25.08.2020

La Californie révèle que la transition vers les énergies renouvelables n'est pas si simple

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Etats-Unis,
sécurité d'approvisionnement,
Black-out,
Nucléaire et renouvelables
Crédit photo © Circe Denyer

Eléments traduits de Slate – auteurs Alex Trembath et Zeke Hausfather  du think tank  Breakthough Institute – 19 août 2020. Annotations extraites d’articles sur le même sujet dans la presse américaine. 

La récente « tempête de chaleur » en Californie a poussé les exploitants du réseau électrique à imposer des coupures de courant pour la première fois depuis 2001. Ces coupures résultent à la fois d'une utilisation intensive de la climatisation, de l'indisponibilité imprévue de certaines centrales électriques, d’imports limités en électricité des États voisins et de la production solaire et éolienne insuffisante, et ont conduit à un déséquilibre entre la production et la consommation d'électricité.


Stephen Berberich, président du California Independent System Operator (ou CAISO), qui supervise le fonctionnement du réseau électrique de l'État, a déclaré à Sammy Roth du Los Angeles Times : « nous pensions qu'il y aurait suffisamment d'énergie pour répondre à la demande… Nous avions tort."

Les pannes électriques peuvent impacter les clients une heure ou deux mais pas plus. Si pour certains, ces pannes les affectent peu, pour d’autres, plus sensibles au « stress thermique » ou en possession de médicaments nécessitant un réfrigérateur, s’inquiètent davantage, à juste titre. Et la réaction générale pourrait s'avérer plus vive, surtout si les habitants de Californie sont confrontés à d'autres séries de pénuries dans les mois et les années à venir. « La dernière fois que cela est arrivé, les Californiens ont provoqué une déréglementation partielle des systèmes électriques », a rappelé le gouverneur Gray Davis « et poussé Enron, l'un des fournisseurs de services énergétiques à la faillite ». Cette fois, ce que nous voyons devrait faire réfléchir les défenseurs des énergies renouvelables.

Pendant des années, les amateurs d'énergies renouvelables ont insisté sur le fait que la plupart des problèmes du réseau électrique étaient causés par des technologies obsolètes et manquant de flexibilité, comme le charbon, le gaz naturel et l'énergie nucléaire. Ils préconisaient alors un système basé sur des panneaux solaires et des éoliennes, des compteurs intelligents, un stockage d'électricité et des abonnements en faveur d’une demande flexible réduisant ainsi les coûts et améliorant la fiabilité pour tous. Certaines études universitaires montraient que les énergies renouvelables pouvaient facilement répondre à 80 % ou plus de la demande d'un réseau électrique. Mais avec les technologies renouvelables non hydroélectriques, principalement solaires et éoliennes, générant aujourd'hui environ 30 % de l'électricité de la Californie, nous assistons à des obstacles et de problèmes que ces nouvelles technologies introduisent.

L'énergie solaire, bien sûr, est bien adaptée pour répondre à une forte demande de climatisation en milieu de journée. Cet avantage disparaît lorsque le soleil se couche, mais pas la température. Les technologies de stockage d'électricité distribuées et centralisées peuvent conserver une partie de la production d'électricité pour être utilisées plus tard dans la journée. Mais les systèmes de batteries au lithium-ion sont généralement conçus pour seulement quelques heures de stockage - assez pour accueillir une grande partie des fluctuations quotidiennes de la production solaire, mais pas le type de surtensions extrêmes de la demande que la Californie a connu cette semaine. Les technologies de stockage qui durent quelques jours seraient utiles, mais les systèmes à haute teneur en énergies renouvelables nécessiteront probablement demain des technologies de stockage saisonnier, c’est-à-dire qui peuvent déplacer la consommation des mois chauds vers les mois froids. Au-delà des systèmes de stockage hydroélectrique dans un environnement contraint, ces technologies sont aujourd’hui en grande partie inexistantes.

 

Extrait d’un article de Will Wade et Brian Eckhouse, le 19 août 2020 dans Bloomberg 

… La dernière crise énergétique de Californie a plusieurs causes. D'une part, 9 gigawatts de production de gaz - suffisamment pour alimenter 6,8 millions de foyers - ont été retirés ces dernières années. Au cours de la même période, le réseau de l’État a intégré davantage d’énergie solaire, qui sans un stockage suffisant de batteries, peut être moins fiable que les combustibles fossiles qui entraînent le réchauffement climatique.

Ces derniers jours, la pire vague de chaleur en Californie depuis des décennies a poussé des habitants à utiliser bien davantage leurs climatiseurs. En règle générale, la demande augmente le soir, alors que l'énergie solaire diminue. Selon Adam Gentner, vice-président du fournisseur de batteries allemand Sonnen, les batteries qui stockent l'excès d'énergie solaire peuvent alléger les demandes sur le système la nuit.

Mais il n'y a pas assez de batteries installées sur le réseau californien aujourd’hui. L'électricité a donc été réduite vendredi et samedi et devra peut-être être coupée à nouveau mercredi.

L’opérateur du réseau californien estime qu’il faudrait à terme jusqu’à 12 gigawatts de batteries pour stocker suffisamment d’énergies renouvelables pour aider à maintenir l’équilibre entre l’offre et la demande. C’est un énorme bond par rapport aux plus de 500 mégawatts de batteries fonctionnant dans l’État à la fin de l’année dernière. À environ 400 dollars le kilowattheure et en utilisant des batteries de 4 heures, l’ensemble de l’effort pourrait coûter près de 19 milliards de dollars à la Californie, selon Toby Shea, responsable du crédit chez Moody's Investors Service.

Pendant ce temps, seuls 4,6 gigawatts de stockage d'énergie devraient être construits en 2020, dans le monde entier. La grande majorité proviendra des batteries.

«Si la Californie veut prendre la croissance renouvelable au sérieux, elle doit s'engager dans les batteries, ou autre chose», a déclaré Tony Shea dans une interview….

 

Les partisans soulignent que l'énergie solaire et l'éolien se complètent ; le vent souffle généralement alors que le soleil ne brille pas, et vice versa. Et même si une ressource renouvelable est moins disponible dans une partie du pays, les lignes électriques de longue distance peuvent transporter de l'électricité à partir d'autres régions.

En Californie cette semaine, la chaleur a poussé la demande d'électricité à des niveaux presque records. La production solaire a chuté dans la soirée, les vents ont ralenti plus rapidement que prévu, et la même chose s'est produite au Nevada, en Arizona et dans d'autres États d'où nous importons habituellement de l'électricité. Le résultat était prévisible pour quiconque n'annonçait pas une transition transparente vers les technologies d'énergies renouvelables.

Une partie du problème ici est de savoir dans quelle proportion la production solaire diminue au fur et à mesure que le soleil se couche et dans quelle proportion la production de flexibilité doit-elle se déclencher pour compenser. La quantité d'énergie solaire disponible a considérablement augmenté en Californie au cours de la dernière décennie. La production estivale des générateurs comme les centrales au gaz naturel qui peuvent être allumées et maintenues entre le milieu de la journée et la soirée - lorsque le soleil se couche et que de nombreuses personnes allument les lumières et les appareils ménagers - a plus que doublé en quelques années. La Californie passe de l'utilisation d'une grande quantité d'énergie solaire pendant la journée à une grande quantité de gaz naturel et d’importations pendant la soirée, et l'ampleur de ce changement augmente. Cela met le reste du réseau électrique à rude épreuve et augmente le risque de perturbations de la production d'électricité dans l'État ou entraîne des déficits d’importations[1].

Dans le cas survenu ces derniers jours en Californie, les pannes ont résulté d'une combinaison d'importations moins disponibles [2] - les États voisins avaient également une demande extrême associée à la vague de chaleur - et d'un certain nombre de centrales à gaz qui se sont déconnectées de manière inattendue. De plus, si plus de centrales à gaz ou de stockage de batteries peuvent être ajoutées à court terme pour se prémunir contre des pics de consommation d'énergie, le fait de disposer de ressources inutilisées une grande partie du temps augmente le coût global de production d'électricité[3].

Les défis de la Californie sont exacerbés par la baisse de disponibilité d'une capacité nucléaire fiable et permanente dans l'État. En 2012, San Diego Gas & Electric a fermé la centrale nucléaire de San Onofre[4],ou SONGS, retirant brutalement 2200 mégawatts du réseau. L'énergie autrefois produite par SONGS a été en grande partie remplacée par du gaz, provoquant une augmentation des émissions de carbone et une compression des marges de réserve de capacité électrique. Un destin similaire attend maintenant la centrale électrique de Diablo Canyon[5], la dernière centrale nucléaire de l'État. En 2016, l’entreprise Pacific Gas & Electric a annoncé qu'elle ne demanderait pas d'extension de licence d’exploitation pour Diablo Canyon.

Le remplacement des centrales nucléaires californiennes révèle la différence entre la modélisation d'un avenir d'énergies renouvelables et la construction d'un futur. Le Conseil de défense des ressources naturelles (NDRC), qui a poussé à fermer Diablo Canyon, avait fait valoir à l'époque que l'électricité de la centrale « serait remplacée par des gains d'efficacité énergétique, d'énergies renouvelables et de technologies énergétiques sans pollution ». Mais un premier plan de remplacement de la California Public Utility Commission prévoyait une importante capacité de gaz naturel. (Le NRDC a qualifié le plan de « profondément imparfait ».) En 2018, la législature de l'État a adopté une loi enjoignant la California Public Utilities Commission de veiller à ce qu'aucune augmentation des émissions de gaz à effet de serre ne se produise après la fermeture de Diablo Canyon en 2025. Comment tout cela se déroulera-t-il dans la pratique ? Cela reste à voir.

Les technologies solaires, éoliennes et de stockage sur batterie sont devenues nettement moins chères au cours de la dernière décennie. Elles sont modulaires et se sont avérées beaucoup plus faciles à déployer et à construire que les nouvelles centrales nucléaires, devenues des mégaprojets coûteux (et sont en fait illégales à construire en Californie jusqu'à ce que les législateurs fédéraux créent une solution à long terme pour le stockage du combustible nucléaire usé). Et bien sûr, les énergies renouvelables n'émettent pas de pollution atmosphérique, ni de dioxyde de carbone. Les raisons de soutenir le déploiement de l'énergie solaire et éolienne sont multiples et valables. Et les défis décrits plus haut, auxquels des États comme la Californie et des pays comme l'Allemagne sont de plus en plus dépendants, semblent partiellement surmontables. Les progrès futurs des capacités de stockage électrique de longue durée pourraient permettre aux opérateurs de réseaux de réorienter l'offre pour répondre à la demande. Des accords offres/demande ou des incitations financières, pour inciter les clients à réduire temporairement leur consommation, pourraient contribuer à atténuer les déséquilibres. Une transmission et distribution du réseau sur tout le continent aiderait à déplacer l’électricité d'où elle est générée de manière plus fiable vers là où elle est consommée de manière plus fiable.

L’expérience de la Californie souligne également un consensus croissant parmi les spécialistes de l'énergie ; mais il est peu probable que les technologies d'énergies renouvelables variables répondent à elles seules à la demande d'électricité du réseau. Elles joueront un rôle important, mais des sources de production plus fiables, comme les réacteurs nucléaires de prochaine génération, les centrales à gaz dotées de technologies de captage du carbone, la géothermie améliorée et d'autres, qui peuvent équilibrer les énergies renouvelables variables, seront nécessaires.

Pour être clair, la hausse des coûts de l'énergie et la crise actuelle de la fiabilité ne peuvent pas être entièrement imputées aux secteurs croissant du solaire et de l'éolien en Californie. Mais les défis de ce mois d’août 2020 font ressortir les complexités et les difficultés des transitions énergétiques, ainsi que la nécessité absolue de maintenir un approvisionnement flexible et diversifié en différentes technologies énergétiques. Si les pannes d'électricité de ce mois se poursuivent, il y a un risque fort que les contribuables californiens les associent à la transition énergétique dite « propre » de l'État.

1.

[1] Selon Michael Shellenberger, éco-moderniste américain, dans Forbes le 15 août 2020 : « Et hier, la Californie a dû imposer des coupures de courant continuelles parce qu'elle n'avait pas réussi à maintenir suffisamment d'électricité fiable à partir de gaz naturel et de centrales nucléaires, ou à payer à l'avance pour des importations d'électricité suffisamment garanties en provenance d'autres États. Il se peut que les services publics californiens et leur régulateur, la California Public Utilities Commission, également contrôlée par le gouvernement Newsom, n'aient pas voulu dépenser l'argent supplémentaire pour garantir l'électricité supplémentaire par crainte d'augmenter encore plus les prix de l'électricité en Californie. ils les avaient déjà élevés ».

[2] Selon Alex Gilbert et Morgan Bazilian dans Utilitydive le 19 août 2020 : " ... la cause immédiate des pannes de courant était des pannes de générateurs . Vendredi, une unité de gaz naturel de 500 MW s'est déclenchée hors ligne tandis qu'une autre unité de gaz de 750 MW est restée inopinément hors service. Samedi, la perte d'une unité à gaz de 470 MW combinée à une perte de 1 000 MW d'énergie éolienne. En outre, la nature régionale de la vague de chaleur limite la capacité de l'opérateur de réseau à augmenter les importations en provenance de l'extérieur de l'État. Un ingénieur a fait remarquer que les marges de réserve du CAISO étaient relativement élevées pendant les pannes de courant continu, ce qui suggère que le CAISO faisait preuve de prudence en cas de panne d'un générateur ou d'une ligne de transmission".

[3] Selon Chuck DeVore, Vice-président de la Texas Public Policy Foundation et ancien législateur californien, « en août, le prix de détail moyen de l'électricité en Californie depuis le début de l'année était de 16,93 cents le kilowattheure, le cinquième le plus élevé dans les 48 États contigus et le plus élevé à l'extérieur du nord-est. Dans la douzaine d'États desservis en tout ou en partie par Western Interconnection en dehors de la Californie, le prix moyen de l'électricité par État jusqu'en août était de 9,025 cents le kilowattheure, les prix de la Californie étant 87,6% plus élevés que ceux de ses voisins occidentaux ». – Forbes, 19 novembre 2019

[4] Cette centrale, à l'arrêt depuis janvier 2012, est située sur la côte Pacifique de la Californie entre Los Angeles et San Diego.

[5] Les deux réacteurs 1 & 2, de 1100 MWe chacun, peuvent produire ensemble 18 TWh d'électricité par an, ce qui permet de répondre aux besoins de 2,2 millions d'habitants de la Californie. Ils ont respectivement été mis en service en 1984 et 1985.