Le choix de l’emplacement des nouvelles installations solaires ou éoliennes est souvent laissé à l’appréciation des promoteurs ou des services publics, avec une coordination globale limitée. Mais une nouvelle étude montre qu’une planification au niveau régional utilisant des données météorologiques fines, des informations sur la consommation d’énergie et la modélisation des systèmes énergétiques peut faire une grande différence dans la conception de ces installations de production d’énergie renouvelable. Cela permet également d’obtenir des opérations plus efficaces et économiquement viables.
Les résultats montrent les avantages de la coordination de l’implantation des parcs solaires, des parcs éoliens et des systèmes de stockage, en tenant compte des variations locales et temporelles du vent, de l’ensoleillement et de la demande d’énergie, afin de maximiser l’utilisation des ressources renouvelables. Cette approche peut réduire la nécessité d’investissements considérables dans le stockage, et donc le coût total du système, tout en maximisant la disponibilité de l’énergie propre lorsqu’elle est nécessaire, ont constaté les chercheurs.
Liying Qiu, l’auteur principal, indique qu’avec la nouvelle approche de l’équipe, « nous pouvons exploiter la complémentarité des ressources, ce qui signifie que les ressources renouvelables de différents types, comme le vent et le soleil, ou de différents lieux peuvent se compenser dans le temps et dans l’espace. Ce potentiel de complémentarité spatiale pour améliorer la conception des systèmes n’a pas été souligné ni quantifié dans la planification à grande échelle existante. »
Cette complémentarité deviendra de plus en plus importante à mesure que les sources d’énergie renouvelables variables représenteront une plus grande proportion de l’énergie entrant dans le réseau, dit-elle. En coordonnant plus harmonieusement les pics et les creux de la production et de la demande, « nous essayons en fait d’utiliser la variabilité naturelle elle-même pour faire face à la variabilité ».
En général, lors de la planification d’installations d’énergies renouvelables à grande échelle, explique Mme Qiu, « certains travaillent au niveau national, en disant par exemple que 30 % de l’énergie devrait être éolienne et 20 % solaire. C’est très général. Pour cette étude, l’équipe a examiné à la fois les données météorologiques et la modélisation de la planification des systèmes énergétiques à une échelle d’une résolution inférieure à 10 kilomètres. « C’est un moyen de déterminer où nous devrions exactement construire chaque centrale d’énergie renouvelable, plutôt que de dire simplement que telle ville devrait avoir tel nombre de parcs éoliens ou solaires », explique-t-elle.
Pour compiler leurs données et permettre une planification à haute résolution, les chercheurs se sont appuyés sur diverses sources qui n’avaient jamais été intégrées auparavant. Ils ont utilisé les données météorologiques à haute résolution du Laboratoire national des énergies renouvelables, qui sont accessibles au public à une résolution de 2 kilomètres, mais rarement utilisées dans un modèle de planification à une échelle aussi fine. Ces données ont été combinées à un modèle de système énergétique qu’ils ont développé pour optimiser l’implantation à une résolution inférieure à 10 kilomètres.
Pour se faire une idée de l’impact des données et du modèle à petite échelle dans différentes régions, ils se sont concentrés sur trois régions des États-Unis – la Nouvelle-Angleterre, le Texas et la Californie – en analysant simultanément jusqu’à 138 271 sites d’implantation possibles pour une seule région.
En comparant les résultats d’une implantation basée sur une méthode classique à ceux de leur approche à haute résolution, l’équipe a montré que « la complémentarité des ressources nous aide vraiment à réduire le coût du système en alignant la production d’énergie renouvelable sur la demande, ce qui devrait se traduire directement dans la prise de décision dans le monde réel » ajoute M. Qiu.
« Si un promoteur individuel souhaite construire un parc éolien ou solaire et se contente d’aller là où il y a le plus de ressources éoliennes ou solaires en moyenne, cela ne garantit pas nécessairement la meilleure adéquation avec un système énergétique décarboné. Cela s’explique par les interactions complexes entre la production et la demande d’électricité, qui varient d’heure en heure et de mois en mois, au fil des saisons. »
« Ce que nous essayons de faire, c’est de minimiser la différence entre l’offre et la demande d’énergie plutôt que de simplement fournir autant d’énergie renouvelable que possible », explique M. Qiu. « Parfois, votre production ne peut pas être utilisée par le système, alors qu’à d’autres moments, vous n’avez pas assez d’énergie pour répondre à la demande. »
En Nouvelle-Angleterre, par exemple, la nouvelle analyse montre qu’il devrait y avoir plus de parcs éoliens dans les endroits où il y a une forte ressource éolienne pendant la nuit, lorsque l’énergie solaire n’est pas disponible. Certains endroits ont tendance à être plus venteux la nuit, tandis que d’autres ont tendance à avoir plus de vent pendant la journée. L’intégration des données météorologiques à haute résolution et l’optimisation des systèmes énergétiques utilisées par les chercheurs ont permis d’obtenir ces informations.
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Lors de la planification avec des données météorologiques à plus faible résolution, qui ont été générées à une résolution de 30 kilomètres au niveau mondial et qui sont plus couramment utilisées dans la planification des systèmes énergétiques, il y avait beaucoup moins de complémentarité entre les centrales d’énergie renouvelable. Par conséquent, le coût total du système était beaucoup plus élevé.
La complémentarité entre les parcs éoliens et solaires a été renforcée par la modélisation à haute résolution en raison d’une meilleure représentation de la variabilité des ressources renouvelables. Les chercheurs affirment que leur cadre est très flexible et qu’il peut être facilement adapté à n’importe quelle région pour tenir compte des conditions géophysiques locales et autres. Au Texas, par exemple, les pics de vent à l’ouest se produisent le matin, tandis que sur la côte sud, ils se produisent l’après-midi, de sorte que les deux se complètent naturellement.
Selon M. Khorramfar, ces travaux « soulignent l’importance de la prise de décision fondée sur les données dans la planification énergétique ». Il montre que l’utilisation de données à haute résolution associées à un modèle de planification énergétique soigneusement formulé « peut faire baisser le coût du système et, en fin de compte, offrir des voies plus rentables pour la transition énergétique ».
Selon M. Amin, qui est chercheur principal au Laboratoire des systèmes d’information et de données, l’un des aspects surprenants de ces résultats est l’importance des gains obtenus grâce à l’analyse des variations à relativement court terme des intrants et des extrants qui ont lieu au cours d’une période de 24 heures. « Avant cette étude, on n’aurait pas pu s’attendre à un tel potentiel de réduction des coûts en essayant d’exploiter la complémentarité au cours d’une journée », déclare-t-il.
En outre, M. Amin a été surpris de constater à quel point ce type de modélisation pouvait réduire le besoin de stockage dans le cadre de ces systèmes énergétiques. « Cette étude montre qu’il existe en fait un potentiel caché de réduction des coûts en exploitant les schémas météorologiques locaux, ce qui peut se traduire par une réduction monétaire du coût du stockage. »
Selon M. Howland, l’analyse et la planification au niveau du système suggérées par cette étude « modifient la façon dont nous envisageons l’emplacement des centrales d’énergie renouvelable et la façon dont nous concevons ces centrales, de manière à ce qu’elles desservent au maximum le réseau énergétique. Il ne s’agit pas seulement de faire baisser le coût de l’énergie des parcs éoliens ou solaires individuels. Et ces nouvelles connaissances ne peuvent être réalisées que si nous continuons à collaborer au-delà des frontières traditionnelles de la recherche, en intégrant l’expertise en dynamique des fluides,… en science atmosphérique et en ingénierie énergétique. »
L’étude, qui paraîtra dans la revue Cell Reports Sustainability, a été réalisée conjointement par Liying Qiu et Rahman Khorramfar, postdocs au département de génie civil et environnemental du MIT, et par les professeurs Saurabh Amin et Michael Howland.
Article : ‘ »Decarbonized Energy System Planning with High-Resolution Spatial Representation of Renewables Lowers Cost »‘ / ( 10.1016/j.crsus.2024.100263 ) – Massachusetts Institute of Technology – Publication dans la revue Cell Reports Sustainability
Source : MIT – auteur David L. Chandler | Traduction Enerzine.com
