La raison de 2,5 billions de dollars pour laquelle nous ne pouvons pas compter sur les batteries pour nettoyer le réseau

Image de la centrale électrique de Moss Landing Hugo | flickr

Une paire de cheminées de 500 pieds s'élève d'une centrale électrique au gaz naturel sur le port de Moss Landing, en Californie, jetant un voile industriel sur la jolie ville balnéaire.

Si les régulateurs des États approuvent, cependant, il pourrait être le site du plus grand projet de batterie lithium-ion au monde par fin 2020 , aidant à équilibrer les fluctuations de l'énergie éolienne et solaire sur le réseau californien.

L'installation de 300 mégawatts est l'un des quatre projets géants de stockage lithium-ion que Pacific Gas and Electric, le plus grand service public de Californie, demandé la California Public Utilities Commission doit approuver fin juin. Collectivement, ils ajouteraient suffisamment de capacité de stockage au réseau pour alimenter environ 2 700 foyers pendant un mois (ou pour stocker environ 0,0009 % de l'électricité que l'État utilise chaque année).

Les projets californiens font partie d'un nombre croissant d'efforts dans le monde, y compris le réseau de batteries de 100 mégawatts de Tesla en Australie-Méridionale, pour construire des systèmes de stockage lithium-ion toujours plus grands à mesure que les prix baissent et que la production d'énergie renouvelable augmente. Ils alimentent l'optimisme croissant que ces batteries géantes permettront à l'énergie éolienne et solaire de déplacer une part croissante des centrales à combustibles fossiles.

Mais il y a un problème avec ce scénario rose. Ces batteries sont beaucoup trop chères et ne durent pas assez longtemps, ce qui limite le rôle qu'elles peuvent jouer sur le réseau, selon les experts. Si nous prévoyons de compter sur eux pour des quantités massives de stockage à mesure que de plus en plus d'énergies renouvelables arrivent en ligne - plutôt que de nous tourner vers un mélange plus large de sources à faible émission de carbone comme le nucléaire et le gaz naturel avec la technologie de capture du carbone - nous pourrions nous diriger vers une voie dangereusement inabordable.

Petites doses

La technologie de stockage de batterie d'aujourd'hui fonctionne mieux dans un rôle limité, en tant que substitut aux centrales électriques de pointe, selon une étude de 2016 Analyse par des chercheurs du MIT et de l'Argonne National Lab. Il s'agit d'installations plus petites, souvent alimentées au gaz naturel aujourd'hui, qui peuvent se permettre de fonctionner rarement et de démarrer rapidement lorsque les prix et la demande sont élevés.

Les batteries lithium-ion pourraient concurrencer économiquement ces pics de gaz naturel dans les cinq prochaines années, déclare Marco Ferrara, cofondateur de Form Energy, une entreprise dérivée du MIT développant des batteries de stockage en réseau.

L'activité de pointe de gaz est sur le point de se terminer, et le lithium-ion est un excellent remplacement, dit-il.

Ce rôle de pointe est précisément celui que la plupart des projets de batteries lithium-ion nouveaux et à venir sont conçus pour remplir. En effet, les projets de stockage californiens pourraient à terme remplacer trois installations de gaz naturel dans la région, dont deux sont des plantes de pointe .

Mais bien au-delà de ce rôle, les batteries se heurtent à de réels problèmes. Les auteurs de l'étude de 2016 ont constaté des rendements fortement décroissants lorsqu'une grande quantité de stockage de batterie est ajoutée au réseau. Ils ont conclu que le couplage du stockage par batterie avec des centrales renouvelables est un faible substitut aux grandes centrales flexibles à cycle combiné au charbon ou au gaz naturel, le type qui peut être exploité à tout moment, fonctionner en continu et faire varier les niveaux de production pour répondre à l'évolution de la demande tout au long de l'année. journée.

Non seulement la technologie lithium-ion est trop chère pour ce rôle, mais la durée de vie limitée de la batterie signifie qu'elle n'est pas bien adaptée pour combler les lacunes pendant les jours, les semaines et même les mois où la production éolienne et solaire est en panne.

Ce problème est particulièrement aigu en Californie, où le vent et le soleil tombent précipitamment pendant les mois d'automne et d'hiver.

Cela conduit à un problème critique : lorsque les énergies renouvelables atteignent des niveaux élevés sur le réseau, vous avez besoin de beaucoup, beaucoup plus de centrales éoliennes et solaires pour produire suffisamment d'énergie excédentaire pendant les heures de pointe pour maintenir le réseau en fonctionnement pendant ces longues baisses saisonnières, déclare Jesse Jenkins, co-auteur de l'étude et chercheur en systèmes énergétiques. Cela, à son tour, nécessite des banques sur des banques de batteries qui peuvent tout stocker jusqu'à ce qu'elles soient nécessaires.

Et cela finit par coûter astronomiquement cher.

Rêve californien

Il y a des problèmes que la Californie ne peut pas se permettre d'ignorer longtemps. L'État est déjà sur la bonne voie obtenir 50 % de son électricité à partir de sources propres d'ici 2020, et le législateur est une fois de plus considérant un projet de loi qui l'obligerait à atteindre 100% d'ici 2045. Pour compliquer les choses, les régulateurs voté en janvier fermer la dernière centrale nucléaire de l’État, une source sans carbone qui fournit 24 pour cent de l'énergie de PG&E. Cela laissera la Californie fortement dépendante des sources renouvelables pour atteindre ses objectifs.

Le Clean Air Task Force, un groupe de réflexion sur la politique énergétique basé à Boston, a récemment découvert qu'atteindre la barre des 80 % pour les énergies renouvelables en Californie signifierait des quantités massives de production de surplus pendant les mois d'été, nécessitant 9,6 millions de mégawattheures de stockage d'énergie. Atteindre 100 % nécessiterait 36,3 millions.

L'État dispose actuellement de 150 000 mégawattheures de stockage d'énergie au total. (C'est principalement du stockage hydroélectrique pompé, avec une petite part de batteries.)

Si les énergies renouvelables fournissaient 80 % de l'électricité californienne, plus de huit millions de mégawattheures d'énergie excédentaire seraient générés pendant les pics d'été. Analyse des données CAISO par le Clean Air Task Force.

Construire le niveau de production et de stockage d'énergie renouvelable nécessaire pour atteindre les objectifs de l'État augmenterait les coûts de manière exponentielle, de 49 $ par mégawattheure de production à 50 % à 1 612 $ à 100 %.

Et cela suppose que les batteries lithium-ion coûteront environ un tiers de ce qu'elles coûtent actuellement.

Les coûts du système électrique californien augmentent de façon exponentielle si les énergies renouvelables génèrent la majeure partie de l'électricité. Analyse des données CAISO par le Clean Air Task Force.

Le système devient complètement dominé par le coût du stockage, explique Steve Brick, conseiller principal du Clean Air Task Force. Vous construisez cette énorme machine de stockage que vous remplissez au milieu de l'année, puis vous la dissiperez. C'est un investissement massif qui est très peu utilisé.

Ces forces augmenteraient considérablement les coûts d'électricité pour les consommateurs.

Vous devez faire une pause et vous demander : « Y a-t-il un moyen pour que le public soutienne cela ? » Dit Brick.

De même, une étude menée plus tôt cette année dans Sciences de l'énergie et de l'environnement ont constaté que répondre à 80 % de la demande d'électricité des États-Unis avec l'éolien et le solaire nécessiterait soit un système de transmission à grande vitesse à l'échelle nationale, qui peut équilibrer la production d'énergie renouvelable sur des centaines de kilomètres, soit 12 heures de stockage d'électricité pour l'ensemble du système (voir S'appuyer uniquement sur les énergies renouvelables gonfle significativement le coût de la remise en état de l'énergie).

Aux prix actuels, un système de stockage de batteries de cette taille coûterait plus de 2 500 milliards de dollars.

Un prix effrayant

Bien sûr, un stockage en grille moins cher et de meilleure qualité est possible, et les chercheurs et les startups explorent diverses possibilités . Form Energy, qui a récemment financement sécurisé de Bill Gates's Breakthrough Energy Ventures, tente de développer des batteries à flux de soufre aqueux d'une durée beaucoup plus longue, à un cinquième du coût où les batteries lithium-ion sont susceptibles d'atterrir.

La modélisation de Ferrara a révélé qu'une telle batterie pourrait permettre aux énergies renouvelables de fournir 90 % des besoins en électricité de la plupart des réseaux, pour des coûts à peine plus élevés qu'aujourd'hui.

Mais il est dangereux de miser sur ce genre de percées en matière de batteries - et même si Form Energy ou une autre société réussit, les coûts augmenteront encore de façon exponentielle au-delà du seuil de 90 %, dit Ferrara.

Le risque, dit Jenkins, est que nous augmentions le coût de la décarbonisation profonde dans le secteur de l'électricité au point où le public décide qu'il est tout simplement inabordable de continuer vers le zéro carbone.

Mise à jour : Un graphique a été supprimé de cette histoire car il indiquait de manière incorrecte le niveau de pénétration des énergies renouvelables sur le réseau électrique représenté sur l'axe vertical.

cacher