Energie renouvelable à 100%

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L’utilisation d’énergies 100% renouvelables pour l’électricité, le chauffage/refroidissement et les transports est motivée par le réchauffement climatique, la pollution et d’autres problèmes environnementaux, ainsi que par des préoccupations de sécurité économique et énergétique. Le transfert de la totalité de l’approvisionnement mondial en énergie primaire vers les sources d’énergie renouvelables nécessite une transition du système énergétique. Selon le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat, il existe peu de limites technologiques fondamentales à l’intégration d’un portefeuille de technologies d’énergie renouvelable pour répondre à la majeure partie de la demande énergétique mondiale totale. L’utilisation de l’énergie renouvelable a augmenté plus rapidement que prévu. Toutefois, à partir de 2019, il devra croître six fois plus vite pour limiter le réchauffement climatique à 2 °C (3,6 °F).

En 2014, les sources renouvelables telles que le vent, la géothermie, le solaire, la biomasse et les déchets brûlés ont fourni 19 % de l’énergie totale consommée dans le monde, dont environ la moitié provenait de l’utilisation traditionnelle de la biomasse. Le secteur le plus important[à clarifier] est celui de l’électricité avec une part de 22,8 % d’énergies renouvelables, dont la majeure partie provient de l’hydroélectricité avec une part de 16,6 %, suivie de l’éolien avec 3,1 %. A partir de 2018, selon la norme REN21, la transformation s’accélère dans le secteur de l’électricité, mais une action urgente s’impose dans les domaines du chauffage, du refroidissement et des transports. Il y a de nombreux endroits dans le monde où les réseaux sont exploités presque exclusivement à partir d’énergies renouvelables. Au niveau national, au moins 30 pays disposent déjà d’une source d’énergie renouvelable représentant plus de 20 % de l’approvisionnement énergétique.

Selon un examen des 181 articles sur les énergies renouvelables à 100 % publiés jusqu’en 2018, « [l]a grande majorité de toutes les publications souligne la faisabilité technique et la viabilité économique de systèmes 100 % ER  » Bien qu’il existe encore de nombreuses publications qui se concentrent uniquement sur l’électricité, il existe un nombre croissant d’articles qui couvrent différents secteurs de l’énergie et des systèmes énergétiques intégrés et couplés par secteur. Cette approche intersectorielle et holistique est considérée comme une caractéristique importante des systèmes d’énergie 100 % renouvelable et repose sur l’hypothèse « que les meilleures solutions ne peuvent être trouvées que si l’on se concentre sur les synergies entre les secteurs » du système énergétique comme l’électricité, la chaleur, les transports ou l’industrie.

Les professeurs S. Pacala et Robert H. Socolow de l’Université de Princeton ont mis au point une série de  » coins de stabilisation du climat  » qui peuvent nous permettre de maintenir notre qualité de vie tout en évitant les changements climatiques catastrophiques, et les  » sources d’énergie renouvelables « , dans leur ensemble, constituent le plus grand nombre de  » coins  »

Mark Z. Jacobson, professeur de génie civil et environnemental à l’Université Stanford et directeur du programme Atmosphère et énergie, affirme que la production de toute nouvelle énergie éolienne, solaire et hydroélectrique d’ici 2030 est faisable et que les arrangements existants en matière d’approvisionnement énergétique pourraient être remplacés d’ici 2050. Les obstacles à la mise en œuvre du plan pour les énergies renouvelables sont considérés comme étant « essentiellement sociaux et politiques, et non technologiques ou économiques ». M. Jacobson indique que les coûts énergétiques actuels d’un système éolien, solaire et hydraulique devraient être semblables aux coûts énergétiques actuels d’autres stratégies à rentabilité optimale. Le principal obstacle à ce scénario est le manque de volonté politique. Ses conclusions ont été contestées par d’autres chercheurs. Jacobson a publié une réponse qui contestait la pièce point par point et affirmait que les auteurs étaient motivés par l’allégeance aux technologies énergétiques que le document de 2015 excluait.

De même, aux États-Unis, le National Research Council, organisme indépendant, a noté qu' » il existe suffisamment de ressources renouvelables nationales pour permettre à l’électricité renouvelable de jouer un rôle important dans la production future d’électricité et ainsi aider à faire face aux problèmes liés aux changements climatiques, à la sécurité énergétique et à l’escalade des coûts énergétiques… L’énergie renouvelable est une option attrayante parce que les ressources renouvelables disponibles aux États-Unis, prises collectivement, peuvent fournir des quantités d’électricité beaucoup plus importantes que la demande intérieure totale actuelle ou prévue »

Les principaux obstacles à la mise en œuvre à grande échelle de stratégies à grande échelle en matière d’énergie renouvelable et d’énergie à faible émission de carbone sont d’ordre politique plutôt que technologique. Selon le rapport Post Carbon Pathways de 2013, qui passe en revue de nombreuses études internationales, les principaux obstacles sont : le déni du changement climatique, le lobby des combustibles fossiles, l’inaction politique, la consommation d’énergie non durable, les infrastructures énergétiques désuètes et les contraintes financières.

L’utilisation d’une énergie 100% renouvelable a été suggérée pour la première fois dans un document publié en 1975 par le physicien danois Bent Sørensen dans Science , qui a été suivi de plusieurs autres propositions. En 1976, l’analyste des politiques énergétiques Amory Lovins a inventé l’expression  » voie énergétique douce  » pour décrire un avenir alternatif où l’efficacité énergétique et les sources d’énergie renouvelables appropriées remplaceront progressivement un système énergétique centralisé basé sur les combustibles fossiles et nucléaires.

En 1998, la première analyse détaillée des scénarios à très forte proportion d’énergies renouvelables a été publiée. Ils ont été suivis par les premiers scénarios détaillés à 100 %. En 2006, une thèse de doctorat a été publiée par Czisch dans laquelle il a été démontré que, dans un scénario 100% renouvelable, l’offre d’énergie pourrait répondre à la demande à chaque heure de l’année en Europe et en Afrique du Nord. La même année, le professeur danois Henrik Lund, spécialiste de l’énergie, a publié un premier article dans lequel il traite de la combinaison optimale des énergies renouvelables, qui a été suivi de plusieurs autres articles sur la transition vers l’énergie 100% renouvelable au Danemark. Depuis lors, Lund a publié plusieurs articles sur l’énergie 100% renouvelable. Après 2009, les publications ont commencé à augmenter fortement, couvrant 100% des scénarios pour les pays d’Europe, d’Amérique, d’Australie et d’autres parties du monde.

Même au début du XXIe siècle, il était extraordinaire pour les scientifiques et les décideurs d’envisager le concept d’électricité 100 % renouvelable. Cependant, les progrès en matière d’énergies renouvelables ont été si rapides que les choses ont totalement changé depuis lors :

Le prix des modules solaires photovoltaïques a chuté d’environ 75 %. Les progrès scientifiques et technologiques actuels dans le laboratoire suggèrent qu’ils seront bientôt si bon marché que le principal coût de l’installation solaire sur les bâtiments résidentiels et commerciaux sera l’installation. L’énergie éolienne terrestre se répand sur tous les continents et est économiquement compétitive par rapport à l’énergie fossile et nucléaire dans plusieurs régions. L’énergie solaire thermique à concentration (CST) avec stockage thermique est passée de l’étape de démonstration de maturité à l’étape commerciale limitée et a encore le potentiel de réduire encore les coûts d’environ 50 pour cent.

L’utilisation de l’énergie renouvelable a augmenté beaucoup plus rapidement que ce que même les défenseurs de l’énergie avaient prévu. Les éoliennes produisent 39 % de l’électricité danoise, et le Danemark possède également de nombreux digesteurs de biogaz et des installations de valorisation énergétique des déchets. Ensemble, l’éolien et la biomasse fournissent 44 % de l’électricité consommée par les six millions d’habitants du pays. En 2010, les 10 millions d’habitants du Portugal ont produit plus de la moitié de leur électricité à partir de sources d’énergie renouvelables indigènes. Les 40 millions d’habitants de l’Espagne couvrent un tiers de leurs besoins en électricité grâce aux énergies renouvelables.

L’énergie renouvelable a toujours bénéficié d’un fort soutien de la part du public. En Amérique, par exemple, une enquête Gallup réalisée en 2013 a montré que deux Américains sur trois souhaitent que les États-Unis augmentent leur production d’énergie domestique en utilisant l’énergie solaire (76%), l’énergie éolienne (71%) et le gaz naturel (65%). Beaucoup moins nombreux sont ceux qui veulent plus de production pétrolière (46 %) et plus d’énergie nucléaire (37 %). Le moins favorisé est le charbon, avec environ un Américain sur trois qui le préfère.

REN21 affirme que les énergies renouvelables jouent déjà un rôle important et qu’il existe de nombreux objectifs politiques qui visent à accroître ce rôle :

Au niveau national, au moins 30 pays dans le monde ont déjà des sources d’énergie renouvelables contribuant pour plus de 20 % à l’approvisionnement énergétique. Les marchés nationaux des énergies renouvelables devraient continuer à croître fortement au cours de la prochaine décennie et au-delà, et quelque 120 pays se sont fixé divers objectifs politiques pour les parts à long terme des énergies renouvelables, dont un objectif contraignant de 20 % d’ici 2020 pour l’Union européenne. Certains pays ont des objectifs politiques à long terme beaucoup plus élevés, allant jusqu’à 100 % d’énergies renouvelables. En dehors de l’Europe, un groupe diversifié d’une vingtaine d’autres pays ou plus vise des parts d’énergies renouvelables comprises entre 10 % et 50 % à l’horizon 2020-2030.

L’énergie nucléaire comporte d’importants risques d’accident (p. ex. catastrophe nucléaire de Fukushima, catastrophe de Tchernobyl) et le problème non résolu de la gestion sûre à long terme des déchets hautement radioactifs, et le captage et le stockage du carbone ont plutôt limité les possibilités de stockage sûr. Ces contraintes ont également conduit à un intérêt pour les énergies 100% renouvelables. Au cours de la dernière décennie, un corpus de littérature académique bien établi a été rédigé, évaluant des scénarios d’énergie renouvelable à 100 % pour diverses zones géographiques. Au cours des dernières années, des analyses plus détaillées ont émergé de sources gouvernementales et industrielles. L’incitation à utiliser 100% d’énergie renouvelable est créée par le réchauffement climatique et les préoccupations écologiques et économiques, après le pic pétrolier.

Le premier pays à proposer une énergie 100% renouvelable a été l’Islande, en 1998. Des propositions ont été faites pour le Japon en 2003 et pour l’Australie en 2011. L’Albanie, l’Islande et le Paraguay produisent la quasi-totalité de leur électricité à partir de sources renouvelables (Albanie et Paraguay 100 % à partir de l’hydroélectricité, Islande 72 % à partir de l’hydraulique et 28 % à partir de la géothermie). La Norvège tire la quasi-totalité de son électricité de sources renouvelables (97 % de l’hydroélectricité). L’Islande a proposé d’utiliser l’hydrogène pour les transports et sa flotte de pêche. L’Australie a proposé un biocarburant pour les éléments du transport qui ne sont pas facilement convertibles en électricité. La feuille de route pour les États-Unis, l’engagement du Danemark et Vision 2050 pour l’Europe fixent un échéancier de 2050 pour la conversion à 100 % d’énergies renouvelables, qui sera réduite à 2040 en 2011. Zero Carbon Britain 2030 propose d’éliminer les émissions de carbone en Grande-Bretagne d’ici 2030 en passant aux énergies renouvelables. En 2015, Hawaii a promulgué une loi selon laquelle la norme relative au portefeuille d’énergies renouvelables sera de 100 pour cent d’ici 2045. On confond souvent cela avec l’énergie renouvelable. Si l’électricité produite sur le réseau est de 65 GWh à partir de combustibles fossiles et de 35 GWh à partir d’énergie renouvelable et que l’énergie solaire sur le toit hors réseau produit 80 GWh d’énergie renouvelable, l’énergie renouvelable totale est de 115 GWh et l’électricité totale sur le réseau est de 100 GWh. Dans ce cas, le RPS est de 115 pour cent.

Des villes comme Paris et Strasbourg, en France, ont prévu d’utiliser 100% d’énergies renouvelables d’ici 2050.

On estime que le monde dépensera 8 billions de dollars de plus au cours des 25 prochaines années pour prolonger l’utilisation des ressources non renouvelables, un coût qui serait éliminé si l’on passait à une énergie renouvelable à 100 %. Des recherches publiées dans Energy Policy suggèrent que la conversion du monde entier à 100 % d’énergies renouvelables d’ici 2050 est à la fois possible et abordable, mais nécessite un soutien politique. Il faudrait construire beaucoup plus d’éoliennes et de systèmes d’énergie solaire, mais il n’utiliserait pas la bioénergie. D’autres changements concernent l’utilisation de voitures électriques et le développement de réseaux de transport et de stockage améliorés. Dans le cadre de l’Accord de Paris, les pays mettent périodiquement à jour leurs objectifs en matière de changement climatique pour l’avenir. En 2018, aucun pays du G20 ne s’était engagé à atteindre un objectif de 100% d’énergies renouvelables.

Jusqu’en 2018, 181 articles ont été examinés par des pairs sur l’énergie 100 % renouvelable. La même année, le rapport spécial sur le réchauffement climatique de 1,5 °C mentionnait également les énergies renouvelables à 100 % comme un moyen potentiel d' » élargir la gamme des voies de 1,5 °C « , si les résultats peuvent être corroborés.

Électricité 100% propre

Les autres sources de production d’électricité sont considérées comme propres, mais pas nécessairement renouvelables, car elles n’émettent pas non plus de dioxyde de carbone ou d’autres gaz à effet de serre. Le plus important d’entre eux est l’énergie nucléaire qui ne produit pas d’émissions. Les projets de captage et de stockage du carbone peuvent encore utiliser du charbon ou du gaz naturel, mais capturer le dioxyde de carbone pour le stockage ou d’autres utilisations. Les voies d’élimination des gaz à effet de serre peuvent inclure ces gaz en plus de l’énergie renouvelable afin d’éviter la fermeture des centrales existantes et de permettre une certaine souplesse dans la conception d’un réseau électrique sans carbone.

En 2018, la Californie a adopté le SB 100, qui imposera un objectif de 100 % d’énergie propre et sans carbone d’ici 2045, dont 60 % d’énergie renouvelable d’ici 2030. La législation de 2019 à Washington exigera également une énergie propre à 100 % d’ici 2045, ce qui éliminera le charbon d’ici 2025.

Obstacles

Les obstacles les plus importants à la mise en œuvre à grande échelle de stratégies à grande échelle en matière d’énergie renouvelable et d’énergie à faible émission de carbone, au rythme requis pour prévenir les changements climatiques galopants, sont essentiellement politiques et non technologiques. Selon le rapport Post Carbon Pathways de 2013, qui passe en revue de nombreuses études internationales, les principaux obstacles sont les suivants :

James Hansen, climatologue à la NASA, discute du problème de l’élimination rapide des combustibles fossiles et a déclaré que, bien qu’il soit concevable dans des pays comme la Nouvelle-Zélande et la Norvège,  » suggérer que les énergies renouvelables nous permettront d’éliminer rapidement les combustibles fossiles aux États-Unis, en Chine, en Inde ou dans le monde entier est presque équivalent à croire en la Fée des lapins et des dents  » En 2013, Smil a analysé les propositions de Dépendre de l’électricité éolienne et solaire, y compris les propositions de Jacobson et de ses collègues, et dans un numéro de Spectrum préparé par l’Institute of Electrical and Electronics Engineers, il a identifié de nombreux points de préoccupation, comme le coût, l’alimentation électrique intermittente, la croissance du NIMBYisme et un manque d’infrastructure comme facteurs négatifs et a dit que « l’histoire et un examen des exigences techniques montrent que le problème est beaucoup plus grand que ces défenseurs ont supposés » Smil et Hansen s’inquiètent de la production variable d’énergie solaire et éolienne, mais le physicien américain Amory Lovins a déclaré que le réseau électrique peut faire face, tout comme il soutient régulièrement les centrales au charbon et les centrales nucléaires qui ne fonctionnent pas avec celles qui fonctionnent.

En 1999, l’universitaire américain Gregory Unruh a publié une thèse identifiant les obstacles systémiques à l’adoption et à la diffusion des technologies des énergies renouvelables. Ce cadre théorique, appelé Carbon Lock-in, a souligné la création de rétroactions auto-renforçantes qui découlent de la co-évolution de grands systèmes technologiques, comme les réseaux d’électricité et de transport, avec les institutions sociales et politiques qui soutiennent et bénéficient de la croissance du système. Une fois établis, ces complexes techno-institutionnels s’immobilisent et résistent aux efforts visant à les transformer en systèmes plus durables sur le plan environnemental et fondés sur des sources renouvelables.

Lester R. Brown, fondateur et président du Earth Policy Institute, un organisme de recherche sans but lucratif basé à Washington, D.C., affirme qu’une transition rapide vers une énergie 100 % renouvelable est à la fois possible et nécessaire. M. Brown compare l’entrée des États-Unis dans la Seconde Guerre mondiale et la mobilisation et la transformation rapides de l’industrie et de l’économie américaines qui ont suivi. Une transition rapide vers l’énergie 100% renouvelable et l’économie de notre civilisation est proposée par Brown pour suivre une approche avec la même urgence.

L’Agence internationale de l’énergie affirme que la question de la variabilité de la production d’électricité renouvelable a fait l’objet d’une trop grande attention. La question de l’approvisionnement intermittent s’applique aux technologies renouvelables populaires, principalement l’énergie éolienne et l’énergie solaire photovoltaïque, et son importance dépend d’une série de facteurs qui incluent la pénétration du marché des énergies renouvelables concernées, l’équilibre des installations et la connectivité élargie du système, ainsi que la flexibilité du côté de la demande. La variabilité constituera rarement un obstacle à un déploiement accru de l’énergie renouvelable lorsqu’il existe également une production distribuable comme l’hydroélectricité ou le stockage solaire thermique. Mais à des niveaux élevés de pénétration du marché, cela exige une analyse et une gestion minutieuses, et des coûts supplémentaires peuvent être nécessaires pour la sauvegarde ou la modification du système. La fourniture d’électricité renouvelable dans une fourchette de pénétration de 20 à 50 % et plus a déjà été mise en œuvre dans plusieurs systèmes européens, bien que dans le cadre d’un système de réseau européen intégré :

En 2011, le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC), l’un des plus éminents chercheurs sur le climat sélectionnés par les Nations Unies, a déclaré que  » à mesure que les infrastructures et les systèmes énergétiques se développent, en dépit de leur complexité, il y a peu, voire aucune, limite technologique fondamentale à intégrer un portefeuille de technologies des énergies renouvelables pour satisfaire une part majoritaire de la demande énergétique totale dans les endroits où des ressources renouvelables adéquates existent ou peuvent être fournies « . Les scénarios du GIEC  » indiquent généralement que la croissance des énergies renouvelables sera généralisée dans le monde entier « . Le GIEC a déclaré que si les gouvernements apportent leur soutien et que l’ensemble des technologies d’énergie renouvelable sont déployées, l’approvisionnement en énergie renouvelable pourrait représenter près de 80 % de la consommation mondiale d’énergie d’ici quarante ans. Rajendra Pachauri, président du GIEC, a déclaré que les investissements nécessaires dans les énergies renouvelables ne coûteraient qu’environ 1% du PIB mondial par an. Cette approche pourrait contenir des niveaux de gaz à effet de serre inférieurs à 450 parties par million, niveau de sécurité au-delà duquel les changements climatiques deviennent catastrophiques et irréversibles.

En novembre 2014, le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat a publié son cinquième rapport, indiquant qu’en l’absence d’une technologie (comme la bioénergie, le captage et le stockage du dioxyde de carbone, le nucléaire, l’éolien et le solaire), les coûts d’atténuation des changements climatiques peuvent augmenter considérablement selon la technologie qui fait défaut. Par exemple, il peut en coûter 40 % de plus pour réduire les émissions de carbone sans capter le dioxyde de carbone. (Tableau 3.2)

Google a dépensé 30 millions de dollars pour leur RE

Stockage d’énergie saisonnier

L’hydroélectricité est actuellement le seul stockage saisonnier d’énergie à grande échelle et à faible teneur en carbone. Dans les pays où la demande d’énergie varie fortement d’une saison à l’autre (par exemple, le Royaume-Uni utilise beaucoup plus de gaz pour le chauffage en hiver qu’il n’utilise d’électricité), mais l’absence d’interconnexions hydroélectriques avec les pays où l’énergie hydraulique est abondante (par exemple, le Royaume-Uni et la Norvège) sera probablement insuffisante et le développement d’une économie fondée sur l’hydrogène sera probablement nécessaire : ce projet est à l’essai au Royaume-Uni et 8 TWh de stockage intersaisonnier d’hydrogène ont été proposés.

En Australie, outre le stockage de l’énergie renouvelable sous forme d’hydrogène, il est également proposé de l’exporter sous forme d’ammoniac

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