Pouvoir au peuple

C'est le milieu de l'après-midi sous le soleil de Californie et votre équipe se démène pour terminer une présentation concluante lorsque BAM ! le courant baisse. Vous avez été pris dans une panne générale que les régulateurs de l'État ont ordonnée alors qu'une vague de chaleur entraîne des millions de climatiseurs. Les piles de secours vous donneront suffisamment de temps pour éteindre votre système, mais vous pouvez oublier de terminer cette présentation. Lumières éteintes, non?

Pas lorsqu'une paire de turbines de la taille d'un réfrigérateur à l'arrière de votre bureau prend vie, transformant le gaz naturel en un flux constant d'électrons pour faire vibrer le bureau. Des systèmes comme ces microturbines, ainsi que des piles à combustible qui extraient l'énergie électrique du carburant sans le brûler, changent les règles du jeu de l'énergie. Vous ne devez plus compter sur un service public monopolistique qui peut vous tenir pour acquis, ainsi que vos besoins en énergie.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de mai 2001

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Ces microgénérateurs ne sont pas seulement une sauvegarde d'urgence. Ils peuvent fournir une alimentation de meilleure qualité 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, que celle que vous pouvez acheter auprès de votre service public local. Branchez-vous sur l'un de ces systèmes et vous éviterez les pics de tension et les baisses de tension qui perturbent l'électricité provenant d'une prise murale de type jardin. Et la micro-électricité signifie que vous pouvez abandonner le réseau lorsque les prix de l'électricité augmentent, ou même gagner de l'argent supplémentaire en exportant de l'électricité vers vos voisins. Répartissez suffisamment de micro-électricité dans tout le réseau, et le réseau lui-même commencera à apprendre des astuces qui pourraient faire des pannes de courant dans toute la région un souvenir désagréable.

Jus de qualité supérieure

À mesure que notre dépendance vis-à-vis des systèmes électriques et électroniques augmente, de nombreuses entreprises et consommateurs ont besoin de meilleures performances que la fiabilité de 99,9 % fournie par le réseau électrique local. Ces utilisateurs exigeants ont besoin de ce que les services publics appellent une puissance premium : du jus électrique pur et de qualité supérieure qui coule sans faute. Les fabricants, les banques, les fournisseurs de télécommunications - à peu près toutes les entreprises qui dépendent d'ordinateurs ou d'équipements numériques tels que les serveurs Web et les routeurs - ont besoin d'une puissance supérieure. Et le seul moyen sûr de l'obtenir, selon les experts en énergie, est de le générer vous-même.

Les opérations industrielles ont longtemps fait exactement cela, mais les utilisateurs résidentiels ou commerciaux ne pouvaient pas répondre à leurs besoins en utilisant les petits systèmes électriques disponibles : les générateurs diesel qui maintiennent les hôpitaux en vie sont trop bruyants et sales pour un quartier de banlieue. L'énergie solaire est de moins en moins chère, mais elle ne peut pas toujours fournir les kilowatts. Non pas que ces technologies étaient capables de faire une grande différence, puisque les lois des États maintenaient la plupart des consommateurs d'électricité enchaînés à leur service public local. La déréglementation change tout cela, libérant les consommateurs et déclenchant un torrent d'investissements et d'innovations. Les premiers produits de cette vague de développement technologique sont des microturbines propres, silencieuses et fiables, développées dans les années 1960 pour fournir de l'énergie électrique aux systèmes de climatisation et de circulation des avions. Ils sont descendus vers le marché de la consommation au début des années 90 grâce à Rosen Motors, la société créée par le cofondateur de Compaq Computer Ben Rosen pour construire des voitures électriques hybrides à turbine.

La société de Rosen était cependant en avance sur son temps et elle en a payé le prix, en se repliant en 1997, juste avant que Toyota et Honda ne lancent des hybrides gaz-électrique au Japon. L'année dernière, les géants japonais de l'automobile ont introduit des hybrides en Amérique, forçant Detroit à élaborer des plans hâtifs pour ses propres voitures hybrides.

Bien que l'entreprise automobile de l'entreprise se soit effondrée, sa source d'alimentation à microturbine survit dans une autre entreprise de Rosen : Capstone Turbine, basée à Chatsworth, en Californie. La microturbine de 30 kilowatts de Capstone fonctionne comme les centrales électriques au gaz naturel de plusieurs centaines de mégawatts qui alimentent le réseau électrique. Allumez le carburant (gaz naturel, essence, kérosène - à peu près tout ce qui brûle) et les gaz de combustion en expansion rapide poussent les aubes de la turbine à faire tourner un rotor et à générer de l'électricité. Les gaz d'échappement des microturbines ne contiennent qu'environ trois parties par million d'oxydes d'azote générateurs de smog - environ cent fois moins que les générateurs diesel - et pratiquement pas de suie.

Et la microturbine est prête à parcourir la distance sans brûler, grâce à des paliers à air qui font flotter la turbine sur un film d'air turbulent d'à peine deux micromètres d'épaisseur. Les roulements à air ne subissent aucune friction et aucune usure, même à des vitesses extrêmes - plus de 1 500 tours par seconde dans la turbine Capstone - qui brûleraient les roulements lubrifiés.

Les centrales électriques à piles à combustible fonctionneront encore plus facilement et moins cher car elles sont à l'état solide : plutôt que de brûler des hydrocarbures, les piles à combustible utilisent de la vapeur et des catalyseurs pour libérer les atomes d'hydrogène du combustible et éliminer ses électrons. Éviter la combustion et contourner la mécanique rend cette technologie propre et efficace : les piles à combustible fonctionnant au gaz naturel ne libèrent pratiquement aucun oxyde d'azote et convertissent 40 % de l'énergie du carburant en électricité (un tiers de plus que la microturbine). En capturant l'énergie gaspillée en utilisant le sous-produit d'eau chaude de la pile à combustible pour réchauffer l'air et l'eau d'un bâtiment, l'efficacité énergétique globale atteint 80 % ou plus.

Au moins une demi-douzaine de types de piles à combustible sont en cours de développement pour la production d'électricité. Le meilleur espoir pour des unités plus petites et plus abordables réside dans une version légère et compacte basée sur une structure connue sous le nom de membrane échangeuse de protons. C'est une technologie pour laquelle nous pouvons remercier l'industrie automobile; Ford, DaimlerChrysler et Toyota investissent des milliards pour rendre cette variété de pile à combustible suffisamment puissante et bon marché pour remplacer le moteur à combustion interne ( voir Faites le plein d'hydrogène , TR novembre/décembre 2000 ).

Alors que la technologie se propage à partir de l'industrie automobile, une multitude de startups, dont Ballard Power Systems de Burnaby, en Colombie-Britannique, et Plug Power de Latham, NY, poussent la technologie des membranes échangeuses de protons pour la production d'électricité stationnaire. L'objectif : des centrales de 1 à 15 kilowatts pour permettre à une famille de déclarer son indépendance vis-à-vis du réseau électrique ; des unités plus grandes, de 60 à 250 kilowatts, feraient de même pour les bureaux. Bien que ces entreprises aient des plans de marketing agressifs, la réalité - sous la forme d'obstacles techniques - a commencé à s'imposer. Plug Power et son partenaire commercial, General Electric, prévoyaient d'être les premiers à commercialiser des milliers d'unités résidentielles cette année. Cependant, la conception des unités pour un fonctionnement continu et sans problème s'avère étonnamment complexe, et Plug Power s'attend maintenant à introduire des systèmes commerciaux de piles à combustible au cours du premier semestre 2002.

Un filet de sécurité électrique

La micro-électricité trouve certaines de ses premières applications dans des opérations éloignées qui ont un accès insuffisant à l'électricité produite de manière centralisée. Les microturbines ont été un succès sur les plates-formes de forage pétrolier en Alberta, au Colorado et au Texas, par exemple. Ces plates-formes se trouvent au-dessus des réserves d'or liquide riche en énergie, mais se trouvent soit au-delà du réseau, soit à son bord, où le filet d'électricité ne peut pas supporter les équipements lourds. Les espèces sauvages d'aujourd'hui subissent également la pression des régulateurs environnementaux pour freiner le torchage des gaz chargés de soufre associés à de nombreux puits. Les microturbines fonctionneront avec à peu près n'importe quoi, y compris ce gaz acide, alors transportez-en une à la tête du puits et vous pourrez utiliser cette nuisance environnementale pour alimenter les pompes.

L'économie de la production d'électricité sans encourir de coût de carburant est si convaincante que les microturbines peuvent transformer de nombreux puits de pétrole en centrales électriques éloignées qui génèrent un surplus d'électricité à vendre sur le réseau. La capacité d'expansion est énorme : les puits de pétrole du Texas à eux seuls brûlent généralement un milliard de mètres cubes de gaz acide par an. C'est suffisant pour générer plus de 400 mégawatts d'électricité, l'équivalent d'une centrale électrique de taille moyenne. Les décharges et les usines de traitement des eaux usées pourraient être les prochaines à encaisser. Depuis le printemps dernier, une microturbine Capstone digère le méthane qui fermente à partir du deuxième plus grand tas de déchets au monde, la décharge de Puente Hills dans le comté de Los Angeles, tout en générant seulement 1,3 partie par million d'oxydes d'azote. C'est beaucoup plus propre que les 30 parties par million libérées lorsque le gaz est brûlé.

Mais la transformation des gaz résiduaires est une opportunité de niche, et des entreprises comme Capstone et Ballard espèrent bien plus. Leur plan : saisir la vague de la déréglementation et transformer des millions de consommateurs d'électricité en producteurs d'électricité. La déréglementation balaie les protections monopolistiques qui empêchaient les nouveaux producteurs d'électricité, en particulier les consommateurs résidentiels et commerciaux, d'entrer sur le marché. Dans un environnement de monopole, peu importait que vous disposiez de ces merveilleuses technologies pour vous autogénérer, car vous étiez obligé d'acheter votre électricité auprès du service public, explique Wayne Gardner, responsable du développement commercial et de la stratégie chez Exelon Capital Partners, la société basée à Philadelphie. capital-risque du géant américain de l'électricité Exelon.

Comme la déréglementation offre aux consommateurs une plus grande liberté de produire de l'électricité, elle leur donne également plus de raisons de le faire. La transition difficile vers un marché déréglementé jette une brume d'incertitude sur l'industrie de l'électricité, décourageant les services publics d'augmenter leur capacité de production et de moderniser leurs lignes de transmission. Les experts en énergie blâment la transition hésitante de la Californie vers un marché de l'électricité concurrentiel pour son effondrement cet hiver. Et une solution à un réseau en difficulté, cela devient clair, est la micro-électricité. L'énergie premium est clairement le marché dominant à court terme pour l'énergie distribuée, déclare Dan Rastler, expert en énergie distribuée à l'Electric Power Research Institute de Palo Alto, en Californie. Le réseau de distribution existant n'est pas en mesure de répondre aux besoins de fiabilité de ce marché.

L'électricité premium représente déjà un marché de 7 à 10 milliards de dollars par an en Amérique du Nord, selon le cabinet d'études Frost & Sullivan. Aujourd'hui, la majeure partie provient des batteries et des moteurs diesel servant de sources d'alimentation de secours. Mais la liberté de produire sa propre électricité pourrait faire exploser ce marché. Les demandeurs de puissance premium qui raccordent des microturbines et des piles à combustible à la conduite de gaz naturel ne sont plus limités à utiliser leurs générateurs uniquement lorsque les lumières s'éteignent. Ils peuvent économiser de l'argent en se mettant sous tension chaque fois que le prix du réseau dépasse le coût du carburant. Certains États autorisent même les producteurs de micro-électricité à revendre le surplus d'électricité au réseau pour en tirer un profit.

Cette capacité à jouer sur les marchés de l'électricité augmentera à mesure que les services publics adopteront une tarification en temps réel, où le prix de l'électricité du réseau reflète le coût de sa production. Pendant les périodes de pointe de la demande, lorsque les services publics doivent allumer leurs centrales les moins efficaces, les prix grimpent en flèche. Les unités de micro-alimentation surveilleront les prix via une connexion Internet ou via un signal numérique intégré dans l'électricité elle-même. À l'aide de ces informations, ils compareront les devis de gaz et d'électricité et s'allumeront automatiquement lorsque la propagation est favorable.

Pourtant, la production d'électricité n'est pas une compétence de base pour la plupart des entreprises (sans parler des consommateurs résidentiels), il sera donc important de trouver des personnes capables de faire fonctionner la micro-électricité sans problème. Avec la hausse des prix du gaz naturel, allumer la microélectricité au mauvais moment pourrait coûter cher. Les développeurs de technologies et de nombreux investisseurs se sont davantage concentrés sur le développement de la technologie sans penser au côté opérationnel de qui va la prendre en charge, qui va l'installer, qui va la garantir, explique Exelon's Gardner.

La meilleure réponse de Capstone est Williams International, un géant de l'énergie basé à Tulsa, dans l'OK, qui a vendu ou loué 60 des 1 000 premières microturbines produites par Capstone jusqu'en novembre dernier. Williams, dont les gazoducs transportent près de 20 % de l'approvisionnement en gaz naturel des États-Unis, propose un ensemble complet de services énergétiques : financement de l'unité de micro-électricité, fourniture d'électricité à partir du réseau et aide les consommateurs à déterminer quand l'écrêtement des pointes a du sens (l'entreprise est un commerçant de premier plan d'électricité et de gaz naturel). Mory Houshmand, directeur de l'unité Williams Distributed Power Services, a déclaré que Williams s'attend à ce que ses grossistes aux États-Unis, en Amérique du Sud et en Asie du Sud-Est installent environ 1 500 microturbines cette année, et 2 000 à 3 000 autres en 2002.

Enron, un géant de l'énergie basé à Houston et rival de Williams, voit la même opportunité se présenter avec les piles à combustible. L'automne dernier, Enron a conclu une alliance avec FuelCell Energy, investissant 5 millions de dollars dans le démarrage de Danbury, CT et obtenant des options sur 1,3 million d'actions supplémentaires si la société vend plus de 55 mégawatts de ses piles à combustible à carbonate fondu (assez pour éclairer 10 000 foyers). Jeremy Blachman, directeur de l'exploitation d'Enron Energy Services, est optimiste sur la micropuissance. Lorsque le prix du marché de l'électricité monte partout et atteint certains des niveaux que nous avons vus pendant la demande estivale de pointe - jusqu'à 7 000 $ par mégawattheure - alors la production distribuée avec des piles à combustible devient beaucoup plus économique. (Même aux prix exorbitants d'aujourd'hui, le gaz naturel coûterait moins de 100 $ par mégawattheure pour allumer une microturbine et moins de 75 $ par mégawattheure pour faire fonctionner une pile à combustible.)

Le pouvoir de tout le monde

Pour les grandes sociétés énergétiques comme Williams et Enron, l'attrait de la micro-électricité va au-delà de la vente et de la location de petites centrales. Ces organisations voient se développer une opportunité qui leur permettra de vendre massivement du gaz et de l'électricité. Agrégez la production de milliers de piles à combustible et de petites turbines dans une centrale électrique virtuelle, et l'écrêtement des pointes devient un échange d'électricité. Si Williams pouvait activer à distance des milliers de microturbines dans les locaux de ses clients, l'entreprise pourrait générer des centaines de mégawatts à vendre sur le marché de gros. Houshmand dit que cela pourrait réduire considérablement le coût de la microturbine, incitant des entreprises comme la sienne à en assumer une plus grande part : regardez les téléphones portables. Il y a quelques années, ils étaient très chers, et maintenant les fournisseurs de services les donnent. Pourquoi? Parce qu'ils vendent le service.

La notion de centrales électriques virtuelles pourrait également charmer les services publics traditionnels qui, jusqu'à présent, étaient réticents à l'égard des technologies permettant aux consommateurs et aux entreprises de générer leur propre électricité. Dans le passé, les services publics ont érigé des barrières à l'alimentation distribuée, comme des frais de maintenance pour le service de secours d'urgence. Ritchie Priddy, directeur associé pour l'énergie distribuée chez Cambridge Energy Research Associates à Cambridge, MA, dit que les services publics restent ambivalents à propos de la micro-électricité. Par exemple, de nombreux services publics paient désormais au détail l'énergie excédentaire provenant de panneaux solaires ou d'éoliennes - un filet d'énergie qui pose peu de concurrence. Mais les mêmes services publics paient peu ou rien pour le surplus d'énergie des microturbines et des diesels, où les kilowatts pourraient vraiment s'additionner. Certains services publics adoptent la production distribuée, mais très franchement, ils le font à leurs conditions, explique Priddy, un ancien directeur de société de services publics.

Les défenseurs de la micro-électricité comme Priddy veulent convaincre les compagnies d'électricité que la prolifération des micro-générateurs pourrait faciliter leurs opérations en aidant à stabiliser le réseau. Il y a des signes encourageants. Les services publics japonais, par exemple, subventionnent le développement de piles à combustible résidentielles qui chauffent l'eau et produisent un kilowatt d'électricité - loin d'avoir assez de jus pour alimenter le ménage (un grille-pain à lui seul consomme plus d'un kilowatt), mais suffisamment au total pour faciliter la tension sur les lignes électriques surchargées. Les centrales électriques virtuelles pourraient avoir un effet plus dynamique sur le réseau : plutôt que de demander aux consommateurs d'éteindre leurs équipements lorsque la demande d'électricité atteint un pic, imaginez les contrôleurs de réseau assiégés de la Californie activant à distance des milliers de microturbines et de piles à combustible pour répondre à la demande de pointe.

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