Les services publics peuvent-ils résoudre le problème du stockage des énergies renouvelables ?

La croissance rapide des sources d’énergie renouvelables telles que l’énergie éolienne et solaire a mis en évidence un défi majeur : comment stocker et distribuer efficacement cette énergie intermittente. Alors que les services publics sont confrontés à une croissance croissante de la charge et s’efforcent d’atteindre des objectifs de décarbonation en vue de la neutralité carbone, ils sont confrontés à une question pressante : quelle quantité d’énergie renouvelable peuvent-ils intégrer avant de se heurter à des limites pratiques ?

Le plafond d’intégration des énergies renouvelables

D’après les discussions que nous avons eues avec les services publics dans différents endroits, la limite supérieure de la pénétration des énergies renouvelables dans leur bouquet énergétique sans solutions de stockage significatives ou améliorations majeures de l’interconnexion se situe quelque part entre 30 % et 40 %. Au-delà de ce seuil, l’intermittence des énergies éolienne et solaire commence à poser des problèmes.

Bien que les plans varient, de nombreux services publics visent à atteindre 70 à 80 % d’énergies renouvelables d’ici le début des années 2030. Alors que la pénétration des énergies renouvelables est déjà élevée dans certaines régions, comme le Texas et la Californie, les États du centre du littoral atlantique, du nord-est et du nord-ouest du Pacifique sont confrontés à des obstacles plus importants pour atteindre ces objectifs, en raison d’une production d’énergie éolienne et solaire moins intense, compte tenu des conditions météorologiques dans ces régions.

L’insaisissable solution de stockage de longue durée

Depuis plus d’une décennie, le stockage en batterie de longue durée à l’échelle des services publics est le Saint-Graal de l’augmentation de la pénétration des énergies renouvelables. Dans l’idéal, cette solution permettrait de stocker de l’énergie pendant plus de 24 heures, et de préférence jusqu’à une semaine. Cependant, malgré les recherches en cours, il n’existe pas encore d’option économiquement viable qui fonctionne à l’échelle nécessaire pour alimenter des villes ou des régions entières.

Les solutions de stockage actuelles fonctionnent souvent bien à petite échelle, mais peinent à s’étendre. La physique peut ne pas fonctionner, ou les coûts peuvent devenir prohibitifs. Si les percées technologiques telles que les piles à l’état solide, les piles au sodium ou les solutions à base d’hydrogène font parfois la une des journaux, elles ne sont souvent pas en mesure d’alimenter une grande ville en électricité lors de pannes prolongées ou de périodes prolongées de faible production d’énergie renouvelable.

La nécessité d’un meilleur stockage est double : se préparer à des pénuries d’énergie renouvelable sur plusieurs jours et réduire les déchets. Dans certaines régions, comme la Californie, l’excédent d’énergie renouvelable généré pendant les heures de pointe n’est pas utilisé en raison du manque de capacité de stockage.

Solutions à court terme et technologies alternatives

Malgré ces défis, les services publics investissent massivement dans le stockage de l’énergie. Le marché mondial a presque triplé l’année dernière et est en bonne voie pour dépasser les 100 gigawattheures de capacité pour la première fois en 2024 (Schéma 1). Les grandes entreprises de services publics réglementées telles que NextEra, Xcel et AES sont en première ligne pour développer le stockage à l’échelle du réseau.

Les modèles actuels utilisent généralement des batteries lithium-ion qui ne peuvent contenir que deux à quatre heures d’énergie. Ces solutions de courte durée permettent de gérer les fluctuations quotidiennes – en stockant l’électricité pendant les pics de production d’énergie renouvelable et en la déchargeant sur le réseau lorsque la demande d’électricité est élevée – mais ne traitent pas des déséquilibres de puissance à plus long terme ou de la planification de la résilience.

Alors que les services publics reconnaissent que les batteries lithium-ion ne sont probablement pas la solution ultime pour leurs besoins de stockage à grande échelle et de longue durée, les technologies alternatives suscitent de plus en plus d’intérêt. Les batteries à flux et les batteries sodium-ion, par exemple, utilisent des matériaux abondants et bon marché, ce qui pourrait résoudre les problèmes d’approvisionnement et de disponibilité associés au lithium. Si leur poids et leur taille les rendent peu pratiques pour les véhicules électriques, ils pourraient en revanche s’avérer utiles pour le stockage stationnaire.

L’hydrogène est une autre option fréquemment évoquée, bien que sa promesse soit restée « valable pour 10 ans » pendant un certain temps. Les principaux obstacles à l’adoption généralisée de ces technologies sont le coût et l’efficacité. Par exemple, pour être économiquement viable, la production d’hydrogène vert doit fonctionner de manière constante et en continu, ce qui n’est pas évident lorsque l’on s’appuie sur des sources d’énergie renouvelables intermittentes.

Conséquences et scénarios potentiels

L’absence de solution viable pour le stockage de l’énergie à long terme a des conséquences considérables :

1. Les services publics pourraient être amenés à retarder la mise à l’arrêt des centrales à combustibles fossiles et à recourir davantage au gaz naturel comme solution à court terme, en construisant éventuellement de nouvelles centrales à gaz. Bien que cela puisse ralentir les progrès vers les objectifs de décarbonation, cela contribuerait à garantir la fiabilité du réseau à mesure que la demande d’électricité liée à la croissance des centres de données d’IA et à l’évolution vers une économie plus électrifiée augmentera au cours de la prochaine décennie.

Si les services publics réglementés donnent la priorité à la réalisation d’objectifs de neutralité carbone plutôt qu’à la construction de nouvelles centrales au gaz, le secteur privé pourrait éventuellement produire de l’électricité. Par ailleurs, les prix de l’électricité pourraient augmenter, ce qui aurait pour effet de ralentir la croissance des centres de données et de ramener la demande d’électricité à un niveau plus gérable.

2. L’expansion des installations éoliennes et solaires pourrait se heurter à des limites, les opérateurs de réseaux s’efforçant d’équilibrer l’offre et la demande intermittentes. Cela pourrait éventuellement ralentir le rythme d’adoption des énergies renouvelables dans certaines régions.

En outre, les installations pourraient ralentir dans les régions où les énergies renouvelables sont abondantes et où la tarification de l’électricité est négative. L’ajout de nouvelles énergies renouvelables pourrait aggraver le problème de sursaturation dans ces régions sans que les promoteurs ne bénéficient de conditions économiques favorables.

3. Les centres de données, qui ont besoin d’électricité en permanence et dont les clients du secteur des grandes technologies ont des objectifs ambitieux en matière de développement durable, peuvent explorer d’autres options, comme les réacteurs nucléaires à petite échelle, pour répondre à leurs besoins énergétiques tout en respectant leurs engagements en matière de développement durable.

4. La stabilité du réseau devient plus difficile sans capacité de stockage adéquate, ce qui peut entraîner une volatilité accrue sur les marchés de l’électricité et des problèmes de fiabilité pendant les périodes prolongées de faible production d’énergie renouvelable.

Les mesures d’incitation pourraient stimuler l’innovation

L’avenir du stockage des énergies renouvelables reste incertain, mais les incitations au développement et à la mise en œuvre de solutions de stockage à grande échelle et de longue durée sont susceptibles de se multiplier. Alors que les services publics et les entreprises technologiques s’efforcent de trouver des solutions, et que la fréquence et la durée des coupures de courant risquent d’augmenter avec l’incidence accrue des conditions météorologiques extrêmes, l’innovation dans ce domaine sera essentielle.

Pour les investisseurs, le marché du stockage de l’énergie présente un paysage complexe avec très peu d’opportunités d’investissement en actions publiques. De nombreuses entreprises en sont encore aux premiers stades de leur développement et sont confrontées à des problèmes de rentabilité, en particulier les entreprises aux fortes réserves de liquidités dans un contexte de taux d’intérêt élevés. Le secteur peut également être volatil et dépendre du soutien des pouvoirs publics, ce qui le rend éventuellement plus adapté à des portefeuilles diversifiés.

Nous pensons que les grandes entreprises de services publics qui sont à la pointe du développement des énergies renouvelables, telles que NextEra, AES et Iberdrola, seront à l’origine des progrès à long terme dans le domaine du stockage de l’énergie. Bien qu’elles soient réglementées, elles sont à l’avant-garde des développements actuels en matière de stockage et investissent dans les technologies de stockage de la prochaine génération, comme l’hydrogène.

Nous pensons que les services publics peuvent à terme résoudre le problème du stockage des énergies renouvelables. Pour l’instant, malgré les progrès réalisés, le Saint-Graal du stockage de l’énergie reste hors de portée.

 

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