Comment amener le vent du Wyoming en Californie et réduire de 80 % les émissions de carbone aux États-Unis

Adani

À plusieurs kilomètres au sud de Rawlins, dans le Wyoming, dans un ranch de bétail à l'est du Continental Divide, les équipes de construction ont commencé à aménager des routes et des plates-formes qui pourraient éventuellement soutenir jusqu'à 1 000 éoliennes. Une fois terminé, le projet Chokecherry et Sierra Madre pourrait générer environ 12 millions de mégawattheures d'électricité par an, ce qui en ferait le plus grand parc éolien du pays.

Mais comment amener autant d'énergie éolienne là où elle est réellement nécessaire ?

La société basée à Denver à l'origine du projet espère ériger une série de pylônes de transmission en acier qui étendraient une ligne de transmission à courant continu à haute tension sur 730 miles à travers l'ouest américain. Il pourrait transporter jusqu'à 3 000 mégawatts d'énergie éolienne du Wyoming vers les marchés de l'électricité de la Californie, du Nevada et de l'Arizona. Avec les bons accords en place, la ligne de transmission pourrait également fournir de l'électricité produite à partir de l'énergie solaire, équilibrage Les puissants vents de fin d'après-midi du Wyoming avec le soleil radieux de la Californie.

Comment le vent du Wyoming (en vert) pourrait équilibrer le solaire californien (en rouge) tout au long de la journée en juin. Source : Amélioration de la diversité éolienne des projets d'énergie éolienne du Wyoming et de la Californie, 2015. Jonathan Naughton, Centre de recherche sur l'énergie éolienne.

Le projet de transmission TransWest Express de 3 milliards de dollars fait partie d'une poignée de lignes de transmission à courant continu proposées aux États-Unis et l'une des plus avancées dans le processus de planification. Cela souligne l'énorme promesse de ces lignes à haute capacité de libérer tout le potentiel des énergies renouvelables.

La transmission n'est pas sexy (voir notre art de l'histoire ci-dessus). C'est une infrastructure de base. De longs câbles et de hautes tours (voir Comment la blockchain pourrait nous donner un réseau énergétique plus intelligent).

Mais un nombre croissant d'études concluent que la construction d'un réseau national de lignes de transmission à courant continu pourrait permettre aux sources renouvelables de supplanter la majorité de la production d'énergie aux États-Unis, offrant peut-être le moyen le plus rapide, le moins cher et le plus efficace de réduire les émissions de gaz à effet de serre.

Cependant, le développement de ces lignes de transmission prend énormément de temps et coûte cher. Le projet TransWest a été proposé pour la première fois en 2005, mais les promoteurs auront la chance d'obtenir leurs derniers permis et de commencer à déplacer la terre à la fin de l'année prochaine.

Il n'y a pas d'agence unique chargée de superviser ou de lancer de tels projets, laissant les entreprises naviguer dans un fourré de juridictions fédérales, étatiques, de comté et municipales qui se chevauchent, chacune devant approuver le démarrage d'un projet. En conséquence, peu de lignes de transmission de ce type sont construites.

Une macro-grille

Le courant continu, dans lequel les charges électriques circulent constamment dans une seule direction, est une technologie ancienne. Celui-ci et le courant alternatif ont fait l'objet de l'une des premières batailles de normes technologiques au monde, opposant Thomas Edison à son ancien protégé Nikola Tesla dans le Guerre des courants à partir des années 1880 (voir Edison's Revenge: The Rise of DC Power ).

Le courant alternatif a gagné cette première guerre, principalement parce que, grâce au développement des transformateurs, sa tension pouvait être augmentée pour la transmission longue distance et réduite pour les foyers et les entreprises.

Mais une série d'améliorations technologiques ont considérablement augmenté la fonctionnalité du courant continu, ouvrant de nouvelles façons de concevoir et d'interconnecter le réseau électrique.

À partir des années 1950, certaines entreprises et certains pays ont commencé à déployer des lignes de transmission CC haute tension de nouvelle génération. Ces systèmes pourraient transporter plus d'énergie beaucoup plus loin que les lignes à courant alternatif, qui subissent beaucoup plus de pertes sur de plus grandes distances. Fondamentalement, les lignes à courant continu peuvent également être utilisées pour transmettre de l'énergie entre des systèmes à courant alternatif asynchrones comme les trois principaux réseaux régionaux du pays, qui autrement ne peuvent pas partager l'énergie.

Au cours des deux dernières années, James McCalley, professeur d'ingénierie à l'Iowa State University, a étudié la meilleure façon de relier ces énormes systèmes de réseau dans le cadre de l'initiative de modernisation du réseau de 220 millions de dollars du ministère de l'Énergie.

Une façon de résoudre le problème consiste à agrandir les stations de conversion dos à dos existantes pour fournir une plus grande capacité de transmission d'est en ouest. Ces systèmes permettent la transmission entre deux réseaux, en convertissant l'alimentation en courant continu, puis de nouveau en courant alternatif au point où ils traversent la couture.

Une autre approche ajoute trois lignes de transmission point à point, allant d'est en ouest, reliant le cœur de chaque réseau à celui de l'autre. Une autre solution encore est un soi-disant macro-réseau de longues lignes de transmission CC couvrant une grande partie du pays. Il remonte l'enclave de la Floride, à travers le sud, au nord jusqu'à Seattle, à l'est jusqu'à Minneapolis et redescend en Louisiane, avec plusieurs lignes supplémentaires sillonnant l'ouest.

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McCalley et son équipe ont développé des modèles pour simuler chacun de ces scénarios sur une période de 15 ans. Ils ont constaté que tous les trois présentaient une forte rentabilité économique, offrant un avantage d'au moins 2,50 $ d'économies pour chaque dollar investi dans le réseau de transport.

Avec les lignes à courant continu, les opérateurs de réseau ont plus d'options pour les sources d'énergie tout au long de la journée, ce qui leur permet d'exploiter, par exemple, du vent bon marché à deux États pendant les périodes de pointe de la demande au lieu de se tourner vers des centrales au gaz naturel proches mais plus chères pour un quelques heures. Le fait que les régions puissent dépendre de l'énergie d'États éloignés pour leur demande de pointe signifie également qu'elles n'ont pas à construire autant de production à coût élevé localement.

Le scénario de transmission CC point à point a démontré le rendement économique immédiat le plus élevé de l'étude, qui sera publiée dans les mois à venir. Mais l'approche macro-réseau offre une redondance et une résilience bien supérieures, garantissant que le réseau continue de fonctionner en cas de panne d'une ligne. Cela permet également de développer beaucoup plus de production d'énergie renouvelable.

Le macro-réseau vous donne une autoroute vers toutes ces charges et relie tous ces marchés, explique Dale Osborn, directeur technique de la planification de la transmission chez Midcontinent Independent System Operator (MISO), qui a conçu le système. Vous obtenez l'énergie la plus efficace et la moins chère possible.

Piles géantes

Un réseau national à courant continu pourrait également aider à réduire les émissions jusqu'à 80% en dessous des niveaux de 1990 d'ici 15 ans, le tout avec une technologie disponible dans le commerce et sans augmenter les coûts de l'électricité, selon une étude antérieure. étudier dans Changement climatique naturel.

Les chercheurs ont produit un réseau de transmission idéalisé qui connectait 32 nœuds à travers le pays, reliant l'énergie hydroélectrique dans le nord-ouest du Pacifique, l'énergie solaire en Californie, l'énergie éolienne dans le sud-ouest et l'énergie nucléaire sur la côte est, entre autres sources.

Un réseau national de transmission à courant continu haute tension conçu par Vibrant Clean Energy.

En termes simples, le système compense l'intermittence des sources d'énergie renouvelables sur de longues distances, ce qui signifie qu'il y a toujours une production fiable quelque part. Pouvoir y puiser depuis n'importe quel coin du pays réduit le coût de la fourniture d'énergie à la demande de pointe, réduit la quantité de production nécessaire dans une seule zone, minimise la production excédentaire et élimine le besoin de développer des systèmes de stockage coûteux à l'échelle du réseau ( voir La nouvelle entreprise de Serial Battery Entrepreneur s'attaque au plus gros problème de l'énergie propre ).

Nous obtenons essentiellement la grosse batterie que nous voulons gratuitement, déclare Christopher Clack, l'un des principaux auteurs de l'étude et directeur général de Vibrant Clean Energy.

Super fils

Certaines technologies émergentes pourraient pousser encore plus loin les avantages de la transmission à courant continu haute tension.

Les convertisseurs de source de tension, développés dans les années 1990, permettent de puiser de l'énergie à n'importe quel point le long des lignes HVDC, plutôt qu'à ses deux points d'extrémité. Ils ne sont pas largement déployés actuellement, mais ils pourraient permettre un réseau encore plus interconnecté que celui conçu par MISO, écrit Varun Sivaram, chercheur en science et technologie au Council on Foreign Relations, dans son livre à paraître. Apprivoiser le soleil .

En outre, les chercheurs explorent différents types de semi-conducteurs pour améliorer le coût et les performances des disjoncteurs et des convertisseurs de tension, explique Sivaram, et travaillent sur des câbles supraconducteurs qui pourraient augmenter la capacité d'alimentation et réduire les pertes d'énergie à près de zéro.

La Chine avance

Pendant ce temps, la Chine a déjà commencé à déployer à grande échelle des lignes de transmission à courant continu dites ultra-haute tension, capables de transmettre environ un million de volts.

Une grande partie du boom des bâtiments de transmission du pays a été motivée par un effort visant à connecter la production d'énergie concentrée dans les provinces éloignées du nord avec des centres de population éloignés, une inadéquation géographique qui a entraîné d'énormes quantités d'énergie solaire et éolienne excédentaires. Mais, bien sûr, cela reflète également le fait que le développement énergétique de la Chine ne ralentit pas beaucoup pour les commentaires publics et les rapports d'impact environnemental.

Il existe déjà un poignée de lignes de transmission à courant continu aux États-Unis et un nombre croissant de propositions, dont le New England Clean Power Link, qui transporterait 1 000 mégawatts d'énergie renouvelable du Canada vers la Nouvelle-Angleterre. Clean Line Energy de Houston a au moins un une demi-douzaine de propositions à diverses étapes, y compris la Plains and Eastern Clean Line reliant l'ouest de l'Oklahoma aux marchés du sud-est, et la Grain Belt Express Clean Line s'étendant du Kansas à l'Indiana.

La ligne de transmission de l'est de l'Alberta, une ligne à courant continu à haute tension en Alberta, au Canada.

Mais tous ces éléments progressent dans le processus d'approbation à un rythme lent. Les développeurs de TransWest ont obtenu l'autorisation le long des deux tiers du tracé de la ligne qui se trouve sur des terres fédérales depuis la prise en charge du projet en 2008. Mais ils travaillent toujours pour finaliser les approbations des États et des propriétaires fonciers privés.

La ligne proposée par Clean Line Grain Belt a été approuvée par trois des quatre États qu'elle traverse, mais les régulateurs du Missouri ont l'a rejeté deux fois .

La plupart des développeurs et des experts en politique énergétique disent que ce qu'il faut pour accélérer ces projets, c'est une autorité fédérale dotée d'un plus grand pouvoir pour les faire avancer. UNE rapport publié par Stanford en octobre a mis en évidence un certain nombre de possibilités, notamment l'octroi à la Federal Energy Regulatory Commission de la même autorité d'implantation pour les lignes de transmission qu'elle a déjà sur les gazoducs.

Sans autorité d'implantation claire et prévisible, il sera très difficile de construire un réseau HVDC intelligent et complet, déclare Dan Reicher, directeur exécutif du Steyer-Taylor Center for Energy Policy and Finance à Stanford, co-auteur du rapport.

Un autre défi critique pour la transmission à longue distance est que les services publics sont peu incités à payer pour ces lignes, ajoute Osborn de MISO. Les règles devraient changer pour permettre aux services publics de récupérer leurs investissements et les encourager à coopérer entre les régions, dit-il.

Sans changements réglementaires supplémentaires et autorité fédérale concentrée, nous verrons probablement plus ce que nous avons vu : des projets ponctuels où l'économie peut fonctionner pour connecter une source d'énergie particulière à un marché particulier. Mais nous ne verrons probablement pas un réseau intégré comme ceux envisagés par MISO et d'autres.

Et sans celles-ci ou une percée du stockage en réseau, les énergies renouvelables n'atteindront probablement jamais leur plein potentiel. Les centrales génèrent parfois plus d'énergie éolienne ou solaire qu'un marché unique ne peut en utiliser, auquel cas le prix baisse et l'incitation à ajouter plus de production d'énergie renouvelable diminue. Et à d'autres moments, ils ne produiront pas assez pour ce marché, obligeant la région à continuer de s'appuyer sur les centrales à combustibles fossiles.

Ainsi, vous finissez par vous éloigner de ce qui serait optimal et pouvez finir par nuire aux énergies renouvelables à long terme, dit Clack.

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Une chose que les lignes à courant continu ont pour elles, au moins dans certains cas, est un fort soutien bipartite. En fait, l'équipe de transition de Trump a placé plusieurs propositions de transmission sur son liste prioritaire de projets d'urgence et de sécurité nationale, y compris TransWest.

Cela pourrait être en partie dû au fait que les lignes elles-mêmes réduisent les coûts et relient les marchés même si elles transportent de l'électricité à partir de charbon ou de gaz naturel plutôt que de sources renouvelables. Mais un autre facteur est presque certainement que les entreprises proposant de telles lignes sont parfois des partisans du Parti républicain. Notamment, le milliardaire et principal donateur du GOP Philip Anschutz est propriétaire de la société derrière le parc éolien du Wyoming et la ligne TransWest.

Cela peut signifier que la transmission HVDC pourrait représenter l'un des rares domaines - aux côtés de l'énergie nucléaire avancée - où les partisans de l'énergie propre pourraient potentiellement travailler avec l'administration Trump sur un objectif commun.

Cependant, des batailles juridiques sont déjà en cours, qui mettront à l'épreuve le pouvoir des organes fédéraux sur ces questions. Plusieurs groupes représentant les propriétaires fonciers de l'Arkansas ont déposé une plainte devant le tribunal de district des États-Unis contestant l'utilisation par le ministère de l'Énergie d'une loi de 2005 pour faire avancer le projet Clean Line's Plains and Eastern.

Des cas similaires sont susceptibles d'émerger au fur et à mesure que d'autres nouvelles approches sont essayées. Mais le président de Clean Line, Michael Skelly, affirme que la société investit massivement pour gagner ces combats et établir les précédents juridiques nécessaires pour faire avancer d'autres projets.

Notre devise est de ne laisser aucun cabinet d'avocats derrière, dit-il.

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