Énergies renouvelables : un potentiel inexploité

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Les gens veulent vivre, être informés, et avoir une meilleure qualité de vie.

Alors que les objectifs en matière de changement climatique stimulent la demande d’énergie renouvelable, les entreprises sont en compétition dans le but de trouver des moyens intelligents pour exploiter l’énergie. Dans la plupart des pays en développement, les gens ont de plus en plus besoin d’énergie. Dans de nombreux pays développés, il est évident d’allumer sa lampe, mettre en marche son lave-linge, allumer son téléviseur ou son ordinateur. Mais dans la plupart des pays en développement, les gens ont de plus en plus besoin d’énergie, mais se retrouvent bien souvent otages des pannes d’électricité. 700 millions de personnes sont privées d’électricité en Afrique subsaharienne. Toutes les alimentations électriques sont intermittentes, dans une plus ou moins grande mesure.

Mais par sa nature, la production d’énergie renouvelable peut donner trop ou trop peu d’énergie pour satisfaire la demande à tout moment. C’est pourquoi la hausse des énergies renouvelables devrait également conduire à un boom dans le stockage de l’énergie, parce que l’énergie stockée peut être utilisée pour aplanir ces fluctuations de l’offre. En Afrique, seulement 19 pays dépassent les 50 %, à l’instar du Sénégal, du Ghana ou encore de l’Afrique du Sud (Banque mondiale). “Je pense que le besoin de stockage commence vraiment quand on comprend à quel point c’est dur de fabriquer de l’électricité”, explique Benjamin Sovacool, professeur de politique énergétique à l’Université du Sussex. Le continent africain doit investir une bagatelle de 50 milliards de dollars par an sur dix ans afin de fournir de l’énergie aux 700 millions de personnes qui en sont dépourvues soit 2/3 de sa population. Même si environ 176 pays ont maintenant une politique énergétique propre, le monde dépend toujours du pétrole, du gaz et du charbon, des combustibles fossiles qui, selon les climatologues, auront des “impacts graves, omniprésents et irréversibles sur les populations et les écosystèmes”.

John Goodenough est un professeur américain d’origine allemande.

Le professeur John Goodenough, pionnier scientifique, affirme que l’humanité doit fondamentalement repenser la manière dont elle produit et stocke l’énergie. “La société moderne fonctionne avec l’énergie stockée dans un combustible fossile, et cette dépendance n’est pas durable. Nous devons donc trouver le moyen dans un très proche avenir de récupérer l’énergie du soleil et de la stocker dans des batteries à grande échelle”, dit-il. Le professeur John Goodenough est l’un des 12 éminents chercheurs à recevoir le plus grand honneur décerné par le gouvernement des États-Unis à des scientifiques, des ingénieurs et des inventeurs. L’universitaire de 95 ans, dont le travail à la fin des années 1970 a conduit à l’invention de la batterie au lithium-ion, travaille toujours sur la technologie de la batterie à l’Université du Texas à Austin.

J’espère que nous pouvons faire mieux que les cellules photovoltaïques, elles sont encore un peu chères, mais elles avancent assez bien, donc nous pouvons récolter l’énergie solaire.

John Goodenough, Physicien “Le problème est que, après l’avoir converti en énergie électrique, vous devez stocker la puissance afin de pouvoir l’utiliser pour répondre à une demande variable.” Et, comme le souligne le professeur Goodenough, les grandes batteries lithium-ion ont leurs inconvénients. Les gens doivent être très prudents, par exemple, la voiture Tesla contient 7 000 cellules, qui doivent être toutes gérées.

Tesla a investi dans la technologie et la production de batteries à cause de ses voitures électriques et a maintenant opté pour le stockage à grande échelle dans un endroit qui souffre de pannes d’électricité, activant récemment la plus grande batterie lithium-ion au monde à Hornsdale en Australie.

Stocker l’énergie grâce aux voitures électriques

Les voitures électriques peuvent également être utilisées comme réserves d’énergie. Les constructeurs automobiles tels que Nissan, BMW et Honda explorent des projets de véhicules à réseau avec des sociétés d’énergie et de logiciels. À Frederiksberg au Danemark, Nissan collabore avec la société de services publics locaux Frederiksberg Forsyning, la société de logiciels Nuvve et la société énergétique italienne Enel. Frederiksberg Forsyning promet une économie sur votre facture d’électricité, d’eau et de chauffage. Frederiksberg Forsyning a remplacé dix-neuf de ses véhicules par des fourgonnettes tout électrique Nissan et a équipé dix points de frais spéciaux “bidirectionnels”. Ses ingénieurs démarrant leurs véhicules le matin, peuvent travailler toute la journée et ramènent les véhicules au point de charge dans l’après-midi.

Après cela, les batteries sont à la disposition du réseau électrique domestique. La technologie logicielle NUVVE GIVe ravitaille la prochaine génération de flottes commerciales de véhicules électriques tout en soutenant l’intégration des énergies renouvelables. Le logiciel de Nuvve, qui a été développé à l’Université du Delaware aux États-Unis, se connecte au réseau et surveille constamment ses besoins énergétiques. S’il y a une fluctuation de puissance, il peut faire appel à plusieurs batteries de son système, pour le ravitailler en quelques secondes. “Nous appelons cela une centrale électrique virtuelle”, explique Marc Trahand, directeur des opérations de Nuvve en Europe. “Toutes ces petites batteries réunies … deviennent une grande centrale électrique que vous pouvez ensuite activer sur la grille.” “Plus nous utilisons ou stockons l’énergie quand elle est disponible, mieux nous utilisons notre infrastructure, parce que nous gaspillons de l’énergie mise à notre disposition”. Mais le Dr Kotub Uddin, un expert de l’Université de Warwick et maintenant responsable du stockage de l’énergie chez OVO Energy, affirme que pour que la technologie du véhicule au réseau décolle commercialement, les gens devront s’assurer que les batteries de leur voiture ne sont pas endommagées.

Le fait de retirer l’énergie d’une batterie et de la recharger à plusieurs reprises peut entraîner une dégradation de la batterie en fonction de facteurs tels que la température ambiante lorsque la batterie est en charge et la façon dont la voiture est utilisée par le propriétaire. La réponse à ces problèmes est la recharge intelligente, dit-il. “Dans un système intelligent, vous avez un moyen de faire du “VEC” pour minimiser la dégradation et prolonger la durée de vie de la batterie”.

Les voitures électriques pourraient bientôt alimenter vos maisons en énergie

Une solution locale

Selon les experts, dans le monde en développement, plus d’un milliard de personnes n’ont pas accès à l’électricité. Koen Peters, directeur exécutif de la Global Off-Grid Lighting Association (Gogla) dit que ces chiffres signifient qu’il existe un énorme marché pour les énergies renouvelables hors réseau, en particulier dans les endroits où il peut ne pas être économiquement viable de se connecter à un réseau. “Nous avons seulement égratigné la surface du marché disponible”, dit-il. Cet intérêt naissant pour quitter la distribution d’énergie centralisée et permettre le stockage local est confirmé par les chiffres.

Depuis 2010, les ventes cumulatives de solaires hors réseau ont augmenté d’environ 60%, selon Gogla. Des sociétés telles que les leaders du marché M-Kopa Solar, Azuri, D-light et BBoxx, se lancent dans la concurrence pour vendre des panneaux solaires, des lampes et desbatteries aux ménages d’Afrique centrale, orientale et occidentale et à certaines régions d’Asie. Les entreprises installent des panneaux solaires dans les foyers et ceux-ci sont utilisés pour charger les batteries pendant la journée.

Les clients peuvent ensuite utiliser l’énergie stockée dans les batteries pour l’éclairage de nuit, ainsi que pour recharger les téléphones portables. Il existe un certain nombre d’autres kits disponibles, tels que la télévision par satellite pay-as-you-go ou les radios, en option.

Monica Keza Katumwine, directrice générale de Bboxx au Rwanda

Monica Keza Katumwine, directrice générale de Bboxx au Rwanda, affirme que son entreprise peut surveiller à distance les performances du système pour voir quand les gens ont besoin de plus de stockage. « Essentiellement, tout au long de notre vie, tout le monde utilise l’électricité … Ce que nous changeons aujourd’hui, c’est d’avoir ce pouvoir, mais sans les fils et les poteaux, et tout cela … c’est le même service que la grille fournit, mais sans toute la connexion physique, tout est fait à distance.” Elle affirme que 95% des paiements sont effectués via “mobil money”, grâce à des accords avec des entreprises de télécommunications. Les gens peuvent payer chaque mois.

Les clients peuvent également se rendre dans une banque pour déposer des paiements. En accord avec d’autres entreprises du secteur, Bboxx fournit un financement, dont l’envers est “évident”, dit M. Peters. Les gens peuvent se permettre de se connecter en répartissant les paiements. Cependant, l’inconvénient est que cela coûte cher aux entreprises qui fournissent le financement et ce coût est répercuté sur les clients. “Offrir un financement est très cher dans les pays en développement”, dit M. Peters.

Mais les avantages dépassent de loin les inconvénients, dit M. Peters. “Il y a un énorme impact sur la qualité de vie si vous avez accès à ces services.” Depuis 2014, les investisseurs s’intéressent de plus en plus au solaire hors réseau, indique Gogla. Cependant, l’accès au capital est l’un des plus grands obstacles à l’expansion, explique Monica Keza Katumwine de Bboxx. Les technologies solaires sont encore relativement nouvelles et obligent les investisseurs à mettre leur argent dans cette entreprise, dit-elle. Depuis 2014, les investisseurs s’intéressent de plus en plus au solaire hors réseau. BBoxx et les entreprises de ce type traitent avec des ménages individuels, mais une façon d’augmenter la puissance et la fiabilité des systèmes de production, solaire, hydroélectrique ou biomasse, est de les relier en un mini-réseau pour desservir une communauté.

Sarah Best, spécialiste du mini-réseau à l’Institut international pour l’environnement et le développement (IIED), affirme que les “minigrides”, qui pourraient être fournis par une “grande diversité” d’organisations peuvent donner un coup de fouet aux économies locales.

Énergie : le stockage de batterie hors réseau pour venir en aide aux populations rurales

Penser global

Le besoin mondial d’énergie ne fera que croître au fur et à mesure que la population mondiale augmente, et la demande devrait augmenter davantage en Inde, en Chine et en Afrique jusqu’en 2040. Le défi consiste à développer la capacité des énergies renouvelables à répondre à cette croissance du nombre de personnes, en particulier dans les zones urbaines. Nous ne pouvons pas compter sur les combustibles fossiles. Les réglementations sur les changements climatiques ont été multipliées par vingt au cours des vingt dernières années, pour aboutir à l’accord de Paris en 2015.

Alors, quels sont les moyens innovants pour augmenter le stockage d’énergie à grande échelle en parallèle avec la croissance des énergies renouvelables et la recherche de l’efficacité ? Le stockage hydroélectrique par pompage, où l’eau est pompée d’un réservoir inférieur vers un réservoir supérieur et libéré au besoin pour produire de l’énergie hydroélectrique, représente actuellement environ 96% du stockage d’énergie dans le monde. Il pourrait être décrit comme une technologie “mature”.

Il a été utilisé pour la première fois à la fin du 19ème siècle. Alors que ce type de stockage croît, sa prédominance devrait tomber à environ la moitié du total mondial d’ici 2030. Pendant ce temps, d’autres formes de stockage d’énergie émergent, selon l’Agence internationale pour les énergies renouvelables (Irena).

Ravi Manghani, directeur du stockage de l’énergie chez Greentech Media, pense que d’autres idées de stockage méritent d’être explorées. L’air comprimé est une technologie intéressante, dit-il. “Cela peut être une forme de stockage en vrac.” Alacaes, en Suisse, est l’une des entreprises qui a étudié l’air froid comprimé. Elle a percé un trou dans le flanc d’une montagne pour stocker de l’air qui peut être utilisé pour alimenter une turbine. L’inconvénient est qu’il doit s’appuyer sur des formations géologiques spécifiques … Il a besoin de cavernes souterraines qui en soi sont une limite.

D’autres technologies telles que le stockage de l’air froid devront prouver au marché qu’elles sont “tout aussi fiables” que les technologies plus établies, dit-il. Mais Highview Power Storage, fondée au Royaume-Uni en 2005, est convaincue par le potentiel de l’air froid et développe une technologie différente qui, selon elle, est une première mondiale et peut être localisée “à peu près n’importe où”. En utilisant la réfrigération, l’entreprise refroidit l’air jusqu’à ce qu’il soit liquide à moins 196 degrés Celsius. La liquéfaction est une technologie éprouvée, mais Highview l’a fait passer à un niveau supérieur. À l’usine de stockage d’énergie de Pilsworth à Bury, près de Manchester, l’entreprise a construit une usine de démonstration qui utilise la chaleur générée par la combustion des gaz résiduaires pour réamorcer l’azote liquide (l’un des principaux gaz dans l’air ambiant). Il est ensuite poussé à travers une turbine de détente qui entraîne un générateur et remet l’électricité sur le réseau. L’usine devrait être connectée au réseau britannique dans les deux prochains mois.

Stuart Nelmes, directeur de l’ingénierie du cabinet, affirme que le marché du stockage est “encore en phase de développement”.

Stockage d’énergie, la puissance de l’air froid. “Globalement, le monde se rend compte que la véritable échelle de la grille, le stockage de longue durée est une exigence si nous voulons aller vers un avenir “décarbonisé”, et cette technologie jouera un rôle clé dans cela.” L’air liquéfiant signifie que de grandes quantités d’énergie peuvent être stockées sur de longues périodes. Tous les experts ne sont pas convaincus par des technologies de stockage d’énergie relativement peu éprouvées.

Le professeur Sovacool pense que le stockage d’énergie liquide dans l’air (LAES) est prometteur, mais en général il est sceptique quant aux technologies qui sont “techniquement réalisables mais qui ont encore un long chemin à parcourir”. Quelle que soit la technologie retenue, les nouvelles méthodes ont réuni les entreprises du secteur de l’énergie, les constructeurs automobiles et les sociétés de données. Et parce qu’il n’y a pas de technologie unique, il est clair que les problèmes de stockage d’énergie seront résolus de différentes manières par des particuliers, des start-ups, des communautés et des villes en défiant les géants de l’énergie qui dominent le paysage.