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Coupler éolien, solaire et stockage : la combinaison gagnante ?

ActualitéClassé sous :développement durable , énergie renouvelable , éolienne

Qu'apporterait le couplage de l'éolien et du solaire ? Un modèle numérique montre que 20 % du réseau électrique des États-Unis pourrait être remplacé par une combinaison d'énergie éolienne, d'énergie solaire et de stockage de l'énergie. Ce couplage permettrait de fournir l'énergie demandée pour 99,9 % du temps. Encore faut-il trouver la bonne combinaison... 

Éoliennes D4 (au premier plan) à D1 (en arrière-plan) sur le banc Thornton, à 28 km de la côte belge, dans la mer du Nord. Ces éoliennes mesurent 157 m de haut (plus les pales), soit 184 m au-dessus des fonds marins sur lesquels elles reposent. © Hans Hillewaert, Wikipédia, cc by sa-3.0

Les énergies renouvelables sont souvent pointées du doigt car pas assez efficaces (sur le plan du rendement et de la couverture du réseau) ou trop dépendantes de la météo. Les panneaux solaires sont évidemment moins utiles en hiver, les éoliennes ne s'activent pas s'il n'y a pas de vent... En outre, l'inconvénient principal de l'énergie renouvelable est qu'on ne peut la stocker directement. Il faut la transformer à l'aide de batteries ou de piles à combustibles

Tous ces inconvénients font du solaire ou de l'éolien des alternatives de petite échelle aux énergies fossiles. Mais si en fin de compte, il ne fallait pas considérer qu'un seul type d'énergie mais en coupler plusieurs ? Des chercheurs de l'université du Delaware ont récemment montré que combiner correctement les apports de l'énergie éolienne, de l'énergie solaire et du stockage de l’énergie dans les batteries et les piles à combustible fournirait l'électricité demandée presque en continu.

Des combinaisons possibles, il y en a des millions. Les variables sont la quantité d'énergie nécessaire, la zone géographique considérée, les caprices de la météo... L'équipe a développé un modèle numérique qui considère 28 milliards de combinaisons possibles. Toutes ont été testées sur plus de 4 ans de données météorologiques horaires historiques et avec les demandes réelles d'électricité.

Le réseau électrique actuel pourrait être changé en combinant l'énergie éolienne, l’énergie solaire et le stockage d'énergie. Le paysage (à l’image, Villebon-sur-Yvette, dans l'Essonne) en serait-il changé ? © Arnaudus, Wikipédia, GNU 1.2

Quelle est la meilleure combinaison d'énergies renouvelables ? 

Leurs résultats ont été publiés dans la revue Journal of Power Sources (JPS). La meilleure combinaison possible fournit l'énergie demandée pour 99,9 % du temps. Le modèle est basé sur une grille régionale, la PJM Interconnection, qui comprend 13 États américains ainsi que le district de Columbia et représente 20 % du réseau électrique total des États-Unis. En d'autres termes, à en croire le modèle, cette combinaison pourrait largement remplacer un immense réseau électrique.

Contrairement aux études antérieures, le modèle vise à minimiser le coût du réseau plutôt qu'à optimiser l'apport en énergie aux particuliers ou aux entreprises. Ainsi, le modèle optimal utilisait l'énergie stockée lorsqu'il n'y avait plus assez d'énergie renouvelable disponible avant d'utiliser l'énergie fossile. En revanche, lorsque l'énergie renouvelable était excédentaire, le modèle remplissait les réservoirs de stockage et satisfaisait ensuite les demandes des habitations ou entreprises.  

Le réseau d’énergie renouvelable pour des économies à terme

« En utilisant l'hydrogène pour le stockage, nous pouvons lancer un système électrique qui répondrait aujourd'hui à un besoin de 72 GW, 99,9 % du temps, en utilisant 17 GW de solaire, 68 GW d'éolien offshore et 115 GW d'énergie éolienne à l'intérieur des terres », explique le coauteur Cory Budischak. Un GW représente la capacité de 200 grandes éoliennes ou de 250.000 panneaux solaires. 

Voilà donc un portrait de ce à quoi pourrait ressembler un réseau électrique alimenté en énergie renouvelable. Toutefois, comme la vitesse du vent et l'exposition au soleil varient en fonction de la météo, il faut améliorer la fiabilité. Les chercheurs l'ont fait en élargissant la zone géographique de production d’énergie, en variant les sources et en utilisant le système de stockage.

Les réseaux électriques d'énergie renouvelable sont parfois considérés comme onéreux. Mais pour Cory Budischak, « viser 90 % ou plus d'énergie renouvelable en 2030, dans le but d'atteindre les objectifs de changement climatique de 80 à 90 % de réduction d'émissions de dioxyde de carbone du secteur électrique, permettra à terme de faire des économies ».

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