Une équipe de recherche transforme en superpuissance la plus grande faiblesse des énergies renouvelables

En analysant l’offre d’énergie renouvelable et la demande d’électricité à échelle ultrafine, l’équipe a découvert de formidables occasions de créer un réseau vert fiable à faibles coûts.

Par Sarah DeWeerdt (Öffnet in neuem Fenster)

Une nouvelle analyse révèle qu’une planification minutieuse de l’emplacement des installations solaires et éoliennes peut permettre d’optimiser la quantité d’énergie renouvelable disponible tout en abaissant les coûts grâce à une réduction des besoins de stockage dans des batteries. L’approche tire parti d’une caractéristique des sources d’énergie renouvelable qui est généralement considérée comme un handicap : leur variabilité.

Les personnes qui doutent de la pertinence du développement des énergies renouvelables invoquent souvent que le vent ne souffle pas partout et que le soleil ne brille pas toujours. C’est vrai, mais là où les nuages dominent, le vent souffle souvent, et le soleil brille parfois quelques kilomètres plus loin.

Des modèles misent ainsi sur cette complémentarité : utiliser différentes sources d’énergie renouvelables qui s’équilibrent dans le temps et l’espace (Öffnet in neuem Fenster).

« Nous voulons optimiser l’harmonisation de l’offre et de la demande d’énergie pour améliorer l’efficacité et la fiabilité du système énergétique dans son ensemble », explique Liying Qiu (Öffnet in neuem Fenster), membre de l’équipe de l’étude et chercheuse postdoctorale au Massachusetts Institute of Technology.

À l’heure actuelle, la planification en matière d’énergies renouvelables s’effectue principalement au moyen d’une approche très large, qui consiste à construire un nombre donné de parcs éoliens dans un pays, ou à viser un certain pourcentage d’électricité d’origine solaire. En parallèle, les décisions relatives à l’emplacement des installations d’énergie renouvelable sont prises par des promoteurs individuels ou des services publics, qui ont tendance à opter pour des endroits où il y a globalement plus de soleil ou de vent.

Or, cela peut toutefois entraîner une production excédentaire d’électricité (s’il y a beaucoup de vent alors que la demande d’électricité est relativement faible), ou des déficits (si le soleil brille beaucoup pendant la journée, mais que la demande d’électricité atteint son maximum après le coucher du soleil). Pour résoudre ces problèmes, il faut souvent construire des batteries de stockage coûteuses ou recourir à des combustibles fossiles lors des pics de la demande.

Dans le cadre de leur nouvelle étude, Liying Qiu et ses collègues ont utilisé les données météorologiques à haute résolution du National Renewable Energy Laboratory et un modèle de système énergétique à haute résolution qu’ils ont eux-mêmes conçu afin de trouver les lieux les plus intéressants pour construire des parcs solaires et éoliens aux États-Unis (la Californie, le Texas et la Nouvelle-Angleterre).

Cette étude est la première à utiliser des données météorologiques et des données sur la demande d’électricité dont la précision est de quelques kilomètres. « Notre approche permet d’établir plus précisément l’emplacement des installations de production d’énergie renouvelable correspondant le mieux à la demande d’énergie variable dans le temps, et de réduire les coûts globaux du système », souligne Mme Qiu.

Les emplacements des installations d’énergie renouvelable dans un système énergétique à moindre coût (Öffnet in neuem Fenster) diffèrent de ceux qui sont sélectionnés au moyen de l’approche classique de maximisation de la production annuelle d’énergie, rapporte l’équipe de recherche dans la revue Cell Reports Sustainability.

Selon le modèle, en Nouvelle-Angleterre, les installations éoliennes devraient être situées non pas nécessairement dans les endroits les plus venteux, mais là où le vent souffle la nuit, lorsque l’énergie solaire n’est pas disponible.

Au Texas, les installations éoliennes devraient être établies dans l’ouest de l’État, où il vente davantage le matin, ainsi que le long de la côte du Golfe, où les vents sont plus forts l’après-midi.

« Seules des données à haute résolution peuvent représenter avec précision la variabilité des ressources renouvelables, ce qui est essentiel pour optimiser leur complémentarité, poursuit Mme Qiu. » L’équipe de recherche a constaté qu’à une échelle de planification plus classique et moins précise, il est impossible de miser ainsi sur la complémentarité.

Mme Qiu ajoute que l’équilibre des fluctuations de l’offre d’énergie renouvelable et de la demande d’électricité au cours d’une période de 24 heures a eu des répercussions beaucoup plus importantes que prévu au chapitre de la réduction des coûts globaux liés au système énergétique.

L’analyse ne tient pas encore compte des changements climatiques (Öffnet in neuem Fenster), note cependant Michael Howland (Öffnet in neuem Fenster), membre de l’équipe de recherche et professeur adjoint d’ingénierie civile et environnementale au MIT. « Les changements climatiques risquent d’avoir une incidence sur la production et sur la demande d’énergie, précise-t-il. Notre prochaine étape consistera donc à analyser si nous devons concevoir différemment des systèmes énergétiques décarbonés dans un climat changeant afin de réduire les coûts et de maximiser la résilience. »

Source : Qiu L. et coll. Decarbonized energy system planning with high-resolution spatial representation of renewables lowers cost (Öffnet in neuem Fenster). Cell Reports Sustainability, 2024.

Article original en anglais : https://www.anthropocenemagazine.org/2024/12/researchers-took-the-key-weakness-of-renewable-energy-and-made-it-a-superpower/ (Öffnet in neuem Fenster)

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Anthropocène est la version française d’Anthropocene Magazine (Öffnet in neuem Fenster). La traduction française des articles est réalisée par le Service de traduction de l’Université Concordia (Öffnet in neuem Fenster), la Durabilité à l’Ère Numérique (Öffnet in neuem Fenster) et le pôle canadien de Future Earth (Öffnet in neuem Fenster).