Surproduction éolienne et solaire : bonne nouvelle et opportunité
Introduction à la surproduction éolienne et solaire
Contexte global de l’augmentation des capacités installées
L’augmentation des capacités installées d’énergie éolienne (industrielles ou domestiques) et solaire est un phénomène mondial.
En effet, nous constatons une accélération de l’adoption des énergies renouvelables, soutenue par des politiques gouvernementales et des avancées technologiques rapides. En 2020, la capacité installée mondiale d’énergie éolienne avait atteint 743 GW, tandis que celle du solaire photovoltaïque était de 707 GW.
Ces chiffres continuent de croître à un rythme impressionnant, soulignant une transition dynamique vers une énergie plus verte. Entre 2010 et 2020, la capacité solaire a augmenté en moyenne de 24 % par an, tandis que l’éolien a crû en moyenne de 10 % par an.
Qu’est-ce que la surproduction en énergie renouvelable ?
La surproduction en énergie renouvelable survient lorsqu’une installation produit plus d’énergie que nécessaire à un moment donné. Ce phénomène est particulièrement fréquent avec des sources d’énergie intermittentes comme l’éolien et le solaire, soumises aux variations des conditions météorologiques. Par exemple, il est courant de constater une surproduction solaire pendant les jours très ensoleillés et peu de demande, ou une surproduction éolienne lors de forts vents nocturnes couplés à une faible consommation énergétique.
Bien que cela puisse sembler problématique, la surproduction représente une opportunité pour optimiser l’utilisation des ressources énergétiques et encourager les innovations dans le stockage et la gestion de l’énergie.
Impact environnemental positif
Réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES)
L’intégration des énergies éoliennes et solaires permet de réduire significativement les émissions de gaz à effet de serre. Par exemple, selon l’Agence Internationale de l’Énergie, une éolienne terrestre de 2 MW peut réduire les émissions de CO₂ d’environ 3 000 tonnes par an sur un site bien ventilé. Le remplacement de centrales thermiques au charbon par des parcs éoliens et solaires a contribué à éviter environ 2,5 milliards de tonnes de CO₂ entre 2000 et 2019.
Contribution aux objectifs de l’accord de Paris
L’Accord de Paris vise à limiter le réchauffement climatique à 1,5 °C au-dessus des niveaux préindustriels. La surproduction éolienne et solaire joue un rôle crucial en atteignant cet objectif. Par exemple, le Royaume-Uni a réduit ses émissions de carbone de 37 % entre 1990 et 2019, grâce à l’intégration des énergies renouvelables, en particulier éoliennes et solaires, dans son mix énergétique.
Comparaison avec les énergies fossiles
Les éoliennes modernes émettent entre 7 et 14 g de CO₂ par kWh sur l’ensemble de leur cycle de vie, contre 900 à 1 100 g de CO₂ par kWh pour les centrales thermiques au charbon. Des études montrent que même en tenant compte de la production, du transport et du démantèlement, les énergies renouvelables conservent une empreinte carbone largement inférieure à celle des énergies fossiles.
Gestion de la surproduction
Technologies de stockage d’énergie
Batteries
Les batteries lithium-ion sont désormais couramment utilisées pour stocker l’énergie excédentaire, avec une densité énergétique typique de 150-200 Wh/kg. Leur coût a diminué de plus de 85 % entre 2010 et 2020, atteignant environ 137 USD par kWh en 2020.
Stockage par pompage-turbinage (STEP)
Le stockage par pompage-turbinage utilise l’énergie excédentaire pour pomper de l’eau vers un réservoir supérieur. Cette technologie, qui représente environ 96 % du stockage d’énergie global aux États-Unis, est très efficace pour les grands volumes d’énergie. Pour chaque kWh stocké, les STEP restent économiquement viables pendant près de 50 ans.
Stockage à air comprimé (CAES)
Le stockage à air comprimé (CAES) emmagasine l’énergie sous forme d’air comprimé dans des cavernes souterraines. Bien que peu déployée actuellement, cette technologie offre une large capacité de stockage et un faible coût des matériaux. Le rendement énergétique se situe entre 40 % et 70 %.
Réseaux intelligents (Smart Grids)
Les réseaux intelligents permettent une gestion en temps réel de la production et de la consommation d’énergie, ce qui améliore l’efficacité et la résilience du réseau. Aux États-Unis, des projets pilotes montrent que les smart grids peuvent réduire les pertes de distribution électrique de 2 à 12 % par an. En Europe, les initiatives de réseaux intelligents ont permis une meilleure intégration des énergies renouvelables, comme le projet InterFlex en France et en Allemagne.
Marchés de flexibilités et contrats d’ajustement
Les mécanismes de flexibilité permettent de vendre l’énergie excédentaire ou de réduire la demande lors des périodes de surcharge, assurant ainsi une gestion optimale de la surproduction. Par exemple, en Espagne, le marché de la flexibilité énergétique a permis une économie de près de 50 millions d’euros en coûts d’énergie en 2020. En Norvège, les contrats d’ajustement ont contribué à réduire de 20 % les défaillances de réseau lors des pics de demande.
Opportunités économiques
Accroissement des revenus grâce à l’exportation
L’exportation de l’énergie renouvelable excédentaire peut générer des revenus significatifs pour les producteurs domestiques. En Allemagne, l’exportation d’électricité renouvelable vers les pays voisins a rapporté près de 1 milliard d’euros en 2020, stimulant ainsi l’économie locale et favorisant l’intégration des énergies renouvelables dans le mix énergétique européen.
Croissance du marché du stockage d’énergie
Le marché mondial du stockage d’énergie est en plein essor, avec une croissance estimée à un TCAC de 20 % entre 2021 et 2026 pour atteindre 546 GWh. En 2019, les investissements en stockage d’énergie en Europe ont atteint 1,1 milliard d’euros, et ce chiffre continue de croître avec l’augmentation des installations renouvelables.
Développement et utilisation de l’hydrogène vert
L’utilisation de l’énergie excédentaire pour produire de l’hydrogène vert est en plein essor. En 2020, l’Allemagne a lancé une stratégie nationale pour l’hydrogène avec 9 milliards d’euros d’investissements, visant à atteindre une production de 5 GW d’ici 2030. L’hydrogène vert peut être utilisé dans l’industrie pour décarboner des processus, dans le transport pour alimenter les véhicules à hydrogène, et même dans le chauffage résidentiel comme source de chaleur propre.
Contrats d’achat d’électricité (PPA)
Les contrats d’achat d’électricité (PPA) permettent de garantir des prix fixes pour l’énergie produite. En 2020, plusieurs grandes entreprises comme Google et Amazon ont signé des PPA pour sécuriser l’approvisionnement en énergie renouvelable, soutenant ainsi le développement de nouvelles installations tout en stabilisant les revenus des producteurs.
Impact sur la sécurité énergétique
Réduction de la dépendance aux combustibles fossiles
Grâce à l’intégration accrue des énergies renouvelables, la dépendance aux combustibles fossiles diminue, rendant notre système énergétique plus durable et résilient. Entre 2010 et 2020, l’Europe a réduit ses importations de charbon de 40 %, en grande partie grâce à l’augmentation de la capacité éolienne et solaire.
Amélioration de la sécurité et de la stabilité énergétique locale et nationale
Une gestion efficace de la surproduction permet d’assurer une sécurité d’approvisionnement et une stabilité de fréquence cruciales pour un réseau électrique fiable. Par exemple, la connectivité accrue des réseaux européens grâce aux smart grids a permis d’absorber les fluctuations importantes sans affecter la continuité de l’approvisionnement.
Défis et solutions potentielles
Obstacles et limitations actuels
Matériaux rares
La disponibilité et le coût des matériaux tels que le lithium, le cobalt, et le graphène posent des défis pour certaines technologies de stockage. Le pic du lithium prévu pour 2030 pourrait limiter l’expansion des batteries lithium-ion.
Coûts initiaux
Les coûts initiaux élevés des technologies de stockage et des infrastructures nécessaires représentent souvent un obstacle. Par exemple, une installation type de batterie lithium-ion coûte environ 500 000 € pour 1 MWh de capacité.
Innovations et perspectives pour surmonter ces défis
Nouveaux matériaux
Les recherches sur de nouveaux matériaux comme le sodium-soufre ou les technologies à état solide offrent des perspectives pour des solutions de stockage plus abordables et durables. Les batteries sodium-soufre utilisent des matériaux plus abondants et affichent un coût de production inférieur tout en offrant une densité énergétique compétitive.
Innovations technologiques
Les innovations disruptives, telles que les super-capacités, promettent d’améliorer l’efficacité énergétique et de réduire significativement les coûts de stockage.
Par ailleurs, l’économie d’échelle et les avancées technologiques permettent de prévoir une baisse continue des coûts.
Effets multiplicateurs économiques
Création d’emplois dans le secteur des énergies renouvelables
Le développement des énergies renouvelables, ainsi que les technologies de stockage et les réseaux intelligents, crée un nombre important d’emplois. En Europe, le secteur des énergies renouvelables employait environ 1,3 million de personnes en 2020, et ce nombre est en forte croissance.
Encouragement de l’innovation technologique
La demande croissante pour des solutions de gestion de la surproduction stimule l’innovation technologique et renforce la compétitivité des économies locales. Le financement des projets de R&D a atteint 2,5 milliards d’euros en 2021, illustrant l’engagement dans la recherche de nouvelles solutions.
Recyclage et économie circulaire
La transition vers une économie circulaire, où les matériaux sont recyclés et réutilisés, devient essentielle pour réduire les déchets et prolonger la durée de vie des technologies de stockage. Des initiatives à grande échelle comme celles de l’Union Européenne pour le recyclage des batteries lithium-ion visent à assurer un taux de collecte et de recyclage de 70 % d’ici à 2030.