L'énergie solaire transforme le paysage énergétique mondial, mais son succès engendre de nouvelles complexités. Alors que les panneaux solaires ont considérablement réduit la dépendance aux combustibles fossiles, l'abondance croissante de cette énergie propre pose des défis inattendus pour l'équilibre et la gestion des réseaux électriques, notamment en Californie et dans d'autres régions fortement saturées en solaire.
Points Clés
- L'abondance solaire peut entraîner une surproduction et des prix négatifs.
- Les modèles d'émissions actuels surestiment les réductions du solaire résidentiel.
- Les batteries à grande échelle réduisent la surproduction et stabilisent le réseau.
- Les avantages thermiques et d'infrastructure du solaire en toiture sont souvent ignorés.
Les paradoxes de l'abondance solaire
Le développement rapide de l'énergie solaire a été une révolution. Cependant, plus le réseau devient propre, plus il est difficile pour chaque nouveau mégawatt d'énergie propre de faire une différence significative en termes de réduction des émissions. Ce phénomène est particulièrement visible en Californie, où l'État a connu une augmentation de la réduction de la production solaire.
La production solaire diurne pousse souvent les prix de gros de l'électricité à zéro, voire en territoire négatif. Cette situation, où une profusion d'énergie solaire crée ses propres obstacles économiques et opérationnels, se manifeste dans les réseaux les plus saturés en énergie solaire à travers le monde. Mais la Californie commence à montrer un changement notable.
Le Cas Californien
- La Californie a vu une augmentation de la réduction de la production solaire.
- Les prix de l'électricité peuvent devenir négatifs en journée.
- Les batteries à grande échelle absorbent l'excédent d'électricité.
- La réduction de la production solaire diminue à mesure que le stockage se décharge.
L'impact des batteries de stockage
L'intégration de batteries de grande capacité change la donne. Ces systèmes absorbent l'excédent d'électricité solaire pendant la journée. Ils libèrent ensuite cette énergie lors des pics de demande en soirée. Cela a pour effet de relever les prix moyens du marché et de réduire la dépendance aux combustibles fossiles.
Les batteries déplacent ainsi les centrales à gaz de pointe, qui sont parmi les unités les plus polluantes du réseau californien. Ce progrès n'est pas linéaire, il est plutôt récursif. Chaque nouvelle solution modifie légèrement la nature du problème initial, créant de nouveaux défis et opportunités.
« Les réductions d'émissions du solaire résidentiel sont surestimées par des approches qui ne tiennent pas compte de manière adéquate des effets de substitution. »
Modélisation des émissions et effets de substitution
Une note de recherche récente de John E. T. Bistline et Asa Watten, de l'Electric Power Research Institute (EPRI), publiée dans Nature Climate Change, souligne une lacune importante. De nombreux modèles utilisent encore des facteurs d'émissions moyens qui ne reflètent plus la réalité temporelle des réseaux électriques modernes. Selon leur analyse, le potentiel d'atténuation modélisé du solaire résidentiel diminue de 41% en 2035 et jusqu'à 98% en 2050 dans une étude de cas américaine, une fois que les effets de temps et de substitution régionale sont inclus.
Cela ne remet pas en question l'importance du solaire. Cela affine plutôt la compréhension de son impact réel sur un réseau mature. Il s'agit de mieux comptabiliser les réductions d'émissions. La question de savoir qui reçoit le crédit pour les réductions d'émissions lorsque le solaire résidentiel s'ajoute à un réseau déjà saturé de projets à l'échelle des services publics devient cruciale.
Contexte de la Modélisation
Les outils de modélisation existants n'ont pas toujours suivi le rythme des changements rapides des réseaux électriques. Les chercheurs mettent en lumière quatre problèmes récurrents dans les cadres d'analyse courants, notant que les défis de chaque région sont distincts et en évolution constante.
- Hypothèses linéaires : Traiter chaque nouveau système de toiture comme s'il compensait les émissions au même rythme que le précédent.
- Facteurs d'émissions uniformes : Utiliser des moyennes mondiales au lieu de mix de production spécifiques à chaque région.
- Synchronisation statique : Ignorer le moment où l'énergie est produite (le solaire culmine à midi, tandis que les combustibles fossiles répondent généralement à la demande nocturne).
- Effets politiques : Dans les marchés avancés, ne pas tenir compte de la croissance du solaire à l'échelle des services publics, souvent stimulée par des politiques.
Variations géographiques et avantages cachés
Les effets de ces facteurs varient considérablement selon la géographie. Des régions comme la Californie et la Nouvelle-Angleterre sont confrontées à des "courbes de canard" prononcées en milieu de journée. Ces courbes limitent les réductions d'émissions supplémentaires. D'autres régions, moins avancées en matière de solaire, voient encore une production diurne compenser une part significative de la production fossile.
Au-delà des modèles, le solaire en toiture offre des avantages majeurs souvent non pris en compte. Les systèmes photovoltaïques sur les toits fournissent à la fois de l'ombre et une isolation. Cela limite le gain de chaleur diurne et ralentit la perte de chaleur nocturne. La climatisation représente environ 19% de toute la consommation d'électricité résidentielle au niveau national, et environ 25% à 30% dans les États chauds comme le Texas, l'Arizona et la Floride.
Impact sur la consommation d'énergie
Une étude de l'Université de Californie à San Diego suggère que le solaire en toiture réduit la demande de refroidissement d'environ 38%. Une couverture complète des toits pourrait théoriquement réduire la consommation totale d'électricité des ménages d'environ 7%. Ces économies se réalisent avant même qu'un seul kilowatt-heure ne soit consommé ou exporté vers le réseau.
Une autre étude, menée par Vibrant Clean Energy, estime que le solaire distribué et le stockage pourraient réduire les coûts d'infrastructure à l'échelle du système de plus d'un demi-billion de dollars (ajustés à l'inflation, d'après une analyse de 2020) d'ici 2050. La plupart de ces économies proviendraient de la réduction des investissements dans la transmission et la distribution, qui se répercutent sur les factures de services publics sous forme de frais de livraison ou de service.
Ignorer des avantages physiques comme l'ombrage et l'isolation au niveau des bâtiments, ainsi que les extensions de réseau évitées, risquerait de reproduire la même erreur que cette étude vise à corriger : compter ce qui est facile à modéliser plutôt que ce qui est réellement mis en œuvre. De nombreux bénéfices plus larges de la production distribuée, tels que la réduction des coûts de gros, l'amélioration de l'efficacité locale et une plus grande résilience communautaire, ne sont pas au-delà des capacités de modélisation. Ils sont simplement au-delà de ce que la plupart des modèles choisissent de mesurer.
