Comment le réseau électrique a survécu à un été très chaud

Les responsables de l’approvisionnement en électricité aux États-Unis ont commencé l’été avec inquiétude quant à la santé du réseau électrique, avertissant que la chaleur extrême pourrait déclencher des pannes de courant massives.

Au lieu de cela, le réseau a survécu pour l’essentiel intact pendant deux des mois les plus chauds jamais enregistrés.

La surprenante stabilité du réseau n’a pas d’explication simple – et elle n’offre aucune garantie que les services publics seront toujours en mesure de maintenir les lumières allumées et les climatiseurs en marche alors que le climat continue de se réchauffer.

Les nouvelles éoliennes, les panneaux solaires et les batteries ont joué un rôle majeur en soutenant le réseau pendant les jours les plus chauds, mais les centrales au gaz naturel et au charbon sont restées un pilier. Les opérateurs de réseau et les services publics affirment qu’ils sont mieux préparés que les années précédentes aux conditions météorologiques extrêmes. Et un peu de chance a joué un rôle, suggérant que les réponses aux futurs étés chauds ne seront pas nécessairement aussi efficaces.

« Nous constatons que le réseau fonctionne aux limites extérieures de sa capacité », a déclaré Mark Olson, responsable des évaluations de fiabilité à la North American Electric Reliability Corp., un organisme national de surveillance du réseau.

Cet été, a-t-il dit, représentait un « territoire inexploré » pour le réseau.

Il reste encore plusieurs semaines d’été au calendrier et des signes de tension sont apparus, notamment en Floride, en Géorgie et dans les Carolines, où plus de 120 000 clients sont restés sans électricité vendredi après le passage de l’ouragan Idalia cette semaine. C’est une baisse par rapport aux 500 000 clients au plus fort de la tempête.

L’ouragan mis à part, certaines parties du Midwest et du Sud-Est ont été étouffées par un dôme de chaleur à la fin du mois d’août. L’opérateur du réseau couvrant le Texas a demandé aux résidents d’économiser l’électricité pendant six des sept derniers jours du mois d’août, tandis que l’opérateur couvrant certaines parties de 15 États centraux a également signalé des conditions strictes. Le 24 août, l’organisation qui supervise le transport d’électricité dans une grande partie du Midwest a annoncé une situation d’urgence exigeant que davantage de générateurs interviennent pour répondre à la demande, mais n’a pas provoqué de pannes d’électricité répétées.

Avec les étés plus chauds prévus à l’avenir, des complications supplémentaires pourraient alourdir davantage l’approvisionnement en électricité, telles que des conditions climatiques qui entravent la production éolienne et solaire et une hausse de la demande d’énergie due à l’utilisation accrue de véhicules et d’appareils électriques.

Voici quatre questions répondues sur les performances du réseau américain cet été :

L’énergie verte a-t-elle sauvé la situation ?

Pas unilatéralement, mais cela a joué un rôle majeur.

Début août, les États-Unis disposaient d’environ 237 000 mégawatts de stockage en ligne à grande échelle d’énergie solaire, éolienne et de batteries, soit une hausse de 12 % par rapport à la même période de l’année dernière, selon l’American Clean Power Association. Sur ce total, 10 000 mégawatts ont été ajoutés au premier semestre 2023. Fin 2022, l’ensemble du réseau américain disposait de plus de 1,1 million de mégawatts de capacité.

Avec un tel volume, il n’est pas surprenant que les énergies renouvelables jouent un rôle plus important que jamais dans le maintien de l’éclairage. Mais les partisans disent que c’est aussi la performance des sources d’énergie verte qui compte.

« Il devient de plus en plus clair que les énergies renouvelables, ainsi que les technologies génériques telles que le stockage d’énergie, fournissent une source d’énergie plus résiliente face aux extrêmes météorologiques de plus en plus fréquents que nous observons avec le changement climatique », a déclaré Gregory Wetstone, PDG de l’American Council on Renewable. Energy, une organisation à but non lucratif représentant le secteur des énergies renouvelables.

Prenez le Texas, qui abrite désormais la capacité énergétique la plus faible en carbone du pays. L’Electric Reliability Council of Texas, qui gère 90 pour cent de la charge électrique de l’État, a déclaré avant l’été que le réseau pourrait sombrer dans le chaos en cas de pointe de demande s’il était confronté à des pannes totalisant 11 000 mégawatts provenant des centrales au charbon, au gaz et nucléaires.

L’État a contourné cette limite avec des pannes entre 8 000 et 10 000 mégawatts plus tôt cet été, puis l’a franchie avec plus de 11 000 mégawatts de pannes cette semaine. La demande a été encore plus élevée que prévu, avec au moins 10 jours de pics records. Mais l’éolien et le solaire ont globalement tenu bon, représentant certains jours jusqu’à un tiers des besoins du réseau.

Un mégawatt peut alimenter environ 200 foyers pendant les périodes de pointe de la demande sur le territoire d’ERCOT.

Il est crucial que l’éolien et le solaire au Texas – et ailleurs – travaillent en tandem, a déclaré John Hensley, vice-président de la recherche et de l’analyse de l’American Clean Power Association, qui représente les entreprises d’énergie renouvelable. L’énergie solaire s’est chargée sous le soleil brûlant et le vent s’est intensifié le soir, lorsque le soleil s’est couché et que la demande est toujours élevée. Une augmentation du stockage par batterie a également contribué à acheminer de l’énergie propre plus tard dans la soirée.

Selon Grid Status, un site Web qui suit les réseaux électriques, tous les réseaux électriques du pays ont établi cet été des records de production solaire. Une semaine fin août, alors qu’un opérateur de réseau régional appelé Southwest Power Pool établissait des records de charge maximale sans précédent pendant trois jours consécutifs au milieu d’une vague de chaleur, les énergies renouvelables contribuaient à hauteur de 10 à 20 % à la production aux heures de pointe, en grande partie grâce à l’énergie éolienne.

Plusieurs opérateurs de réseau – notamment ceux de Californie et un autre du centre des États-Unis – ont également établi ce printemps des records en termes de pourcentage d’énergies renouvelables pour répondre à la charge électrique.

Hensley a déclaré que le rôle important des énergies renouvelables cet été devrait aider à répondre au « scepticisme et à l’inquiétude » selon lesquels davantage d’énergie éolienne et solaire signifierait sacrifier la fiabilité.

« Nous prouvons que ce récit est faux », a déclaré Hensley.

Dans quelle mesure était-ce dû à la chance ?

C’est difficile à dire, même si les gestionnaires de réseaux ont bénéficié de conditions saisonnières sur lesquelles ils ne pourront peut-être pas compter à l’avenir.

Par exemple, un printemps relativement tempéré a permis aux opérateurs de réseau et aux propriétaires d’actifs d’effectuer l’entretien de routine des centrales électriques et des infrastructures de transport avant que la demande ne culmine pendant les mois chauds. Un hiver humide a entraîné une production hydroélectrique abondante dans le nord-ouest et le sud-ouest, permettant à la Californie d’avoir confiance en un approvisionnement électrique adéquat cet été.

Le vent a également été particulièrement fort dans certaines parties du pays, ce qui n’est pas toujours garanti pendant une vague de chaleur et pourrait devenir moins probable à mesure que la Terre se réchauffe.

Certaines études ont montré que le changement climatique pourrait causer plus de fois où le vent ne souffle pas. D’autres recherches ont indiqué que le changement climatique pourrait entraîner des rafales plus extrêmes susceptibles d’endommager les turbines, les lignes de transmission et les poteaux électriques.

Julie Lundquist, professeur de sciences atmosphériques et océaniques à l’Université du Colorado à Boulder, a déclaré dans un courrier électronique qu’il n’existe « aucun consensus clair » sur ce qu’il adviendra des ressources éoliennes dans le contexte du changement climatique. Cependant, a-t-elle ajouté, cela ne signifie pas que l’énergie éolienne va simplement perdre de sa valeur.

« Mon point de vue personnel est que la technologie de l’énergie éolienne va changer et évoluer, donc même si les vents ralentissent légèrement, la technologie s’améliorera de sorte que nous pourrons toujours compter sur l’énergie éolienne dans le cadre de notre portefeuille énergétique », a déclaré Lundquist dans un communiqué. e-mail.

À cette fin, Olson du NERC a déclaré que les opérateurs de réseau qui peuvent être agiles dans la planification et les mises à niveau technologiques seront mieux préparés à tirer parti des ruptures qui se présenteront. L’été, a-t-il dit, nous a rappelé que « vous créez votre propre chance et en récoltez les bénéfices ».

Les groupes d’énergie propre affirment que la nécessité de s’adapter devrait s’accompagner de nouveaux investissements pour soutenir le réseau. Un stockage accru de l’énergie peut contribuer à éviter une baisse de la production renouvelable. Les investissements dans le transport peuvent aider les régions à partager les ressources, rendant ainsi certaines parties du pays moins dépendantes des conditions météorologiques sans dépendre de centrales à combustibles fossiles.

« Il est difficile de prétendre qu’à ce stade, nous avons besoin d’un réseau du 21e siècle pour pouvoir résister à la réalité des conditions météorologiques du 21e siècle », a déclaré Wetstone.

Et les énergies fossiles ?

Il n’est pas rare que des centrales au gaz et au charbon fonctionnant à plein régime dans des températures extrêmes tombent en panne, et certaines se sont effondrées comme prévu alors que la chaleur s’éternisait cet été. Mais les combustibles fossiles représentent encore une part importante de l’énergie du pays.

Selon les données de l’Energy Information Administration des États-Unis, le gaz naturel reste la principale source de production d’électricité dans tout le pays et représente une part plus importante de l’électricité que l’été dernier. Une étude de la société de données Refinitiv a révélé que la part du gaz dans l’électricité de janvier à mi-août était de 42,4 %, contre 38,9 % pour la même période de 2022.

Le charbon et le nucléaire étaient les deux autres sources les plus productives, même s’ils ont parfois échangé leurs positions.

Cela signifie que les combustibles fossiles ont montré leur valeur pour équilibrer l’énergie éolienne et solaire lorsque les brises ne soufflent pas et que le soleil ne brille pas, a déclaré Scott Aaronson, vice-président de la sécurité et de la préparation de l’Edison Electric Institute, qui représente les services publics.

« Cela ressemble à un sujet de discussion lorsque quelqu’un dit « tout ce qui précède », mais nous bénéficions véritablement d’une stratégie « tout ce qui précède » », a déclaré Aaronson. « Chaque ressource a ses avantages et ses inconvénients… mais pris de manière globale, ils constituent un réseau beaucoup plus résilient. »

À mesure que le réseau évolue, certains experts et fournisseurs d’électricité ont déclaré qu’il était important de maintenir en ligne les centrales électriques à combustible fossile à démarrage rapide pour garantir leur fiabilité.

Un rapport de juin du NERC prévenait que le réseau ne pouvait pas gérer simultanément les arrêts accélérés des centrales au charbon et au gaz, car l’éolien et le solaire pourraient ne pas résister à des conditions météorologiques extrêmes.

La Texas Oil and Gas Association a repoussé l’idée selon laquelle les énergies renouvelables sauvaient cet État. Dans un communiqué d’août, Dean Foreman, l’économiste en chef du groupe, a écrit que les performances du secteur gazier soulignent pourquoi il « reste l’épine dorsale du réseau électrique d’ERCOT et est indispensable pour alimenter la vie moderne ».

Que peut-on faire d’autre pour éviter les pannes d’électricité ?

Alors que 2023 bat des records de chaleur, les services publics déclarent qu’ils prévoient d’autres étés comme celui-ci.

Plutôt qu’un jour ou deux pendant lesquels les clients activent leur climatisation et poussent le réseau à ses limites, les opérateurs planifient ces conditions sur de longues périodes. Ils s’appuient davantage sur des outils tels que les programmes de réponse à la demande, qui encouragent les clients à réduire leur consommation d’énergie pendant les heures de pointe.

Par exemple, Arizona Public Service Co., le plus grand service public de l’État, a battu son record de demande à sept reprises au cours d’une période cet été où les températures dépassaient 110 degrés, a déclaré Justin Joiner, vice-président de la gestion des ressources du service public.

« Ce que nous observons aujourd’hui est une tendance, pas une anomalie », a déclaré Joiner. Dans cette optique, le service public se prépare à des charges de pointe plus élevées et trouve des moyens d’obtenir de l’énergie supplémentaire en cas de pannes ou de pics inattendus de demande. Cela inclut l’augmentation du stockage sur batterie ainsi que la réponse à la demande.

Certains réseaux se tournent également vers les centrales électriques virtuelles, qui permettent aux clients de mettre en commun leurs petites batteries domestiques et leurs véhicules électriques pour fournir de l’électricité au réseau.

Un rapport de mai du Pacific Northwest National Laboratory a déclaré qu’avec l’accélération du changement climatique, « les moyennes historiques pourraient ne plus être suffisantes pour la planification des ressources » et a recommandé que les services publics envisagent « plusieurs scénarios… y compris ceux en dehors de l’analyse de scénarios traditionnelle basée sur l’histoire » pour élaborer des plans. .

Les opérateurs devront peut-être également penser de manière indépendante, dans la mesure où les vagues de chaleur qui s’étendent à l’ensemble des États peuvent réduire la capacité d’importer de l’énergie qui, traditionnellement, offrait une aide.

Alors que le changement climatique devrait rendre les vagues de chaleur plus fréquentes, plus longues et plus intenses, les opérateurs de réseau devront continuer à planifier davantage d’étés ressemblant à celui-ci, a déclaré Michael Craig, professeur adjoint en systèmes énergétiques à l’Université du Michigan qui étudie l’impact. du changement climatique sur les systèmes énergétiques.

« Tous ces opérateurs de réseau opèrent d’énormes changements en matière de décarbonation. Aujourd’hui, le changement climatique ajoute encore plus de complexité », a déclaré Craig. « Par exemple, vous devez réfléchir à la manière de tester les systèmes non seulement pour les températures maximales que nous avons connues historiquement, mais aussi pour ce que nous pourrions voir dans les cinq ou dix prochaines années. »