Comment notre énergie sera-t-elle produite ?

Actuellement, 17 TWh d’électricité, soit plus de 60 % de la consommation mondiale, sont produits à partir du charbon, du gaz et du pétrole, selon le rapport « World Energy Outlook » de l’Agence internationale de l’énergie (AIE) publié en 2019.

Nous savons que les ressources de ces combustibles fossiles sont limitées, et, surtout, que leur combustion libère des gaz à effet de serre qui ont un lourd impact sur la crise climatique à laquelle nous sommes confrontés aujourd’hui. D’autres polluants sont également libérés, notamment des particules, qui constituent une menace considérable pour la santé, en particulier dans les pays en voie de développement.

L’élimination progressive des énergies fossiles

Il est de notoriété publique que nous devons réduire notre dépendance à l’égard des combustibles fossiles afin de relever les défis qu’ils posent en matière d’environnement et d’approvisionnement énergétique. Cependant, la demande d’électricité est en hausse, notamment dans les pays développés, où elle augmente parallèlement à l’essor de la numérisation et de l’électrification. Si nous ajoutons à cela la hausse de la production industrielle et du niveau de vie dans les pays en voie de développement, on estime que la demande mondiale augmentera de 10 TWh d’ici 2040.

Les sources d’énergie renouvelable nous donnent l’espoir d’un avenir plus propre et plus durable. Pour ce faire, elles doivent non seulement remplacer une grande partie de l’électricité produite de manière conventionnelle au fur et à mesure du retrait des sources fossiles, mais aussi fournir l’énergie supplémentaire nécessaire. Actuellement, environ 8 TWh sont produits par des sources renouvelables, dont l’énergie hydraulique, solaire éolienne. C’est déjà plus qu’il n’en faut pour satisfaire la totalité de la consommation résidentielle mondiale d’électricité, même si les secteurs de l’industrie et des services consomment ensemble 16 TWh. L’AIE prévoit que la production d’énergie renouvelable devrait plus que tripler d’ici 2040, pour atteindre 26 TWh.




Nouveau paradigme énergétique

D’ici là, nous devons radicalement changer notre méthode de production de l’électricité. La nature des sources renouvelables – tributaires des conditions météorologiques, imprévisibles et dépendantes de divers facteurs géographiques – implique que les infrastructures de distribution doivent, elles aussi, évoluer de manière significative.

Défis et solutions

Des adaptations sont déjà en cours, et les solutions à adopter pour résoudre certaines questions inhérentes à cette transition commencent à mieux se dégager. Cette série de six articles examinera les défis liés au captage de l’énergie éolienne, solaire et marémotrice pour produire une électricité de qualité supérieure, utilisable et pouvant être acheminée en toute sécurité vers les foyers et les industries grâce à un réseau équilibré et stable.

Les propriétés physiques des cellules photovoltaïques et l’aérodynamique des éoliennes limitent le rendement initial de la capture d’énergie à moins de 50 %. Dans cette optique, il est essentiel que le conditionnement ultérieur de l’énergie électrique génère le moins de déchets possible. Dans ce contexte, des topologies de convertisseurs et d’onduleurs efficaces et des technologies émergentes de semi-conducteurs à large bande interdite en carbure de silicium et en nitrure de gallium sont en première ligne. Ces semi-conducteurs de puissance sophistiqués réduisent considérablement l’énergie dissipée par chaque composant du circuit. Les économies sont accrues dans les conceptions dotées de moins de composants actifs pouvant supporter la même charge.




Nouvelles architectures et infrastructures

Cette série d’articles examinera également comment l’architecture du réseau va évoluer, notamment avec l’introduction du stockage d’énergie en quantités plus importantes. Cette technique est une contrepartie essentielle des générateurs d’énergie renouvelable, nécessaire au maintien de l’équilibre et à la stabilité de l’approvisionnement. Le stockage sur batterie peut intervenir rapidement pour satisfaire une demande fluctuante, mais une capacité colossale sera nécessaire pour répondre aux besoins à l’échelle mondiale. La fabrication d’un nombre suffisant de batteries neuves pourrait poser problème. C’est pourquoi la piste de la réutilisation des batteries usagées des véhicules électriques a été avancée. Une stratégie efficace impliquera probablement de multiples éléments, notamment des batteries réutilisées, de nouvelles batteries et des systèmes de stockage connectés au réseau déjà employés, notamment des onduleurs et des véhicules électriques connectés à des stations de recharge.

Tout en nous attaquant à ces problèmes, nous continuons à augmenter la capacité installée d’énergie renouvelable. Nous nous intéresserons au plus grand parc solaire d’Europe, récemment mis en service avec une capacité de 500 MW, et examinerons les possibilités offertes par les microréseaux pour offrir aux propriétaires un certain degré d’autosuffisance énergétique. Alléger la charge du réseau tout en lui permettant de tirer parti de toute capacité supplémentaire peut profiter à toutes les parties. Nous nous pencherons également sur des questions de sécurité, notamment sur les risques d’incendie liés à la charge des batteries Li-ion, et sur les nouveaux essais menés par l’UL qui pourraient nous apporter les garanties nécessaires.

Un œil sur demain

Pour finir, nous conclurons cette série en déterminant à quoi pourraient ressembler les innovations futures, tandis que nous cherchons à poursuivre la sécurisation de notre avenir énergétique.

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