilité que des réductions aussi importantes ne se produiront probablement pas avant que la flotte existante approche de la fin de sa vie économique. Les coûts et les contraintes de transport ont également été ignorés.

Diverses options d'alimentation électrique ont été testées, notamment l'éolien, la turbine à gaz et le GES. Keith et Safaei ont également utilisé une source générique à zéro émission de carbone (DZC) comme proxy pour les centrales à combustibles fossiles avec captage du carbone ou les centrales nucléaires. Les deux scientifiques ont examiné les coûts de certaines technologies BES ainsi que la sensibilité du coût de l'électricité aux performances de stockage sous une gamme de restrictions d'émissions.

Parc éolien [Source de l'image: Chrishna, Flickr]

L'étude a révélé que le déploiement à grande échelle du BES pour le stockage à l'échelle du réseau n'est pas une condition préalable pour augmenter considérablement la quantité d'énergie renouvelable et qu'aucune justification économique n'est donc nécessaire pour le stockage saisonnier. L'étude a également confirmé que les énergies renouvelables intermittentes peuvent être déployées pour décarboner l'approvisionnement en électricité avec seulement un besoin proportionnellement faible pour le BES. Un BES substantiel n'est requis que lorsque l'intensité des émissions de carbone atteint moins de 30% de la moyenne américaine actuelle avec le retrait généralisé des centrales à combustibles fossiles.

«Il ne fait aucun doute qu’il vaudrait mieux avoir un stockage plus important et meilleur et qu’une stratégie sensée à long terme pour le réseau aura beaucoup plus de stockage qu’aujourd’hui», a déclaré le professeur Keith, s’adressant à la Harvard Gazette. «Mais vous n’avez pas besoin d’attendre cela avant de déployer davantage d’énergies renouvelables variables.»

Safaei, actuellement employé en tant que directeur associé chez IHS Energy, a ajouté qu'à l'heure actuelle, les faibles coûts d'investissement en plus de bonnes performances d'émissions font des turbines à gaz des candidats importants et rentables pour l'atténuation des émissions de carbone. En outre, des technologies de production à zéro émission de carbone, telles que l'hydroélectricité, le nucléaire et la biomasse, peuvent être déployées à la place ou en conjonction avec les énergies renouvelables intermittentes. »

Sally M. Benson, professeur d’ingénierie des ressources énergétiques et directrice exécutive du Global Climate and Energy Project de l’Université de Stanford, qui n’a pas participé à l’étude, a qualifié cette découverte de «bonne nouvelle». Elle a déclaré qu'il fallait plus de temps et de R&D pour réduire le coût du stockage en vrac et augmenter la production.

Jay Apt, professeur de technologie et codirecteur du Electricity Industry Center de l'Université Carnegie Mellon, a déclaré que l'étude de Harvard confirme clairement que «le coût de l'élimination de la pollution de la production d'électricité est le plus bas lorsqu'une stratégie globale est utilisé."

Keith et Safaei espèrent que l'étude contribuera à informer les gouvernements du monde, tant en ce qui concerne les décisions d'investissement en R&D que les politiques gouvernementales.

"Nous essayons d'éliminer un mème politique important qui dit que vous ne pouvez pas cultiver des énergies renouvelables variables sans une augmentation proportionnelle du stockage", a déclaré Keith. «Nous pourrions réduire les émissions de carbone du secteur électrique à moins d'un tiers [de] leurs niveaux actuels en utilisant des énergies renouvelables variables avec du gaz naturel pour gérer l'intermittence, mais cela nous obligera à continuer à développer l'infrastructure de transport d'électricité. Il y a une scission entre la transmission et le stockage; si les batailles de site arrêtent la nouvelle transmission, nous devons augmenter le stockage. »

L'étude a été publiée le lundi 23rd Septembre dans la revue Energy & Environmental Science et a été financé par Bill Gates via le Fund for Innovative Climate and Energy Research.


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