VAINCRE LA COURBE EN CANARD in Solar Power Generation

Article d’un invité : Kyle Petitt

Énergies renouvelables

Les technologies de production d’énergies renouvelables ont toujours été en concurrence avec la production basée sur les énergies fossiles. Les énergies renouvelables assurent la production d’une énergie propre et sans émission de carbone. Toutefois, jusqu’à récemment, leur production et leur maintenance coûtaient plus cher que celles des énergies à base de pétrole [1].

Chaque méthode de production d’énergie renouvelable a ses propres défis. Le remplacement des infrastructures à combustibles fossiles existantes est coûteux. Pourtant, avec les avancées technologiques actuelles, la pression de la société et les subventions gouvernementales, le monde s’oriente vers un avenir plus vert.

Production photovoltaïque et besoins en énergie des consommateurs

La production d’énergie photovoltaïque, ou énergie solaire est l’une des sources d’énergie renouvelable les plus prometteuses. C’est aussi la source d’énergie la plus abondante sur la planète [2]. Cependant, comme d’autres sources d’énergie renouvelables, elle a ses limites.

Ses plus grandes limites sont la disponibilité et la constance. Du levé au couché, le soleil produit différentes quantités d’énergie en fonction de l’heure de la journée.

Dans de nombreuses régions, il y a de longues périodes sans production d’énergie photovoltaïque. Pendant la journée, la production maximale atteint son sommet à midi, comme l’indique la ligne grise de la figure 1. De plus, la demande d’énergie des consommateurs fluctue tout au long de la journée. Ces demandes en énergie suivent généralement des schémas cohérents basés sur la date et l’heure. Cela permet aux compagnies d’électricité de prévoir la quantité d’énergie qu’elles doivent produire pour suivre le rythme. Par exemple, l’utilisation est minimale au milieu de la nuit et maximale au coucher du soleil (comme le montre la ligne bleue de la figure 1).

Figure 1: Comparaison entre la consommation d’énergie et la production d’énergie solaire [4]

Qu’est-ce qu’une courbe en canard ?

L’intégration du photovoltaïque dans un réseau électrique réduit la quantité totale d’énergie supplémentaire qui doit être produite, mais complique les taux de production tout au long de la journée. La production d’énergie supplémentaire requise est indiquée par la ligne orange dans la figure 1. La figure qu’elle forme est appelée « courbe en canard ».

Pourquoi les courbes en canard sont-elles mauvaises ?

L’intégration du photovoltaïque complique les taux de production d’électricité tout au long de la journée. Au lieu de suivre un schéma prévisible et quotidien de production d’énergie, les compagnies d’électricité doivent maintenant tenir compte de la production photovoltaïque au jour le jour, y compris des effets météorologiques imprévisibles. Cela pose deux problèmes principaux, la première étant que certains réseaux électriques ne sont pas flexibles.

La consommation d’énergie des utilisateurs atteint son maximum au moment où la production photovoltaïque baisse. Cela entraîne une forte augmentation de la demande de production d’énergie supplémentaire. Certains réseaux dotés d’infrastructures plus anciennes ont du mal à augmenter la production d’énergie assez rapidement pour répondre à cette demande [5].

L’utilisation plus répandue des technologies photovoltaïques vient aggraver le problème. La production photovoltaïque totale augmente, ce qui entraîne une augmentation encore plus forte de la demande d’énergie supplémentaire au coucher du soleil, comme le montre la figure 2. Le deuxième grand problème de la courbe en canard est le risque de surproduction.

La plupart des centrales électriques doivent fonctionner en continu pour rester rentables. Cela signifie que ces centrales produisent une quantité minimale d’énergie. Si la somme de cette production minimale d’énergie et de la quantité d’énergie photovoltaïque produite est supérieure à la demande d’énergie des clients, alors le réseau est en surproduction.

Si cette énergie ne peut être acheminée ailleurs, le réseau risque d’être endommagé ou surchargé [3]. La surproduction peut être évitée en réorientant l’énergie vers les systèmes de stockage ou de gestion des déchets, ou en désactivant une partie des cellules photovoltaïques.

Figure 2: La courbe de canard prévue en Californie entre 2012-2020 [4]

Comment vaincre la courbe en canard ?

La courbe en canard est le plus grand obstacle qui empêche les progrès du photovoltaïque. Toutefois, il existe des stratégies permettant d’atténuer les causes et les effets de la courbe en canard.

La stratégie la plus prometteuse, et probablement la plus évidente, consiste à stocker tout excès d’énergie pour une utilisation ultérieure. Cette énergie peut être stockée sous de nombreuses formes. Grâce aux récents progrès dans les technologies debatteries, le prix des batteries lithium-ion a considérablement diminué [6]. , rendant le stockage à court terme dans des batteries bon marché et efficace. En stockant l’énergie dans des batteries, l’énergie est facilement disponible sous forme d’électricité et peut être distribuée selon les besoins.

L’énergie peut également être conservée dans des systèmes de stockage d’énergie thermique où elle peut être utilisée pour chauffer l’eau ou l’air à usage domestique ou industriel ; réduisant ainsi la quantité d’énergie nécessaire à l’obtention de la température de chauffage souhaitée.

La diminution des demandes énergétiques soudaines au coucher du soleil contribuerait également à atténuer les problèmes provoqués par la courbe en canard. Quand le soleil se couche, les gens allument les lumières. En passant par exemple à des ampoules LED, qui consomment moins d’énergie, la demande énergétique des consommateurs peut être réduite.

Une autre stratégie d’atténuation de la courbe de canard consiste à diversifier les méthodes de production d’énergie. L’intégration de plusieurs technologies de production d’énergie réduit les lacunes de toute méthode unique. Par exemple, l’intégration de 15 % de photovoltaïque et de 15 % d’énergie éolienne dans la stratégie de production d’énergie au lieu de 30 % de photovoltaïque permettrait de lisser les caractéristiques de la courbe en canard et de réduire le risque de surproduction.

Une stratégie théorique souvent proposée consiste à augmenter la taille et l’échelle des réseaux électriques individuels et à les combiner sur de grandes zones géographiques pour augmenter la période pendant laquelle l’énergie photovoltaïque peut être produite. De cette façon, l’énergie excédentaire peut être distribuée là où elle est nécessaire, au moment où elle est nécessaire. Un réseau électrique mondial théorique aurait toujours accès à la lumière du soleil et donc à l’énergie photovoltaïque.

La courbe en canard est l’obstacle le plus important dans la quête d’un système énergétique basé sur le photovoltaïque. Heureusement, à mesure que la technologie et les stratégies d’atténuation progressent, la courbe en canard devient plus gérable.