Les interdépendances entre les réseaux de gaz naturel et d’électricité pourraient provoquer des pannes en cascade lors d’événements dangereux, en particulier en Californie, dans le Midwest, sur la côte du Golfe et dans l’est des États-Unis.
Le gaz naturel fournit 32 % de toute l’énergie primaire aux États-Unis, sa part dans la production d’électricité ayant presque doublé entre 2008 et 2021. Le réseau de gazoducs à travers le pays était auparavant alimenté principalement par le gaz naturel, mais il est récemment passé par endroits à l’énergie électrique. Le réseau de gazoducs a généralement été beaucoup plus fiable que le réseau électrique.
La nouvelle dépendance à l’égard de l’électricité a créé une vulnérabilité lors des ouragans et d’autres événements susceptibles d’interrompre l’alimentation électrique, car le manque de gaz naturel peut à son tour entraîner la défaillance des générateurs électriques alimentés au gaz. Les interdépendances entre le gaz et l’électricité ont contribué à plusieurs urgences majeures du système électrique dues à des pénuries de gaz en période de forte charge électrique, notamment un événement survenu au Texas en 2021 qui a entraîné la mort de plus de 200 personnes.
Dans une nouvelle étude, les chercheurs de Carnegie Mellon ont examiné la vulnérabilité de la production d’électricité aux pannes électriques dans les stations de compression des gazoducs américains. Ils ont constaté qu’environ 10 % de ces stations sont électriques, et donc vulnérables aux pannes d’électricité, et ils proposent des mesures pour remédier aux risques potentiels.
L’étude est publiée dans Electricity Journal. L’équipe comprenait Sean Smillie, candidat au doctorat en ingénierie et politique publique (EPP), le professeur M. Granger Morgan de l’EPP et de l’ingénierie électrique et informatique, et le professeur émérite Jay Apt de l’EPP et de la Tepper School of Business de la CMU.
« La North American Electric Reliability Corporation a déclaré que le traitement des risques d’interdépendance entre le gaz et l’électricité était une priorité absolue qui nécessitait une attention immédiate« , note M. Smillie, qui a dirigé l’étude. « Mais en raison notamment de l’absence de surveillance réglementaire du réseau de transport de gaz et de l’importance de la dépendance à l’égard des compresseurs électriques, les conséquences potentielles d’une défaillance ne sont pas bien comprises.«
Les gazoducs utilisent à la fois des compresseurs à gaz et des compresseurs électriques. Les stations de compression alimentées électriquement sur les gazoducs de transport de gaz naturel ont été identifiées comme pouvant contribuer aux pénuries de gaz. Les stations qui dépendent de l’électricité sont vulnérables aux coupures de courant lors de ces événements, et leur perte pourrait entraîner des pertes en aval pour les générateurs électriques alimentés au gaz.
Les stations de compression disposent généralement d’une alimentation de secours suffisante sur le site pour répondre aux besoins auxiliaires (systèmes de contrôle, éclairage, ventilateurs de refroidissement), mais les compresseurs à entraînement électrique sont généralement trop grands pour qu’une alimentation de secours soit possible sur le site. Par conséquent, une panne d’électricité dans une station de compression – un événement tout à fait possible lors d’ouragans ou d’autres événements similaires – pourrait mettre hors service tous les compresseurs électriques du site.
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Dans ce que les auteurs considèrent comme le premier effort rigoureux pour identifier le nombre de stations de compression électrique aux États-Unis, ils ont examiné les données de 2008 à 2020 et ont trouvé près de 1 500 stations ou sous-stations. Ils ont déterminé qu’environ 10 % d’entre elles sont électriques, et que plusieurs grands pipelines sont vulnérables aux pannes de courant. La Californie, le Midwest, la côte du Golfe et l’Est ont des niveaux élevés de capacité de compression électrique installée. De nouveaux modèles hydrauliques, vérifiés par des événements passés, montrent que l’interruption de l’alimentation électrique d’une seule station de compression d’un gazoduc peut entraîner une perte supérieure à 2 gigawatts pour les générateurs de gaz en aval.
« Pendant les périodes de forte demande de gaz, les pannes électriques qui mettent hors service les compresseurs de ces stations peuvent réduire considérablement la quantité de gaz disponible pour les centrales électriques en aval« , explique M. Morgan, coauteur de l’étude. « Dans certains cas, les pannes qui en résultent peuvent être aussi importantes, voire plus importantes, que la plus grave des pannes à cause unique actuellement prise en compte dans la planification de la fiabilité de l’électricité.«
M. Morgan a présidé trois comités des académies nationales des sciences, de l’ingénierie et de la médecine (NASEM) sur le réseau électrique.
Sur la base de leurs conclusions, les auteurs suggèrent que les compagnies d’électricité intègrent immédiatement les installations identifiées dans les listes d’installations critiques. Les conclusions des auteurs appuient les recommandations d’une étude récente des National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine (académies nationales des sciences, de l’ingénierie et de la médecine).
« Contrairement aux normes et aux rapports de fiabilité bien établis pour le système électrique, le système gazier n’a pratiquement aucune transparence ou surveillance en matière de fiabilité« , déclare M. Apt, coauteur de l’étude. « La création d’une organisation fédérale de fiabilité du gaz, comparable à ce qui se fait actuellement pour l’électricité, pourrait améliorer la fiabilité du gaz en établissant des rapports de fiabilité appropriés, des enquêtes sur les incidents et des normes industrielles minimales.«
Leurs recherches ont été soutenues en partie par le Carnegie Mellon Electricity Industry Center et en partie par le Carnegie Mellon Climate and Energy Decision Making Center, créé dans le cadre d’un accord de coopération entre la National Science Foundation et la CMU.
Résumé d’un article paru dans Electricity Journal, How Vulnerable Aare U.S. Natural Gas Pipelines to Electric Outages ? par Smillie, S (Carnegie Mellon University), Morgan, MG (Carnegie Mellon University), et Apt, J (Carnegie Mellon University).
