Erin Baker, UMass Amherst et Paola Pimentel Furlanetto, UMass Amherst
L’administration Trump s’efforce de lever les réglementations sur les centrales à charbon dans l’espoir de rendre son énergie moins chère. Mais si le coût est un aspect important, les services publics ont bien d’autres choses à prendre en compte lorsqu’ils choisissent leurs sources d’énergie.
Les différentes technologies jouent des rôles différents dans le système électrique. Certaines sources, comme l’énergie nucléaire, sont fiables mais rigides. D’autres, comme le pétrole, sont flexibles mais coûteuses et polluantes.
Le choix de la source d’énergie dans laquelle les services publics investissent dépend en grande partie de deux aspects essentiels : le prix et la fiabilité.
Prix de l’électricité
L’une des façons de comparer les sources d’énergie est d’évaluer le coût de l’électricité sur une base nivelée. Ce coût indique combien il en coûte pour produire une unité d’électricité en moyenne pendant la durée de vie du générateur.
Depuis des années, la société de gestion d’actifs Lazard calcule chaque année le coût actualisé de l’électricité pour les principales sources d’électricité aux États-Unis, et elle a constaté une forte baisse des coûts de l’énergie solaire en particulier.
Selon les calculs de Lazard, le charbon est l’une des technologies les plus coûteuses pour les compagnies d’électricité aujourd’hui, ce qui le rend moins compétitif que l’énergie solaire, l’énergie éolienne et le gaz naturel. Seuls le nucléaire, l’éolien en mer et les centrales de pointe, qui ne sont utilisées qu’en période de forte demande d’électricité, sont plus chers.
L’énergie éolienne et l’énergie solaire terrestres présentent les coûts estimés les plus bas, bien en deçà de ce que les consommateurs paient pour l’électricité aujourd’hui. Le laboratoire national des énergies renouvelables (National Renewable Energy Lab) a trouvé des coûts nivelés similaires pour les énergies renouvelables, bien que ses estimations pour le nucléaire soient inférieures à celles de Lazard.
Les coûts initiaux sont également importants et peuvent faire la différence pour la construction de nouveaux projets énergétiques, comme on l’a vu récemment sur la côte Est.
Plusieurs parcs éoliens en mer prévus le long de la côte nord-est ont été annulés ces dernières années en raison de l’augmentation des coûts due à l’inflation et aux problèmes de la chaîne d’approvisionnement pendant la pandémie. Les coûts de construction des deux plus récents générateurs nucléaires construits aux États-Unis ont également augmenté considérablement, car les projets, tous deux situés dans le Sud-Est, ont connu des retards.
La fiabilité et la flexibilité sont importantes
Mais le coût ne fait pas tout. Les compagnies d’électricité doivent tenir compte d’un certain nombre de critères lorsqu’elles investissent dans des sources d’énergie.
Le plus important est de faire correspondre l’offre et la demande à tout moment de la journée. En raison des caractéristiques techniques de l’électricité et de la manière dont elle circule, si l’offre d’électricité est ne serait-ce qu’un peu inférieure à la demande, cela peut déclencher un black-out. Cela signifie que les compagnies d’électricité et les consommateurs ont besoin d’une production qui puisse diminuer lorsque la demande est faible et augmenter lorsqu’elle est forte.
Étant donné que la production éolienne et solaire dépend du vent et du soleil, ces sources doivent être combinées à d’autres types de production ou à des dispositifs de stockage, tels que des batteries, pour garantir que le réseau électrique dispose à tout moment de la quantité exacte d’électricité dont il a besoin.
Le nucléaire et le charbon sont prévisibles et fonctionnent de manière fiable, mais ils ne sont pas flexibles – il leur faut du temps pour monter et descendre en puissance, et cela coûte cher. Les turbines à vapeur ne sont tout simplement pas conçues pour être flexibles. Les nombreux jours qu’il a fallu pour arrêter la centrale nucléaire japonaise de Fukushima Daiichi après qu’un tremblement de terre et un tsunami aient endommagé ses sources d’énergie de secours en 2011 ont illustré les difficultés et les problèmes de sécurité liés à la réduction progressive de la puissance des centrales nucléaires.
Cela signifie que le charbon et le nucléaire ne sont pas aussi utiles pendant les chaudes journées d’été, lorsque les services publics ont besoin d’une augmentation rapide de la puissance pour faire fonctionner les climatiseurs. Ces pics ne se produisent que quelques jours par an, mais le maintien de l’électricité est crucial pour la santé humaine et l’économie.
Dans le système énergétique actuel, les sources de production les plus flexibles sont le gaz naturel et l’hydroélectricité. Elles peuvent s’adapter rapidement à l’évolution de la demande d’électricité sans les problèmes de sécurité et de coût liés au charbon et au nucléaire. L’hydroélectricité peut monter en puissance en quelques minutes, mais elle ne peut être construite que là où il est possible de construire de grands barrages. La technologie du gaz naturel la plus rentable peut être mise en œuvre en quelques heures.
Vue d’ensemble, par source d’énergie
Au cours des deux dernières décennies, l’utilisation du gaz naturel a augmenté rapidement pour dépasser le charbon en tant que combustible le plus courant pour la production d’électricité aux États-Unis. Ce boom a été largement alimenté par l’utilisation croissante de la technologie de fracturation, qui a permis aux producteurs d’extraire le gaz de la roche et d’en réduire le prix.
Le faible prix et la grande flexibilité du gaz naturel en font un choix intéressant. Son essor explique en grande partie pourquoi l’utilisation du charbon a chuté.
Mais le gaz naturel n’est pas sans poser de problèmes. Le gaz naturel a besoin de gazoducs pour être transporté à travers le pays, ce qui entraîne des travaux de construction perturbateurs. Comme le Texas l’a constaté lors des pannes d’électricité de février 2021, les équipements fonctionnant au gaz naturel peuvent également tomber en panne en cas de froid extrême. Et comme le charbon, le gaz naturel est un combustible fossile qui libère des gaz à effet de serre lors de sa combustion. Il contribue donc au changement climatique et à la pollution de l’air qui peut nuire à la santé humaine.
L’énergie nucléaire a récemment gagné en intérêt car elle ne contribue pas au changement climatique ni à la pollution atmosphérique locale. Elle fournit également une charge de base régulière, ce qui est utile pour les centres de calcul dont la demande ne fluctue pas autant que celle des ménages.
Bien entendu, le nucléaire pose des problèmes permanents de stockage des déchets radioactifs et de sécurité, et la construction de grandes centrales nucléaires prend de nombreuses années.
Le charbon est plus flexible que le nucléaire, mais beaucoup moins que le gaz naturel ou l’hydroélectricité. Plus préoccupant encore, le charbon est extrêmement polluant, émettant plus de gaz responsables du changement climatique et bien plus de pollution atmosphérique que le gaz naturel.
L’énergie solaire et l’énergie éolienne ont connu une croissance rapide ces dernières années en raison de la baisse de leurs coûts et de leurs avantages pour l’environnement. Selon Lazard, le coût de l’énergie solaire combinée à des batteries, qui serait aussi flexible que l’énergie hydraulique, est bien inférieur au coût du charbon, dont la flexibilité est limitée.
Cependant, l’éolien et le solaire ont tendance à occuper beaucoup d’espace, ce qui a entraîné des difficultés dans l’obtention des autorisations locales pour les nouveaux sites et les lignes de transmission. En outre, le nombre de nouveaux projets dépasse la capacité des opérateurs de réseaux électriques à les évaluer, ce qui entraîne des temps d’attente de plus en plus longs pour la mise en service de la nouvelle production.
Que nous réserve l’avenir ?
Les services publics ont une autre considération à prendre en compte : Les autorités fédérales, étatiques et locales peuvent également influencer et parfois limiter les choix des compagnies d’électricité. Les tarifs, par exemple, peuvent augmenter le coût des composants essentiels pour les nouvelles constructions. Les autorisations et les réglementations peuvent ralentir le développement. Les subventions peuvent réduire artificiellement les coûts.
À notre avis, les politiques bien conçues peuvent aider les entreprises à s’orienter vers des choix plus fiables et plus rentables, qui sont également plus propres. Si elles ne sont pas appliquées correctement, elles peuvent être coûteuses pour l’économie et l’environnement.
Erin Baker, Distinguished Professor of Industrial Engineering and Faculty Director of The Energy Transition Institute, UMass Amherst et Paola Pimentel Furlanetto, Ph.D. candidate in Industrial Engineering and Operations Research, UMass Amherst
Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l’article original.
