Énergie renouvelable - Renewable energy

Les ajouts de capacité d'énergie renouvelable en 2020 ont augmenté de plus de 45 % par rapport à 2019, y compris une augmentation de 90 % de la capacité éolienne mondiale (vert) et une expansion de 23 % des nouvelles installations solaires photovoltaïques (jaune).

Panne de la production d'électricité renouvelable (+ nucléaire) à partir de 2018.

  Hydro (45 %)
  Nucléaire (28%)
  Vent (13 %)
  Solaire (6%)
  Biocarburants (5%)
  Autre (3%)

L'énergie renouvelable est une énergie utile qui est collectée à partir de ressources renouvelables , qui se reconstituent naturellement à l'échelle humaine , y compris des sources neutres en carbone comme la lumière du soleil , le vent , la pluie , les marées , les vagues et la chaleur géothermique . Ce type de source d'énergie contraste avec les combustibles fossiles , qui sont utilisés beaucoup plus rapidement qu'ils ne se renouvellent. Bien que la plupart des énergies renouvelables soient des énergies durables , certaines ne le sont pas, par exemple une partie de la biomasse n'est pas durable.

Les énergies renouvelables fournissent souvent de l'énergie dans quatre domaines importants : la production d'électricité , le chauffage / refroidissement de l' air et de l' eau , les transports et les services énergétiques ruraux (hors réseau) .

D'après le rapport 2017 de REN21 , les énergies renouvelables ont contribué à 19,3 % à la consommation énergétique mondiale des humains et à 24,5 % à leur production d'électricité en 2015 et 2016, respectivement. Cette consommation d'énergie est divisée en 8,9% provenant de la biomasse traditionnelle, 4,2% sous forme d'énergie thermique (biomasse moderne, chaleur géothermique et solaire), 3,9% provenant de l'hydroélectricité et les 2,2% restants sont de l'électricité éolienne, solaire, géothermique et d'autres formes de biomasse. En 2017, les investissements mondiaux dans les énergies renouvelables se sont élevés à 279,8 milliards de dollars US, la Chine représentant 45 % des investissements mondiaux et les États-Unis et l'Europe environ 15 %. À l'échelle mondiale, il y avait environ 10,5 millions d'emplois associés aux industries des énergies renouvelables, l'énergie solaire photovoltaïque étant le plus grand employeur d'énergie renouvelable. Les systèmes d'énergie renouvelable deviennent rapidement plus efficaces et moins chers et leur part dans la consommation totale d'énergie augmente. En 2019, plus des deux tiers de la capacité électrique nouvellement installée dans le monde étaient renouvelables. La croissance de la consommation de charbon et de pétrole pourrait s'arrêter d'ici 2020 en raison de l'utilisation accrue des énergies renouvelables et du gaz naturel . À partir de 2020, dans la plupart des pays, le solaire photovoltaïque et l' éolien terrestre sont les formes les moins chères de construction de nouvelles centrales électriques.

Au niveau national, au moins 30 pays dans le monde disposent déjà d'énergies renouvelables représentant plus de 20 % de leur approvisionnement énergétique. Les marchés nationaux des énergies renouvelables devraient continuer de croître fortement au cours de la prochaine décennie et au-delà. Au moins deux pays, l'Islande et la Norvège, produisent déjà toute leur électricité à l'aide d'énergies renouvelables, et de nombreux autres pays se sont fixé pour objectif d'atteindre 100 % d'énergies renouvelables à l'avenir. Au moins 47 pays dans le monde ont déjà plus de 50 pour cent d'électricité provenant de ressources renouvelables. Les ressources énergétiques renouvelables existent sur de vastes zones géographiques, contrairement aux énergies fossiles, qui sont concentrées dans un nombre limité de pays. Le déploiement rapide des technologies d'énergie renouvelable et d'efficacité énergétique se traduit par une sécurité énergétique , une atténuation du changement climatique et des avantages économiques importants. Dans les sondages d'opinion internationaux , il existe un fort soutien pour la promotion des sources renouvelables telles que l'énergie solaire et l'énergie éolienne.

Alors que de nombreux projets d'énergie renouvelable sont à grande échelle, les technologies renouvelables sont également adaptées aux zones rurales et reculées et aux pays en développement , où l'énergie est souvent cruciale dans le développement humain . Comme la plupart des technologies d'énergie renouvelable fournissent de l'électricité, le déploiement de l'énergie renouvelable est souvent appliqué en conjonction avec une électrification supplémentaire , qui présente plusieurs avantages : l'électricité peut être convertie en chaleur, peut être convertie en énergie mécanique avec un rendement élevé et est propre au point de consommation. De plus, l'électrification avec des énergies renouvelables est plus efficace et conduit donc à des réductions significatives des besoins en énergie primaire.

En 2017, les investissements dans les énergies renouvelables se sont élevés à 279,8 milliards de dollars américains dans le monde, la Chine représentant 126,6 milliards de dollars américains, soit 45 % des investissements mondiaux. Selon la chercheuse Dr Cornelia Tremann, « la Chine est depuis devenue le plus grand investisseur, producteur et consommateur d'énergie renouvelable au monde, fabriquant des panneaux solaires, des éoliennes et des installations hydroélectriques à la pointe de la technologie » ainsi que le plus grand au monde producteur de voitures et de bus électriques.

Aperçu

Le charbon, le pétrole et le gaz naturel restent les principales sources d'énergie mondiales, même si les énergies renouvelables ont commencé à augmenter rapidement.
PlanetSolar , le plus grand bateau solaire au monde et le premier véhicule électrique solaire à faire le tour du monde (en 2012)

Les flux d'énergies renouvelables impliquent des phénomènes naturels tels que la lumière du soleil , le vent , les marées , la croissance des plantes et la chaleur géothermique , comme l' explique l' Agence internationale de l'énergie :

L'énergie renouvelable est dérivée de processus naturels qui se renouvellent constamment. Sous ses diverses formes, il provient directement du soleil ou de la chaleur générée au plus profond de la terre. La définition comprend l'électricité et la chaleur produites à partir de l'énergie solaire, éolienne, océanique, hydroélectrique , de la biomasse, des ressources géothermiques, ainsi que des biocarburants et de l'hydrogène dérivés de ressources renouvelables.

Les ressources énergétiques renouvelables et les opportunités importantes d' efficacité énergétique existent sur de vastes zones géographiques, contrairement à d'autres sources d'énergie, qui sont concentrées dans un nombre limité de pays. Le déploiement rapide des énergies renouvelables et de l'efficacité énergétique, ainsi que la diversification technologique des sources d'énergie, se traduiraient par une sécurité énergétique et des avantages économiques importants. Cela réduirait également la pollution environnementale telle que la pollution de l'air causée par la combustion de combustibles fossiles et améliorerait la santé publique, réduirait les mortalités prématurées dues à la pollution et permettrait d'économiser des coûts de santé associés qui s'élèvent à plusieurs centaines de milliards de dollars par an uniquement aux États-Unis. De multiples analyses des stratégies de décarbonisation des États-Unis ont révélé que les avantages quantifiés pour la santé peuvent compenser considérablement les coûts de mise en œuvre de ces stratégies. Les sources d'énergie renouvelables, qui tirent leur énergie du soleil, directement ou indirectement, telles que l'hydroélectricité et le vent, devraient être capables de fournir de l'énergie à l'humanité pendant près d'un milliard d'années supplémentaires, date à laquelle l'augmentation prévue de la chaleur du soleil devrait rendre la surface de la Terre trop chaude pour que l'eau liquide existe.

Les préoccupations liées au changement climatique et au réchauffement de la planète , associées à la baisse continue des coûts de certains équipements d'énergie renouvelable, tels que les éoliennes et les panneaux solaires, entraînent une utilisation accrue des énergies renouvelables. Les nouvelles dépenses, réglementations et politiques gouvernementales ont aidé l'industrie à surmonter la crise financière mondiale mieux que de nombreux autres secteurs. À partir de 2019, cependant, selon l' Agence internationale pour les énergies renouvelables, la part globale des énergies renouvelables dans le mix énergétique (y compris l'électricité, le chauffage et les transports) doit croître six fois plus vite, afin de maintenir la hausse des températures mondiales moyennes « bien en deçà » 2,0 °C (3,6 °F) au cours du siècle actuel, par rapport aux niveaux préindustriels.

Depuis 2011, les petits systèmes solaires photovoltaïques fournissent de l'électricité à quelques millions de foyers, et la micro-hydroélectricité configurée en mini-réseaux en dessert bien d'autres. Plus de 44 millions de foyers utilisent du biogaz fabriqué dans des digesteurs domestiques pour l' éclairage et/ou la cuisson , et plus de 166 millions de foyers comptent sur une nouvelle génération de foyers à biomasse plus efficaces. Le huitième secrétaire général des Nations Unies , Ban Ki-moon, a déclaré que les énergies renouvelables ont la capacité d'élever les pays les plus pauvres vers de nouveaux niveaux de prospérité. Au niveau national, au moins 30 pays dans le monde disposent déjà d'énergies renouvelables représentant plus de 20 % de 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 ont divers objectifs politiques pour les parts à long terme des énergies renouvelables, y compris un objectif de 20 % de toute l'électricité produite pour l'Union européenne d'ici 2020 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 de 20 autres pays ou plus vise des parts d'énergie renouvelable dans la période 2020-2030 qui vont de 10 % à 50 %.

Les énergies renouvelables remplacent souvent les combustibles conventionnels dans quatre domaines : la production d'électricité , l' eau chaude / le chauffage des locaux , les transports et les services énergétiques ruraux (hors réseau) :

  • La production d'énergie
D'ici 2040, les énergies renouvelables devraient égaler la production d'électricité au charbon et au gaz naturel. Plusieurs juridictions, dont le Danemark, l'Allemagne, l'État d'Australie-Méridionale et certains États américains ont atteint une forte intégration des énergies renouvelables variables. Par exemple, en 2015, l'énergie éolienne a satisfait 42 % de la demande d'électricité au Danemark, 23,2 % au Portugal et 15,5 % en Uruguay. Les interconnexions permettent aux pays d'équilibrer les systèmes électriques en permettant l'importation et l'exportation d'énergies renouvelables. Des systèmes hybrides innovants ont vu le jour entre les pays et les régions.
  • Chauffage
Le chauffe-eau solaire apporte une contribution importante à la chaleur renouvelable dans de nombreux pays, notamment en Chine, qui détient désormais 70 % du total mondial (180 GWth). La plupart de ces systèmes sont installés dans des immeubles d'habitation multifamiliaux et répondent à une partie des besoins en eau chaude d'environ 50 à 60 millions de foyers en Chine. Dans le monde entier, le total des systèmes de chauffe-eau solaires installés répond à une partie des besoins de chauffage de l'eau de plus de 70 millions de foyers. L'utilisation de la biomasse pour le chauffage continue également de croître. En Suède, l'utilisation nationale de l'énergie de la biomasse a dépassé celle du pétrole. La géothermie directe pour le chauffage connaît également une croissance rapide. Le plus récent ajout au chauffage provient des pompes à chaleur géothermiques qui fournissent à la fois le chauffage et le refroidissement, et aplatissent également la courbe de demande électrique et sont donc une priorité nationale croissante (voir aussi énergie thermique renouvelable ).
  • Transport
Un bus alimenté au biodiesel
Le bioéthanol est un alcool fabriqué par fermentation , principalement à partir d' hydrates de carbone produits dans les cultures sucrières ou amylacées telles que le maïs , la canne à sucre ou le sorgho doux . La biomasse cellulosique , dérivée de sources non alimentaires telles que les arbres et les herbes, est également développée comme matière première pour la production d'éthanol. L'éthanol peut être utilisé comme carburant pour les véhicules sous sa forme pure, mais il est généralement utilisé comme additif pour l' essence pour augmenter l'octane et améliorer les émissions des véhicules. Le bioéthanol est largement utilisé aux USA et au Brésil . Le biodiesel peut être utilisé comme carburant pour les véhicules sous sa forme pure, mais il est généralement utilisé comme additif diesel pour réduire les niveaux de particules, de monoxyde de carbone et d' hydrocarbures des véhicules diesel. Le biodiesel est produit à partir d'huiles ou de graisses par transestérification et est le biocarburant le plus répandu en Europe.
Un véhicule solaire est un véhicule électrique alimenté en totalité ou en grande partie par l'énergie solaire directe . Habituellement, les cellules photovoltaïques (PV) contenues dans les panneaux solaires convertissent directement l'énergie du soleil en énergie électrique . Le terme « véhicule solaire » implique généralement que l'énergie solaire est utilisée pour alimenter tout ou partie de la propulsion d'un véhicule . L'énergie solaire peut également être utilisée pour alimenter les communications ou les commandes ou d'autres fonctions auxiliaires. Les véhicules solaires ne sont actuellement pas vendus comme des dispositifs de transport pratiques au quotidien, mais sont principalement des véhicules de démonstration et des exercices d'ingénierie, souvent parrainés par des agences gouvernementales. Des exemples très médiatisés incluent PlanetSolar et Solar Impulse . Cependant, les véhicules à charge solaire indirecte sont répandus et les bateaux solaires sont disponibles dans le commerce.

Histoire

Avant le développement du charbon au milieu du 19e siècle, presque toute l'énergie utilisée était renouvelable. Presque sans aucun doute, la plus ancienne utilisation connue des énergies renouvelables, sous la forme de biomasse traditionnelle pour alimenter les incendies, remonte à plus d'un million d'années. L'utilisation de la biomasse pour le feu n'est devenue courante que plusieurs centaines de milliers d'années plus tard. La deuxième utilisation la plus ancienne de l'énergie renouvelable est probablement l'exploitation du vent pour faire avancer les navires sur l'eau. Cette pratique remonte à environ 7000 ans, aux navires dans le golfe Persique et sur le Nil. A partir des sources chaudes , l'énergie géothermique est utilisée pour la baignade depuis l' époque paléolithique et pour le chauffage des locaux depuis l'Antiquité romaine. Déplacement dans le temps de l' histoire, les principales sources d'énergie renouvelables traditionnelles étaient humains la main - d'œuvre , l' énergie animale , la puissance de l' eau , le vent, Écrasement grain moulins à vent , et du bois de chauffage , une biomasse traditionnelle.

Dans les années 1860 et 1870, on craignait déjà que la civilisation ne manque de combustibles fossiles et le besoin se faisait sentir d'une meilleure source. En 1873, Augustin Mouchot écrivait :

Le temps viendra où l'industrie de l'Europe cessera de trouver ces ressources naturelles qui lui sont si nécessaires. Les sources pétrolières et les mines de charbon ne sont pas inépuisables mais diminuent rapidement en de nombreux endroits. L'homme reviendra-t-il alors à la puissance de l'eau et du vent ? Ou émigrera-t-il là où la source de chaleur la plus puissante envoie ses rayons à tous ? L'histoire montrera ce qui viendra.

En 1885, Werner von Siemens , commentant la découverte de l' effet photovoltaïque à l'état solide, écrivait :

En conclusion, je dirai que si grande que soit l'importance scientifique de cette découverte, sa valeur pratique n'en sera pas moins évidente lorsque l'on songe que l'approvisionnement en énergie solaire est à la fois illimité et gratuit, et qu'elle continuera à se déverser. sur nous pendant d'innombrables siècles après que tous les gisements de charbon de la terre aient été épuisés et oubliés.

Max Weber a mentionné la fin des combustibles fossiles dans les derniers paragraphes de son Die protestantische Ethik und der Geist des Kapitalismus (L'éthique protestante et l'esprit du capitalisme), publié en 1905. Le développement des moteurs solaires s'est poursuivi jusqu'au déclenchement de la Première Guerre mondiale. L'importance de l'énergie solaire a été reconnue dans un article du Scientific American de 1911 : « dans un avenir lointain, les combustibles naturels ayant été épuisés [l'énergie solaire] resteront le seul moyen d'existence de la race humaine ».

La théorie du pic pétrolier a été publiée en 1956. Dans les années 1970, les écologistes ont promu le développement des énergies renouvelables à la fois pour remplacer l' épuisement éventuel du pétrole , ainsi que pour échapper à la dépendance au pétrole, et aux premières éoliennes génératrices d' électricité. apparu. Le solaire a longtemps été utilisé pour le chauffage et le refroidissement, mais les panneaux solaires étaient trop coûteux pour construire des fermes solaires jusqu'en 1980.

Technologies grand public

Hydroélectricité

Capacité mondiale de production d'électricité 1 211 GW (2020)
Taux de croissance annuel de la capacité mondiale de production d'électricité 2,7% (2011-2020)
Part de la production mondiale d'électricité 16% (2018)
Coût nivelé par mégawattheure 65,581 USD (2019)
Technologie primaire Endiguer
Autres applications énergétiques Stockage pompé , puissance mécanique

Étant donné que l'eau est environ 800 fois plus dense que l'air , même un courant d'eau à faible débit ou une houle de mer modérée peut produire des quantités considérables d'énergie. Il existe de nombreuses formes d’énergie de l’eau :

  • Historiquement, l'énergie hydroélectrique provenait de la construction de grands barrages et réservoirs hydroélectriques, qui sont toujours populaires dans les pays en développement . Les plus grands d'entre eux sont le barrage des Trois Gorges (2003) en Chine et le barrage d'Itaipu (1984) construit par le Brésil et le Paraguay.
  • Les petits systèmes hydroélectriques sont des installations hydroélectriques qui produisent généralement jusqu'à 50 MW d'électricité. Ils sont souvent utilisés sur les petites rivières ou comme développement à faible impact sur les grandes rivières. La Chine est le plus grand producteur d'hydroélectricité au monde et compte plus de 45 000 petites installations hydroélectriques.
  • Les centrales hydroélectriques au fil de l'eau tirent leur énergie des rivières sans la création d'un grand réservoir . L'eau est généralement transportée le long de la vallée de la rivière (à l'aide de canaux, de tuyaux et/ou de tunnels) jusqu'à ce qu'elle soit bien au-dessus du fond de la vallée, après quoi elle peut tomber à travers une conduite forcée pour entraîner une turbine. Ce style de production peut encore produire une grande quantité d'électricité, comme le barrage Chief Joseph sur le fleuve Columbia aux États-Unis. De nombreuses centrales hydroélectriques au fil de l'eau sont des microcentrales hydroélectriques ou des centrales hydroélectriques pico .

L'hydroélectricité est produite dans 150 pays, la région Asie-Pacifique générant 32 % de l'hydroélectricité mondiale en 2010. Pour les pays ayant le plus grand pourcentage d'électricité d'origine renouvelable, les 50 premiers sont principalement hydroélectriques. La Chine est le plus grand producteur d'hydroélectricité, avec 721 térawattheures de production en 2010, représentant environ 17 % de la consommation d'électricité nationale. Il existe désormais trois centrales hydroélectriques de plus de 10 GW : le barrage des Trois Gorges en Chine, le barrage d'Itaipu à la frontière Brésil/Paraguay et le barrage de Guri au Venezuela.

L'énergie houlomotrice , qui capte l'énergie des vagues de surface de l'océan, et l' énergie marémotrice , qui convertit l'énergie des marées, sont deux formes d'hydroélectricité avec un potentiel futur ; cependant, ils ne sont pas encore largement utilisés commercialement. Un projet de démonstration exploité par l' Ocean Renewable Power Company sur la côte du Maine , et connecté au réseau, exploite l'énergie marémotrice de la baie de Fundy , lieu du plus fort courant de marée au monde. La conversion de l'énergie thermique des océans , qui utilise la différence de température entre les eaux de surface plus froides et plus chaudes, n'a actuellement aucune faisabilité économique.

Énergie éolienne

Production d'énergie éolienne par région au fil du temps.
Carte mondiale du potentiel de densité d'énergie éolienne.
Capacité mondiale de production d'électricité 733 GW (2020)
Taux de croissance annuel de la capacité mondiale de production d'électricité 14% (2011-2020)
Part de la production mondiale d'électricité 5% (2018)
Coût nivelé par mégawattheure Éolien terrestre : 30,165 USD (2019)
Technologie primaire Éolienne
Autres applications énergétiques Moulin à vent , pompe à vent

Le flux d'air peut être utilisé pour faire fonctionner des éoliennes . Les éoliennes modernes à grande échelle vont d'environ 600 kW à 9 MW de puissance nominale. La puissance disponible du vent est fonction du cube de la vitesse du vent, de sorte que lorsque la vitesse du vent augmente, la puissance de sortie augmente jusqu'à la puissance maximale de la turbine en question. Les zones où les vents sont plus forts et plus constants, tels que les sites offshore et à haute altitude , sont des emplacements privilégiés pour les parcs éoliens. En règle générale, les heures de pleine charge des éoliennes varient entre 16 et 57 % par an, mais peuvent être plus élevées dans les sites offshore particulièrement favorables.

L'électricité d'origine éolienne a répondu à près de 4 % de la demande mondiale d'électricité en 2015, avec près de 63 GW de nouvelle capacité éolienne installée. L'énergie éolienne était la principale source de nouvelles capacités en Europe, aux États-Unis et au Canada, et la deuxième en Chine. Au Danemark, l'énergie éolienne a satisfait plus de 40 % de sa demande d'électricité tandis que l'Irlande, le Portugal et l'Espagne en ont satisfait chacun près de 20 %.

À l'échelle mondiale, le potentiel technique à long terme de l'énergie éolienne est estimé à cinq fois la production totale d'énergie mondiale actuelle, ou 40 fois la demande actuelle d'électricité, en supposant que tous les obstacles pratiques nécessaires soient surmontés. Cela nécessiterait l'installation d'éoliennes sur de vastes zones, en particulier dans les zones de ressources éoliennes plus élevées, telles que l'offshore. Comme la vitesse du vent en mer est en moyenne supérieure d'environ 90 % à celle de la terre, les ressources offshore peuvent donc fournir beaucoup plus d'énergie que les turbines terrestres.

Énergie solaire

Image satellite du parc solaire de Bhadla en Inde , c'est le plus grand parc solaire du monde
Carte globale de l'irradiation horizontale .
Capacité mondiale de production d'électricité 714 GW (2020)
Taux de croissance annuel de la capacité mondiale de production d'électricité 29% (2011-2020)
Part de la production mondiale d'électricité 2% (2018)
Coût nivelé par mégawattheure Photovoltaïque à grande échelle : 38,343 USD (2019)
Technologies primaires Photovoltaïque , énergie solaire concentrée , capteur solaire thermique
Autres applications énergétiques Chauffage à l'eau; chauffage, ventilation et climatisation (CVC); cuisson; chaleur de processus; traitement de l'eau

L'énergie solaire , la lumière rayonnante et la chaleur du soleil, est exploitée à l'aide d'une gamme de technologies en constante évolution telles que le chauffage solaire , le photovoltaïque , l'énergie solaire concentrée (CSP), le photovoltaïque à concentrateur (CPV), l'architecture solaire et la photosynthèse artificielle . Les technologies solaires sont généralement caractérisées comme solaires passives ou solaires actives selon la façon dont elles captent, convertissent et distribuent l'énergie solaire. Les techniques solaires passives comprennent l'orientation d'un bâtiment vers le soleil, la sélection de matériaux avec une masse thermique favorable ou des propriétés de dispersion de la lumière, et la conception d'espaces qui font circuler naturellement l'air . Les technologies solaires actives englobent l'énergie solaire thermique , utilisant des capteurs solaires pour le chauffage, et l'énergie solaire, convertissant la lumière du soleil en électricité soit directement en utilisant le photovoltaïque (PV), soit indirectement en utilisant l'énergie solaire concentrée (CSP).

Un système photovoltaïque convertit la lumière en courant électrique continu (CC) en profitant de l' effet photoélectrique . L'énergie solaire photovoltaïque est devenue une industrie à croissance rapide de plusieurs milliards de dollars, continue d'améliorer sa rentabilité et possède le plus grand potentiel de toutes les technologies renouvelables avec le CSP. Les systèmes d'énergie solaire concentrée (CSP) utilisent des lentilles ou des miroirs et des systèmes de suivi pour concentrer une grande surface de lumière solaire en un petit faisceau. Les centrales solaires commerciales à concentration ont été développées pour la première fois dans les années 1980. CSP-Stirling a de loin le rendement le plus élevé parmi toutes les technologies d'énergie solaire.

En 2011, l' Agence internationale de l'énergie a déclaré que « le développement de technologies d'énergie solaire abordables, inépuisables et propres aura d'énormes avantages à long terme. améliorer la durabilité , réduire la pollution, réduire les coûts d'atténuation du changement climatique et maintenir les prix des combustibles fossiles plus bas qu'autrement. Ces avantages sont mondiaux. Par conséquent, les coûts supplémentaires des incitations à un déploiement précoce doivent être considérés comme des investissements d'apprentissage ; ils doivent être judicieusement dépensés et doivent être largement partagés". L'Australie a la plus grande proportion d'électricité solaire au monde ; en 2020, le solaire a fourni 9,9 % de la demande d'électricité.

Bioénergie

Plantation de canne à sucre pour produire de l' éthanol au Brésil
Une centrale de cogénération au bois pour alimenter 30 000 foyers en France
Capacité mondiale de production d'électricité 127 GW (2020)
Taux de croissance annuel de la capacité mondiale de production d'électricité 6,5% (2011-2020)
Part de la production mondiale d'électricité 2% (2018)
Coût nivelé par mégawattheure 118 908 USD (2019)
Technologies primaires Biomasse , biocarburant
Autres applications énergétiques Chauffage, cuisson, carburants de transport

La biomasse est une matière biologique dérivée d'organismes vivants ou récemment vivants. Il s'agit le plus souvent de végétaux ou de matières dérivées de végétaux que l'on appelle spécifiquement biomasse lignocellulosique . En tant que source d'énergie, la biomasse peut être utilisée soit directement via la combustion pour produire de la chaleur, soit indirectement après sa conversion en différentes formes de biocarburant . La conversion de la biomasse en biocarburant peut être réalisée par différentes méthodes qui sont généralement classées en : méthodes thermiques , chimiques et biochimiques . Le bois était la plus grande source d'énergie de la biomasse en 2012; les exemples incluent les résidus forestiers – tels que les arbres morts, les branches et les souches d'arbres –, les tontes de jardin, les copeaux de bois et même les déchets solides municipaux . Dans le second sens, la biomasse comprend les matières végétales ou animales qui peuvent être transformées en fibres ou autres produits chimiques industriels , dont les biocarburants. La biomasse industrielle peut être cultivée à partir de nombreux types de plantes, notamment le miscanthus , le panic raide , le chanvre , le maïs , le peuplier , le saule , le sorgho , la canne à sucre, le bambou et une variété d'espèces d'arbres, allant de l' eucalyptus au palmier à huile ( huile de palme ).

L'énergie végétale est produite par des cultures spécifiquement cultivées pour être utilisées comme combustible qui offrent une production élevée de biomasse par hectare avec une faible consommation d'énergie. Le grain peut être utilisé pour le transport de carburants liquides tandis que la paille peut être brûlée pour produire de la chaleur ou de l'électricité. La biomasse végétale peut également être dégradée de la cellulose au glucose par une série de traitements chimiques, et le sucre résultant peut ensuite être utilisé comme biocarburant de première génération.

La biomasse peut être convertie en d'autres formes d'énergie utilisables telles que le méthane ou les carburants de transport tels que l' éthanol et le biodiesel . Les ordures en décomposition et les déchets agricoles et humains libèrent tous du méthane, également appelé gaz de décharge ou biogaz . Les cultures, comme le maïs et la canne à sucre, peuvent être fermentées pour produire le carburant de transport, l'éthanol. Le biodiesel, un autre carburant de transport, peut être produit à partir de restes de produits alimentaires tels que les huiles végétales et les graisses animales. De plus, la biomasse en liquides (BTL) et l'éthanol cellulosique sont toujours à l'étude. Il existe de nombreuses recherches sur le carburant algal ou la biomasse dérivée d'algues en raison du fait qu'il s'agit d'une ressource non alimentaire et qu'elle peut être produite à des taux 5 à 10 fois supérieurs à ceux d'autres types d'agriculture terrestre, comme le maïs. et le soja. Une fois récolté, il peut être fermenté pour produire des biocarburants tels que l'éthanol, le butanol et le méthane, ainsi que du biodiesel et de l' hydrogène . La biomasse utilisée pour la production d'électricité varie selon les régions. Les sous-produits forestiers, tels que les résidus de bois, sont courants aux États-Unis. Les déchets agricoles sont courants à Maurice (résidus de canne à sucre) et en Asie du Sud-Est (cosses de riz). Les résidus d'élevage, tels que la litière de volaille, sont courants au Royaume-Uni.

Les biocarburants comprennent une large gamme de carburants dérivés de la biomasse. Le terme couvre les combustibles solides , liquides et gazeux . Les biocarburants liquides comprennent les bioalcools, tels que le bioéthanol, et les huiles, telles que le biodiesel. Les biocarburants gazeux comprennent le biogaz , le gaz de décharge et le gaz synthétique . Le bioéthanol est un alcool fabriqué en fermentant les composants du sucre des matières végétales et il est principalement fabriqué à partir de cultures de sucre et d'amidon. Il s'agit notamment du maïs, de la canne à sucre et, plus récemment, du sorgho doux . Cette dernière culture est particulièrement adaptée à la culture dans des conditions de terres arides et est étudiée par l'Institut international de recherche sur les cultures pour les régions tropicales semi-arides pour son potentiel à fournir du carburant, ainsi que des aliments pour animaux et des aliments, dans les régions arides d'Asie et d'Afrique.

Avec le développement d'une technologie de pointe, la biomasse cellulosique, comme les arbres et les herbes, est également utilisée comme matière première pour la production d'éthanol. L'éthanol peut être utilisé comme carburant pour les véhicules sous sa forme pure, mais il est généralement utilisé comme additif pour l'essence pour augmenter l'octane et améliorer les émissions des véhicules. Le bioéthanol est largement utilisé aux États-Unis et au Brésil . Les coûts énergétiques de la production de bioéthanol sont presque égaux aux rendements énergétiques du bioéthanol. Cependant, selon l' Agence européenne pour l'environnement , les biocarburants ne répondent pas aux préoccupations liées au réchauffement climatique. Le biodiesel est fabriqué à partir d'huiles végétales , de graisses animales ou de graisses recyclées. Il peut être utilisé comme carburant pour les véhicules sous sa forme pure, ou plus communément comme additif diesel pour réduire les niveaux de particules, de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures des véhicules diesel. Le biodiesel est produit à partir d'huiles ou de graisses par transestérification et est le biocarburant le plus répandu en Europe. Les biocarburants ont fourni 2,7 % du carburant de transport mondial en 2010.

La biomasse, le biogaz et les biocarburants sont brûlés pour produire de la chaleur/de l'électricité et, ce faisant, nuisent à l'environnement. Des polluants tels que les oxydes de soufre (SO x ), les oxydes nitreux (NO x ) et les particules (PM) sont produits par la combustion de la biomasse. L'Organisation mondiale de la santé estime que 3,7 millions de personnes sont mortes prématurément de la pollution de l'air extérieur en 2012, tandis que la pollution intérieure due à la combustion de la biomasse affecte plus de 3 milliards de personnes dans le monde.

L'énergie géothermique

La vapeur s'élevant de la centrale géothermique de Nesjavellir en Islande
Capacité mondiale de production d'électricité 14 GW (2020)
Taux de croissance annuel de la capacité mondiale de production d'électricité 3,7% (2011-2020)
Part de la production mondiale d'électricité <1% (2018)
Coût nivelé par mégawattheure 58,257 USD (2019)
Technologies primaires Centrales à vapeur sèche, à vapeur éclair et à cycle binaire
Autres applications énergétiques Chauffage

L'énergie géothermique à haute température provient de l' énergie thermique générée et stockée dans la Terre. L'énergie thermique est l'énergie qui détermine la température de la matière. L'énergie géothermique de la Terre provient de la formation initiale de la planète et de la désintégration radioactive des minéraux (dans des proportions actuellement incertaines mais peut-être à peu près égales). Le gradient géothermique , qui est la différence de température entre le noyau de la planète et sa surface, entraîne une conduction continue d'énergie thermique sous forme de chaleur du noyau vers la surface. L'adjectif géothermique vient des racines grecques geo , qui signifie terre, et thermos , qui signifie chaleur.

La chaleur qui est utilisée pour l'énergie géothermique peut provenir des profondeurs de la Terre, jusqu'au noyau de la Terre – 4 000 miles (6 400 km) vers le bas. Au cœur, les températures peuvent atteindre plus de 9 000 °F (5 000 °C). La chaleur est conduite du noyau vers la roche environnante. Des températures et des pressions extrêmement élevées provoquent la fonte de certaines roches, communément appelées magma. Le magma se convection vers le haut car il est plus léger que la roche solide. Ce magma chauffe ensuite la roche et l'eau dans la croûte, parfois jusqu'à 700 °F (371 °C).

La géothermie à basse température fait référence à l'utilisation de la croûte extérieure de la Terre comme batterie thermique pour faciliter l' énergie thermique renouvelable pour le chauffage et le refroidissement des bâtiments, et d'autres utilisations de réfrigération et industrielles. Dans cette forme de géothermie, d' une pompe à chaleur géothermique et l' échangeur de chaleur couplé au sol, sont utilisés ensemble pour déplacer l' énergie de chaleur dans la terre (pour le refroidissement) et hors de la terre (pour le chauffage) sur une base saisonnière variable. La géothermie à basse température (généralement appelée « GHP ») est une technologie renouvelable de plus en plus importante car elle réduit à la fois les charges énergétiques annuelles totales associées au chauffage et à la climatisation, et elle aplatit également la courbe de demande électrique en éliminant les pics d'approvisionnement électrique extrêmes en été et en hiver. conditions. Ainsi, la géothermie/GHP à basse température devient une priorité nationale croissante avec un soutien et un objectif de crédits d'impôt multiples dans le cadre du mouvement en cours vers une énergie nette zéro.

Les technologies émergentes

D'autres technologies d'énergie renouvelable sont encore en cours de développement, et comprennent l' éthanol cellulosique , l'énergie géothermique de roche sèche chaude et l'énergie marine . Ces technologies ne sont pas encore largement démontrées ou ont une commercialisation limitée. Beaucoup sont à l'horizon et peuvent avoir un potentiel comparable à d'autres technologies d'énergie renouvelable, mais dépendent toujours d'une attention suffisante et d'un financement de recherche, développement et démonstration (RD&D).

De nombreuses organisations des secteurs universitaire, fédéral et commercial mènent des recherches avancées à grande échelle dans le domaine des énergies renouvelables. Cette recherche couvre plusieurs domaines d'intérêt dans le spectre des énergies renouvelables. La plupart des recherches visent à améliorer l'efficacité et à augmenter les rendements énergétiques globaux. De nombreux organismes de recherche financés par le gouvernement fédéral se sont concentrés sur les énergies renouvelables ces dernières années. Deux des plus importants de ces laboratoires sont Sandia National Laboratories et le National Renewable Energy Laboratory (NREL), tous deux financés par le département américain de l'Énergie et soutenus par divers partenaires commerciaux. Sandia a un budget total de 2,4 milliards de dollars tandis que NREL a un budget de 375 millions de dollars.

Système géothermique amélioré

Les systèmes géothermiques améliorés (SGE) sont un nouveau type de technologie d'énergie géothermique qui ne nécessite pas de ressources hydrothermales convectives naturelles. La grande majorité de l'énergie géothermique à portée de forage se trouve dans la roche sèche et non poreuse. Les technologies EGS « valorisent » et/ou créent des ressources géothermiques dans cette « roche sèche chaude (HDR) » grâce à la fracturation hydraulique . Les technologies EGS et HDR, telles que la géothermie hydrothermale, devraient être des ressources de base qui produisent de l'électricité 24 heures sur 24 comme une centrale fossile. Distincts de l'hydrothermie, le HDR et l'EGS peuvent être réalisables n'importe où dans le monde, en fonction des limites économiques de la profondeur de forage. Les bons emplacements sont sur du granit profond recouvert d'une épaisse couche (3 à 5 km) de sédiments isolants qui ralentissent la perte de chaleur. Des systèmes HDR et EGS sont actuellement développés et testés en France, en Australie, au Japon, en Allemagne, aux États-Unis et en Suisse. Le plus grand projet EGS au monde est une centrale de démonstration de 25 mégawatts actuellement en cours de développement dans le bassin de Cooper, en Australie. Le bassin Cooper a le potentiel de générer 5 000 à 10 000 MW.

Éthanol cellulosique

Plusieurs raffineries capables de traiter la biomasse et de la transformer en éthanol sont construites par des sociétés telles que Iogen , POET et Abengoa , tandis que d'autres sociétés telles que Verenium Corporation , Novozymes et Dyadic International produisent des enzymes qui pourraient permettre une commercialisation future . Le passage des matières premières des cultures vivrières aux résidus de déchets et aux graminées indigènes offre des opportunités importantes pour un éventail d'acteurs, des agriculteurs aux entreprises de biotechnologie, et des développeurs de projets aux investisseurs.

Énergie marine

L'énergie marine (également parfois appelée énergie océanique) fait référence à l'énergie transportée par les vagues océaniques , les marées , la salinité et les différences de température océanique . Le mouvement de l'eau dans les océans du monde crée une vaste réserve d' énergie cinétique , ou énergie en mouvement. Cette énergie peut être exploitée pour produire de l'électricité pour alimenter les maisons, les transports et les industries. Le terme énergie marine englobe à la fois la puissance des vagues  – la puissance des vagues de surface et la puissance des marées  – obtenue à partir de l'énergie cinétique de grandes masses d'eau en mouvement. L'électrodialyse inverse (RED) est une technologie permettant de produire de l'électricité en mélangeant de l'eau douce de rivière et de l'eau de mer salée dans de grandes cellules électriques conçues à cet effet ; à partir de 2016, il est testé à petite échelle (50 kW). L'énergie éolienne en mer n'est pas une forme d'énergie marine, car l'énergie éolienne est dérivée du vent , même si les éoliennes sont placées au-dessus de l'eau. Les océans ont une énorme quantité d'énergie et sont proches de nombreuses populations, sinon les plus concentrées. L'énergie océanique a le potentiel de fournir une quantité substantielle de nouvelles énergies renouvelables dans le monde.

# Gare Pays Emplacement Capacité Réfs
1. Centrale marémotrice du lac Sihwa Corée du Sud 37°18′47″N 126°36′46″E / 37.31306°N 126.61278°E / 37.31306; 126.61278 ( Centrale marémotrice du lac Sihwa ) 254 MW
2. Centrale marémotrice de Rance La France 48°37′05″N 02°01′24″O / 48.61806°N 2.02333°O / 48.61806; -2.02333 ( Centrale Marémotrice de Rance ) 240 MW
3. Centrale d'Annapolis Royal Canada 44°45′07″N 65°30′40″O / 44.75194°N 65.51111°W / 44.75194; -65.51111 ( Centrale génératrice d'Annapolis Royal ) 20 MW

Développements de l'énergie solaire

Énergie solaire expérimentale

Les systèmes photovoltaïques concentrés (CPV) utilisent la lumière solaire concentrée sur des surfaces photovoltaïques dans le but de produire de l'électricité. Les dispositifs thermoélectriques ou « thermovoltaïques » convertissent une différence de température entre des matériaux différents en un courant électrique.

Panneaux solaires flottants

Les panneaux solaires flottants sont des systèmes photovoltaïques qui flottent à la surface des réservoirs d'eau potable, des lacs de carrière, des canaux d'irrigation ou des bassins d'assainissement et de résidus. Un petit nombre de ces systèmes existent en France , en Inde , au Japon , en Corée du Sud , au Royaume-Uni , à Singapour et aux États-Unis . On dit que les systèmes présentent des avantages par rapport au photovoltaïque terrestre. Le coût du terrain est plus élevé et il y a moins de règles et de règlements pour les structures construites sur des plans d'eau non utilisés pour les loisirs. Contrairement à la plupart des centrales solaires terrestres, les panneaux flottants peuvent être discrets car ils sont cachés à la vue du public. Ils atteignent des rendements plus élevés que les panneaux photovoltaïques sur terre, car l'eau refroidit les panneaux. Les panneaux ont un revêtement spécial pour empêcher la rouille ou la corrosion. En mai 2008, la cave Far Niente à Oakville, en Californie, a lancé le premier système floatovoltaïque au monde en installant 994 modules solaires photovoltaïques d'une capacité totale de 477 kW sur 130 pontons et en les faisant flotter sur l'étang d'irrigation de la cave. Des fermes photovoltaïques flottantes à grande échelle commencent à être construites. Kyocera développera la plus grande ferme du monde, une ferme de 13,4 MW sur le réservoir au-dessus du barrage de Yamakura dans la préfecture de Chiba en utilisant 50 000 panneaux solaires. Des fermes flottantes résistantes à l'eau salée sont également construites pour une utilisation océanique. Le plus grand projet floatovoltaïque annoncé à ce jour est une centrale électrique de 350 MW dans la région amazonienne du Brésil.

Pompe à chaleur solaire

Une pompe à chaleur est un appareil qui fournit de l'énergie thermique à partir d'une source de chaleur à une destination appelée « dissipateur thermique ». Les pompes à chaleur sont conçues pour déplacer l' énergie thermique dans le sens opposé à la direction du flux de chaleur spontané en absorbant la chaleur d'un espace froid et en la libérant vers un espace plus chaud. Une pompe à chaleur à assistance solaire représente l'intégration d'une pompe à chaleur et de panneaux solaires thermiques dans un seul système intégré. Typiquement, ces deux technologies sont utilisées séparément (ou seulement en les mettant en parallèle) pour produire de l'eau chaude . Dans ce système, le panneau solaire thermique remplit la fonction de source de chaleur basse température et la chaleur produite est utilisée pour alimenter l'évaporateur de la pompe à chaleur. L'objectif de ce système est d'obtenir un COP élevé , puis de produire de l'énergie de manière plus efficace et moins coûteuse.

Il est possible d'utiliser tout type de panneau solaire thermique (feuilles et tubes, roll-bond, caloduc, plaques thermiques) ou hybride ( mono / polycristallin , film mince ) en combinaison avec la pompe à chaleur. L'utilisation d'un panneau hybride est préférable car il permet de couvrir une partie de la demande électrique de la pompe à chaleur et réduit la consommation électrique et par conséquent les coûts variables du système.

Avion solaire

En 2016, Solar Impulse 2 a été le premier avion à énergie solaire à effectuer un tour du monde.

Un avion électrique est un avion qui fonctionne sur des moteurs électriques plutôt que sur des moteurs à combustion interne , l'électricité provenant de piles à combustible , de cellules solaires , de supercondensateurs , de faisceaux de puissance ou de batteries .

Actuellement, les avions électriques pilotés volants sont principalement des démonstrateurs expérimentaux, bien que de nombreux petits véhicules aériens sans pilote soient alimentés par des batteries. Des modèles réduits d'avions à propulsion électrique volent depuis les années 1970, avec un rapport en 1957. Les premiers vols à propulsion électrique avec transport d'hommes ont été effectués en 1973. Entre 2015 et 2016, un avion solaire piloté, Solar Impulse 2 , a effectué un tour du monde. de la terre.

Tour solaire ascendante

Une tour solaire ascendante est une centrale électrique à énergie renouvelable permettant de produire de l'électricité à partir de la chaleur solaire à basse température. Le soleil chauffe l'air sous une très large structure de collecteurs au toit semblable à une serre entourant la base centrale d'une très haute tour de cheminée . La convection qui en résulte provoque un courant d'air chaud ascendant dans la tour par effet de cheminée . Ce flux d'air entraîne des éoliennes placées dans le courant ascendant de la cheminée ou autour de la base de la cheminée pour produire de l' électricité . Les plans de versions à plus grande échelle des modèles de démonstration permettront une production d'électricité importante et pourraient permettre le développement d'autres applications, telles que l'extraction ou la distillation de l'eau, et l'agriculture ou l'horticulture. Une version plus avancée d'une technologie à thème similaire est le moteur Vortex qui vise à remplacer les grandes cheminées physiques par un vortex d'air créé par une structure plus courte et moins chère.

L'énergie solaire spatiale

Pour les systèmes photovoltaïques ou thermiques, une option consiste à les projeter dans l'espace, en particulier en orbite géosynchrone. Pour être compétitif avec les systèmes d'énergie solaire basés sur la Terre, la masse spécifique (kg/kW) multipliée par le coût de la masse du loft plus le coût des pièces doit être de 2400 $ ou moins. C'est-à-dire que pour un coût des pièces plus rectenna de 1 100 $/kW, le produit du $/kg et du kg/kW doit être de 1 300 $/kW ou moins. Ainsi pour 6,5 kg/kW, le coût de transport ne peut excéder 200 $/kg. Bien que cela nécessitera une réduction de 100 pour un, SpaceX vise une réduction de dix pour un, les moteurs de réaction peuvent permettre une réduction de 100 pour un.

Photosynthèse artificielle

La photosynthèse artificielle utilise des techniques telles que la nanotechnologie pour stocker l'énergie électromagnétique solaire dans des liaisons chimiques en divisant l'eau pour produire de l'hydrogène, puis en utilisant du dioxyde de carbone pour fabriquer du méthanol. Les chercheurs dans ce domaine s'efforcent de concevoir des imitateurs moléculaires de la photosynthèse qui utilisent une région plus large du spectre solaire, utilisent des systèmes catalytiques fabriqués à partir de matériaux abondants et peu coûteux qui sont robustes, faciles à réparer, non toxiques, stables dans diverses conditions environnementales et fonctionner plus efficacement, permettant à une plus grande proportion d'énergie photonique de se retrouver dans les composés de stockage, c'est-à-dire les glucides (plutôt que de construire et de maintenir des cellules vivantes). Cependant, des recherches de premier plan se heurtent à des obstacles, Sun Catalytix, une entreprise dérivée du MIT, a cessé de développer son prototype de pile à combustible en 2012, car elle offre peu d'économies par rapport aux autres moyens de produire de l'hydrogène à partir de la lumière du soleil.

Autres

Algues carburants

La production de carburants liquides à partir de variétés d'algues riches en pétrole est un sujet de recherche en cours. Diverses microalgues cultivées dans des systèmes ouverts ou fermés sont à l'essai, y compris certains systèmes qui peuvent être installés dans des friches industrielles et des terres désertiques.

Vapeur d'eau

La collecte des charges d'électricité statique des gouttelettes d'eau sur les surfaces métalliques est une technologie expérimentale qui serait particulièrement utile dans les pays à faible revenu avec une humidité relative de l'air supérieure à 60%.

Déchets de récolte

Les dispositifs AuREUS (Aurora Renewable Energy & UV Sequestration), qui sont basés sur les déchets de récolte, peuvent absorber la lumière ultraviolette du soleil et la transformer en énergie renouvelable.

Intégration dans le système énergétique

La production d'énergie renouvelable à partir de certaines sources telles que l'éolien et le solaire est plus variable et plus dispersée géographiquement que la technologie basée sur les combustibles fossiles et le nucléaire. Bien qu'il soit possible de l'intégrer dans le système énergétique plus large, cela entraîne des défis supplémentaires tels qu'une volatilité accrue de la production et une inertie réduite du système. Pour que le système énergétique reste stable, un ensemble de mesures peut être effectué. Ainsi, l'utilisation de convertisseurs de puissance électroniques permet d'ajuster les niveaux et la forme d'onde de l'énergie provenant de sources renouvelables. Par ailleurs, l'utilisation du dispositif de stockage d'énergie est indispensable au fonctionnement du système isolé, lorsqu'il a une source intermittente dans sa composition. Cela permet l'alimentation ininterrompue des charges tout en restant dans leurs limites opérationnelles. La mise en œuvre du stockage d'énergie, en utilisant une grande variété de technologies d'énergie renouvelable, et la mise en œuvre d'un réseau intelligent dans lequel l'énergie est automatiquement utilisée au moment où elle est produite peut réduire les risques et les coûts de la mise en œuvre des énergies renouvelables.

Stockage d'énergie électrique

Le stockage d'énergie électrique est un ensemble de méthodes utilisées pour stocker l'énergie électrique. L' énergie électrique est stockée pendant les périodes où la production ( en particulier à partir de sources intermittentes comme l' énergie éolienne , l' énergie marémotrice , l' énergie solaire ) dépasse la consommation, et est retourné à la grille lorsque la production tombe en dessous de la consommation. L'hydroélectricité à accumulation par pompage représente plus de 90 % de l'ensemble du stockage d'électricité du réseau. Les coûts des batteries lithium-ion chutent rapidement et sont de plus en plus déployés pour les services auxiliaires du réseau et pour le stockage domestique. De plus, l'énergie peut être stockée dans des piles à combustible à hydrogène .

Les coûts élevés et la durée de vie limitée font toujours des batteries un « faible substitut » aux sources d'énergie distribuables , et sont incapables de couvrir les écarts variables d'énergie renouvelable qui durent des jours, des semaines ou des mois. Dans les modèles de réseau avec une part élevée de VRE, le coût excessif du stockage a tendance à dominer les coûts de l'ensemble du réseau — par exemple, rien qu'en Californie , 80 % des VRE nécessiteraient 9,6 TWh de stockage, mais 100 % nécessiteraient 36,3 TWh. En 2018, l'État ne disposait que de 150 GWh de stockage, principalement dans le stockage pompé et une petite fraction dans les batteries. Selon une autre étude, répondre à 80 % de la demande américaine à partir de VRE nécessiterait un réseau intelligent couvrant l'ensemble du pays ou un stockage sur batterie capable d'alimenter l'ensemble du système pendant 12 heures, tous deux à un coût estimé à 2,5 billions de dollars.

Tendances du marché et de l'industrie

L'énergie renouvelable a été plus efficace pour créer des emplois que le charbon ou le pétrole aux États-Unis . En 2016, l'emploi dans le secteur a augmenté de 6 % aux États-Unis tandis que l'emploi dans le secteur pétrolier et gazier a diminué de 18 %. Dans le monde, les énergies renouvelables employaient environ 8,1 millions de personnes en 2016.

Croissance des énergies renouvelables

Investissement : Les entreprises, les gouvernements et les ménages ont engagé 501,3 milliards de dollars pour la décarbonation en 2020, y compris les énergies renouvelables (solaire, éolienne), les véhicules électriques et les infrastructures de recharge associées, le stockage d'énergie, les systèmes de chauffage économes en énergie, la capture et le stockage du carbone et l'hydrogène.
Investissements dans les énergies renouvelables par région
Les coûts antérieurs de production d'énergie renouvelable ont considérablement diminué, 62 % de la production totale d'énergie renouvelable ajoutée en 2020 ayant des coûts inférieurs à ceux de la nouvelle option de combustible fossile la moins chère.
Coût nivelé : avec la mise en œuvre de plus en plus répandue des sources d'énergie renouvelables, les coûts ont diminué, notamment pour l'énergie générée par les panneaux solaires.
Le coût actualisé de l'énergie (LCOE) est une mesure du coût actuel net moyen de la production d'électricité d'une centrale au cours de sa durée de vie.
En 2020, les énergies renouvelables ont dépassé pour la première fois les combustibles fossiles en tant que principale source d'électricité de l'Union européenne.
En comparant la consommation mondiale d'énergie, la croissance des énergies renouvelables est représentée par la ligne verte

Depuis la fin de 2004, la capacité mondiale d'énergie renouvelable a augmenté à des taux de 10 à 60 % par an pour de nombreuses technologies. En 2015, les investissements mondiaux dans les énergies renouvelables ont augmenté de 5 % pour atteindre 285,9 milliards de dollars, battant le précédent record de 278,5 milliards de dollars en 2011. 2015 a également été la première année où les énergies renouvelables, à l'exception de la grande hydraulique, représentent la majorité de toutes les nouvelles capacités électriques (134 GW, 54 % du total). Sur le total des énergies renouvelables, l'éolien représentait 72 GW et le solaire photovoltaïque 56 GW ; à la fois des chiffres record et en forte hausse par rapport aux chiffres de 2014 (49 GW et 45 GW respectivement). En termes financiers, le solaire représentait 56 % du total des nouveaux investissements et l'éolien 38 %.

En 2014, la capacité éolienne mondiale a augmenté de 16 % pour atteindre 369 553 MW. La production annuelle d'énergie éolienne augmente également rapidement et a atteint environ 4 % de la consommation mondiale d'électricité, 11,4 % dans l'UE, et elle est largement utilisée en Asie et aux États-Unis . En 2015, la capacité photovoltaïque installée dans le monde est passée à 227 gigawatts (GW), suffisante pour répondre à 1 % de la demande mondiale d' électricité . Des stations d' énergie solaire thermique fonctionnent aux États-Unis et en Espagne, et à partir de 2016, la plus grande d'entre elles est le système de production d'électricité solaire Ivanpah de 392 MW en Californie. La plus grande installation d' énergie géothermique au monde est The Geysers en Californie, avec une capacité nominale de 750 MW. Le Brésil possède l'un des plus grands programmes d'énergie renouvelable au monde, impliquant la production d' éthanol à partir de canne à sucre, et l'éthanol fournit désormais 18% du carburant automobile du pays. Le carburant à l'éthanol est également largement disponible aux États-Unis.

En 2017, les investissements dans les énergies renouvelables se sont élevés à 279,8 milliards de dollars américains dans le monde, la Chine représentant 126,6 milliards de dollars américains ou 45 % des investissements mondiaux, les États-Unis 40,5 milliards de dollars américains et l'Europe 40,9 milliards de dollars américains. Les résultats d'une récente revue de la littérature ont conclu que, alors que les émetteurs de gaz à effet de serre (GES) commencent à être tenus responsables des dommages résultant des émissions de GES résultant du changement climatique, une valeur élevée pour l'atténuation de la responsabilité constituerait de puissantes incitations pour le déploiement de technologies d'énergie renouvelable. .

Au cours de la décennie 2010-2019, les investissements mondiaux dans la capacité d'énergie renouvelable à l'exclusion des grandes centrales hydroélectriques se sont élevés à 2,7 billions de dollars américains, dont les principaux pays, la Chine a contribué 818 milliards de dollars, les États-Unis ont contribué 392,3 milliards de dollars, le Japon a contribué 210,9 milliards de dollars, l'Allemagne a contribué 183,4 milliards de dollars américains, et le Royaume-Uni a contribué 126,5 milliards de dollars américains. Il s'agissait d'une augmentation de plus de trois et peut-être quatre fois le montant équivalent investi au cours de la décennie 2000-2009 (aucune donnée n'est disponible pour 2000-2003).

Sélection d'indicateurs mondiaux d'énergies renouvelables 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
Investissement
Investissement dans de nouvelles capacités renouvelables
(annuel) (milliards USD)
182 178 237 279 256 232 270 285,9 241.6 279,8 289 302 304
Puissance
Capacité électrique renouvelable (existante) (GWe) 1 140 1 230 1 320 1 360 1 470 1 578 1712 1 849 2.017 2 195 2 378 2 588 2 839
Capacité hydroélectrique (existante) (GWe) 885 915 945 970 990 1 018 1 055 1 064 1 096 1 114 1 132 1 150 1 170
Capacité solaire photovoltaïque (connectée au réseau) (GWe) 16 23 40 70 100 138 177 227 303 402 505 627 760
Capacité éolienne (existante) (GWe) 121 159 198 238 283 319 370 433 487 539 591 651 743
Chaleur
Capacité eau chaude solaire (existante)
(2008-2018 GW th , 2019-2020 EJ)
130 160 185 232 255 373 406 435 456 472 480 GW th
(1,4 EJ)
1.4 1.5
Transport
Production d'éthanol (annuelle) (milliards de litres) 67 76 86 86 83 87 94 98,8 98,6 106 112 114 105
Production de biodiesel, ester méthylique d'acide gras
(annuel) (milliards de litres)
12 17.8 18,5 21,4 22,5 26 29,7 30.1 30,8 31 34 47 39
Politique
Pays ayant des objectifs en matière d'énergies renouvelables 79 89 98 118 138 144 164 173 176 179 169 172 165
Source : REN21

Projections futures

Projection du coût actualisé de l'éolien aux États-Unis (à gauche)

Les technologies des énergies renouvelables deviennent de moins en moins chères, grâce au changement technologique et grâce aux avantages de la production de masse et de la concurrence sur le marché. Un rapport de 2018 de l'Agence internationale pour les énergies renouvelables (IRENA) a révélé que le coût des énergies renouvelables diminue rapidement et sera probablement égal ou inférieur au coût des énergies non renouvelables telles que les combustibles fossiles d'ici 2020. Le rapport a révélé que les coûts de l'énergie solaire ont chuté de 73 % depuis 2010 et les coûts de l'éolien terrestre ont chuté de 23 % au cours de la même période.

Les projections actuelles concernant le coût futur des énergies renouvelables varient cependant. L'EIA a prédit que près des deux tiers des ajouts nets à la capacité électrique proviendront des énergies renouvelables d'ici 2020 en raison des avantages politiques combinés de la pollution locale, de la décarbonisation et de la diversification énergétique.

Selon un rapport de 2018 de Bloomberg New Energy Finance, l'énergie éolienne et solaire devrait générer environ 50 % des besoins énergétiques mondiaux d'ici 2050, tandis que les centrales électriques alimentées au charbon devraient tomber à seulement 11 %. L'hydroélectricité et la géothermie produites sur des sites favorables sont aujourd'hui le moyen le moins cher de produire de l'électricité. Les coûts des énergies renouvelables continuent de baisser, et le coût actualisé de l'électricité ( LCOE ) est en baisse pour l'éolien, le solaire photovoltaïque ( PV ), l'énergie solaire à concentration ( CSP ) et certaines technologies de la biomasse. Les énergies renouvelables sont également la solution la plus économique pour de nouvelles capacités connectées au réseau dans les zones disposant de bonnes ressources. À mesure que le coût de l'énergie renouvelable diminue, le champ d'applications économiquement viables augmente. Les technologies renouvelables sont aujourd'hui souvent la solution la plus économique pour de nouvelles capacités de production. Là où « la production d'électricité au fioul est la principale source de production d'électricité (par exemple sur les îles, hors réseau et dans certains pays), une solution renouvelable à moindre coût existe presque toujours aujourd'hui ». Une série d'études menées par le National Renewable Energy Laboratory des États-Unis a modélisé le « réseau de l'ouest des États-Unis selon un certain nombre de scénarios différents où les énergies renouvelables intermittentes représentaient 33 % de la puissance totale ». Dans les modèles, les inefficacités dans le cycle des centrales à combustibles fossiles pour compenser la variation de l'énergie solaire et éolienne ont entraîné un coût supplémentaire de « entre 0,47 $ et 1,28 $ pour chaque mégawattheure généré » ; cependant, les économies réalisées sur le coût des carburants économisés « s'élèvent à 7 milliards de dollars, ce qui signifie que les coûts supplémentaires représentent au plus 2 % des économies ».

Demande

En juillet 2014, le WWF et le World Resources Institute ont organisé une discussion entre un certain nombre de grandes entreprises américaines qui avaient déclaré leur intention d'augmenter leur utilisation des énergies renouvelables. Ces discussions ont identifié un certain nombre de « principes » que les entreprises cherchant à obtenir un meilleur accès aux énergies renouvelables considéraient comme des produits livrables importants sur le marché. Ces principes comprenaient le choix (entre les fournisseurs et entre les produits), la compétitivité des coûts, les approvisionnements à prix fixe à plus long terme, l'accès à des véhicules de financement tiers et la collaboration.

Les statistiques britanniques publiées en septembre 2020 ont noté que "la proportion de la demande satisfaite à partir d'énergies renouvelables varie d'un minimum de 3,4% (pour les transports, principalement à partir de biocarburants) à des maximums de plus de 20% pour les" autres utilisateurs finaux ", ce qui est largement le les secteurs des services et du commerce qui consomment des quantités relativement importantes d'électricité, et l'industrie ».

Dans certains endroits, les ménages individuels peuvent choisir d'acheter de l'énergie renouvelable par le biais d'un programme d'énergie verte destiné aux consommateurs .

Tendances pour les technologies individuelles

Hydroélectricité

En 2017, la capacité mondiale d'hydroélectricité renouvelable était de 1 154 GW. Seul un quart du potentiel hydroélectrique mondial estimé à 14 000 TWh/an a été développé, les potentiels régionaux de croissance de l'hydroélectricité dans le monde sont, 71% Europe, 75% Amérique du Nord, 79% Amérique du Sud, 95% Afrique, 95 % Moyen-Orient, 82 % Asie-Pacifique. Les nouveaux projets hydroélectriques se heurtent à l'opposition des communautés locales en raison de leur impact important, notamment la relocalisation des communautés et l'inondation des habitats fauniques et des terres agricoles. Les coûts et délais élevés du processus d'autorisation, y compris les évaluations environnementales et des risques, avec un manque d'acceptation environnementale et sociale sont donc les principaux défis pour les nouveaux développements. De plus, les limitations économiques du tiers monde et l'absence de réseau de transport dans les zones non développées permettent de développer 25 % du potentiel restant avant 2050, l'essentiel de celui-ci se trouvant dans la zone Asie-Pacifique. Il y a une croissance lente dans les comtés de l'Ouest, mais pas dans le style conventionnel des barrages et réservoirs du passé. Les nouveaux projets prennent la forme d' installations au fil de l'eau et de petites centrales hydroélectriques , n'utilisant ni l'un ni l'autre de grands réservoirs. Il est courant de réalimenter les anciens barrages, augmentant ainsi leur efficacité et leur capacité ainsi qu'une réactivité plus rapide sur le réseau. Lorsque les circonstances le permettent, les barrages existants tels que le barrage Russell construit en 1985 peuvent être mis à jour avec des installations de « refoulement » pour le stockage par pompage, ce qui est utile pour les charges de pointe ou pour soutenir l'énergie éolienne et solaire intermittente. Les pays avec de grands développements hydroélectriques tels que le Canada et la Norvège dépensent des milliards pour étendre leurs réseaux afin de commercer avec les pays voisins ayant des ressources hydroélectriques limitées.

Développement de l'énergie éolienne

Croissance mondiale de la capacité éolienne (1996-2018)
Quatre parcs éoliens offshore se trouvent dans la région de l' estuaire de la Tamise : Kentish Flats , Gunfleet Sands , Thanet et London Array . Ce dernier est le plus grand du monde en avril 2013.

L'énergie éolienne est largement utilisée en Europe , en Chine et aux États-Unis . De 2004 à 2017, la capacité installée mondiale d'énergie éolienne est passée de 47 GW à 514 GW, soit une multiplication par plus de dix en 13 ans Fin 2014, la Chine, les États-Unis et l' Allemagne réunis représentaient la moitié du total mondial. capacité. Plusieurs autres pays ont atteint des niveaux relativement élevés de pénétration de l'énergie éolienne, tels que 21 % de la production d'électricité stationnaire au Danemark , 18 % au Portugal , 16 % en Espagne et 14 % en Irlande en 2010 et ont depuis continué à augmenter leur capacité installée. . Plus de 80 pays dans le monde utilisent l'énergie éolienne à des fins commerciales.

Les éoliennes augmentent en puissance, certains modèles déployés commercialement générant plus de 8 MW par éolienne. Des modèles plus puissants sont en cours de développement, voir liste des éoliennes les plus puissantes .

En 2017, l'énergie éolienne offshore s'élevait à 18,7 GW de capacité installée mondiale, ne représentant que 3,6 % de la capacité éolienne totale.
Depuis 2013, l' Alta Wind Energy Center (Californie, 1,5 GW) est le plus grand parc éolien au monde. L' extension Walney (Londres, 0,7 GW) est le plus grand parc éolien offshore au monde. Le parc éolien de Gansu (Chine, 7,9 GW) est le plus grand projet de production d'énergie éolienne composé de 18 parcs éoliens.

Solaire thermique

Le système de production d'électricité solaire d'Ivanpah de 377 MW avec les trois tours sous charge, février 2014. Tiré de la I-15.

La capacité d'énergie solaire thermique est passée de 1,3 GW en 2012 à 5,0 GW en 2017.

L'Espagne est le leader mondial du déploiement de l'énergie solaire thermique avec 2,3 GW déployés. Les États-Unis disposent de 1,8 GW, la plupart en Californie où 1,4 GW de projets d'énergie solaire thermique sont opérationnels. Plusieurs centrales électriques ont été construites dans le désert de Mojave , dans le sud-ouest des États-Unis. En 2017, seuls 4 autres pays avaient des déploiements supérieurs à 100 MW : l'Afrique du Sud (300 MW) l' Inde (229 MW) le Maroc (180 MW) et les Émirats arabes unis (100 MW).

Les États-Unis ont mené de nombreuses recherches précoces sur le photovoltaïque et l'énergie solaire à concentration . Les États-Unis sont parmi les pays les plus performants au monde pour l'électricité produite par le Soleil et plusieurs des plus grandes installations à grande échelle du monde sont situées dans le désert du Sud-Ouest.

La plus ancienne centrale solaire thermique au monde est la centrale thermique SEGS de 354  mégawatts (MW) , en Californie. Le système de production d'électricité solaire Ivanpah est un projet d'énergie solaire thermique dans le désert californien de Mojave , à 64 km au sud-ouest de Las Vegas , avec une capacité brute de 377 MW. Le 280 MW Solana centrale est une énergie solaire usine près de Gila Bend , Arizona , à environ 70 miles (110 km) au sud - ouest de Phoenix , achevé en 2013. Lorsque commandé était la plus grande centrale cylindro - paraboliques dans le monde et la première centrale solaire des États - Unis avec stockage d'énergie thermique aux sels fondus .

Dans les pays en développement, trois projets de la Banque mondiale pour des centrales solaires thermiques intégrées/à turbine à gaz à cycle combiné en Égypte , au Mexique et au Maroc ont été approuvés.

Développement photovoltaïque

50 000
100 000
150 000
200 000
2006
2010
2014
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     L'Europe 
     Asie-Pacifique
     Amériques
     Chine
     Moyen-Orient et Afrique

Croissance mondiale de la capacité photovoltaïque regroupée par région en MW (2006-2014)

Le photovoltaïque (PV) connaît une croissance rapide avec une capacité globale passant de 177 GW fin 2014 à 385 GW en 2017.

Le PV utilise des cellules solaires assemblées en panneaux solaires pour convertir la lumière du soleil en électricité. Les systèmes photovoltaïques vont des petites installations résidentielles et commerciales sur les toits ou aux bâtiments intégrés aux grandes centrales photovoltaïques à grande échelle . La technologie photovoltaïque prédominante est le silicium cristallin , tandis que la technologie des cellules solaires à couche mince représente environ 10 % du déploiement photovoltaïque mondial. Au cours des dernières années, la technologie photovoltaïque a amélioré son efficacité de production d'électricité , réduit le coût d' installation par watt ainsi que son temps de récupération énergétique et atteint la parité réseau sur au moins 30 marchés différents d'ici 2014. Systèmes photovoltaïques intégrés au bâtiment ou « sur site » utiliser les terres et les structures existantes et produire de l'électricité à proximité de l'endroit où elle est consommée.

Le photovoltaïque a connu la croissance la plus rapide en Chine , suivie du Japon et des États-Unis. L'énergie solaire devrait devenir la plus grande source d'électricité au monde d'ici 2050, l'énergie solaire photovoltaïque et l'énergie solaire concentrée contribuant respectivement à 16% et 11%. Cela nécessite une augmentation de la capacité photovoltaïque installée à 4 600 GW, dont plus de la moitié devrait être déployée en Chine et en Inde .

Les centrales solaires commerciales à concentration ont été développées pour la première fois dans les années 1980. Alors que le coût de l'électricité solaire a baissé, le nombre de systèmes solaires photovoltaïques connectés au réseau est passé à des millions et des centrales solaires à grande échelle avec des centaines de mégawatts sont en cours de construction. De nombreuses centrales solaires photovoltaïques ont été construites, principalement en Europe, en Chine et aux États-Unis. Le parc solaire du désert de Tengger de 1,5 GW , en Chine, est la plus grande centrale photovoltaïque au monde . Bon nombre de ces centrales sont intégrées à l'agriculture et certaines utilisent des systèmes de suivi qui suivent la course quotidienne du soleil dans le ciel pour générer plus d'électricité que les systèmes fixes.

Développement de biocarburants

Le Brésil produit du bioéthanol à base de canne à sucre disponible dans tout le pays. Une station-service typique avec service de double carburant est marquée "A" pour l' alcool (éthanol) et "G" pour l'essence.

La capacité mondiale de bioénergie en 2017 était de 109 GW. Les biocarburants ont fourni 3 % du carburant de transport mondial en 2017.

Des mandats pour le mélange de biocarburants existent dans 31 pays au niveau national et dans 29 États/provinces. Selon l'Agence internationale de l'énergie, les biocarburants ont le potentiel de répondre à plus d'un quart de la demande mondiale de carburants de transport d'ici 2050.

Depuis les années 1970, le Brésil dispose d'un programme de carburant à l'éthanol qui a permis au pays de devenir le deuxième producteur mondial d' éthanol (après les États-Unis) et le premier exportateur mondial. Le programme brésilien de carburant à l'éthanol utilise des équipements modernes et de la canne à sucre bon marché comme matière première, et les déchets de canne résiduels ( bagasse ) sont utilisés pour produire de la chaleur et de l'électricité. Il n'y a plus de véhicules légers au Brésil fonctionnant à l'essence pure. À la fin de 2008, il y avait 35 000 stations-service dans tout le Brésil avec au moins une pompe à éthanol. Malheureusement, l' opération Car Wash a sérieusement érodé la confiance du public dans les compagnies pétrolières et a impliqué plusieurs hauts responsables brésiliens.

Presque toute l'essence vendue aux États-Unis aujourd'hui est mélangée à 10 % d'éthanol, et les constructeurs automobiles produisent déjà des véhicules conçus pour fonctionner avec des mélanges d'éthanol beaucoup plus élevés. Ford , Daimler AG et GM font partie des constructeurs automobiles qui vendent des voitures, des camions et des mini-fourgonnettes à « carburant flexible » pouvant utiliser des mélanges d'essence et d'éthanol allant de l'essence pure jusqu'à 85 % d'éthanol. À la mi-2006, il y avait environ 6 millions de véhicules compatibles avec l'éthanol sur les routes américaines.

Développement géothermique

Centrale géothermique à The Geysers , Californie, États-Unis

La capacité géothermique mondiale en 2017 était de 12,9 GW.

L'énergie géothermique est rentable, fiable, durable et respectueuse de l'environnement, mais a historiquement été limitée aux zones proches des limites des plaques tectoniques . Les progrès technologiques récents ont élargi la gamme et la taille des ressources viables, en particulier pour des applications telles que le chauffage domestique, ouvrant un potentiel d'exploitation à grande échelle. Les puits géothermiques libèrent des gaz à effet de serre piégés profondément dans la terre, mais ces émissions sont généralement beaucoup plus faibles par unité d'énergie que celles des combustibles fossiles. En conséquence, l'énergie géothermique a le potentiel d'aider à atténuer le réchauffement climatique si elle est largement déployée à la place des combustibles fossiles.

En 2017, les États-Unis sont les leaders mondiaux de la production d' électricité géothermique avec 12,9 GW de capacité installée. Le plus grand groupe de centrales géothermiques au monde est situé à The Geysers , un champ géothermique en Californie. Les Philippines suivent les États-Unis en tant que deuxième producteur mondial d'énergie géothermique, avec 1,9 GW de capacité en ligne.

Pays en voie de développement

Les cuisinières solaires utilisent la lumière du soleil comme source d'énergie pour la cuisson en plein air.

La technologie des énergies renouvelables a parfois été considérée comme un article de luxe coûteux par les critiques, et abordable uniquement dans les pays développés riches. Cette vision erronée persiste depuis de nombreuses années, mais entre 2016 et 2017, les investissements dans les énergies renouvelables étaient plus élevés dans les pays en développement que dans les pays développés, la Chine étant en tête des investissements mondiaux avec un record de 126,6 milliards de dollars. De nombreux pays d'Amérique latine et d'Afrique ont également augmenté leurs investissements de manière significative. Les énergies renouvelables peuvent être particulièrement adaptées aux pays en développement. Dans les zones rurales et reculées, la transmission et la distribution de l'énergie produite à partir de combustibles fossiles peuvent être difficiles et coûteuses. La production locale d'énergie renouvelable peut offrir une alternative viable.

Les progrès technologiques ouvrent un nouveau marché énorme pour l'énergie solaire : les quelque 1,3 milliard de personnes dans le monde qui n'ont pas accès au réseau électrique. Même s'ils sont généralement très pauvres, ces personnes doivent payer beaucoup plus pour l'éclairage que les habitants des pays riches, car elles utilisent des lampes à pétrole inefficaces. L'énergie solaire coûte deux fois moins cher que l'éclairage au kérosène. En 2010, environ 3 millions de foyers étaient alimentés en électricité par de petits systèmes solaires photovoltaïques. Le Kenya est le leader mondial du nombre de systèmes d'énergie solaire installés par habitant. Plus de 30 000 très petits panneaux solaires, chacun produisant de 12 à 30 watts, sont vendus au Kenya chaque année. Certains petits États insulaires en développement (PEID) se tournent également vers l'énergie solaire pour réduire leurs coûts et accroître leur durabilité.

Les micro-hydrauliques configurées en mini-réseaux fournissent également de l'électricité. Plus de 44 millions de foyers utilisent du biogaz fabriqué dans des digesteurs domestiques pour l' éclairage et/ou la cuisson , et plus de 166 millions de foyers comptent sur une nouvelle génération de foyers à biomasse plus efficaces. Le combustible liquide propre provenant de matières premières renouvelables est utilisé pour la cuisson et l'éclairage dans les régions pauvres en énergie du monde en développement. Les carburants alcoolisés (éthanol et méthanol) peuvent être produits de manière durable à partir de matières premières non alimentaires sucrées, amylacées et cellulosiques. Project Gaia, Inc. et CleanStar Mozambique mettent en œuvre des programmes de cuisson propre avec des réchauds à éthanol liquide en Éthiopie, au Kenya, au Nigeria et au Mozambique.

Les projets d'énergies renouvelables dans de nombreux pays en développement ont démontré que les énergies renouvelables peuvent contribuer directement à la réduction de la pauvreté en fournissant l'énergie nécessaire à la création d'entreprises et d'emplois. Les technologies des énergies renouvelables peuvent également contribuer indirectement à réduire la pauvreté en fournissant de l'énergie pour la cuisson, le chauffage des locaux et l'éclairage. Les énergies renouvelables peuvent également contribuer à l'éducation, en fournissant de l'électricité aux écoles.

Politique

Les politiques de soutien aux énergies renouvelables ont joué un rôle essentiel dans leur expansion. Là où l'Europe dominait dans l'établissement d'une politique énergétique au début des années 2000, la plupart des pays du monde ont maintenant une certaine forme de politique énergétique.

Tendances des politiques

L' Agence internationale pour les énergies renouvelables (IRENA) est une organisation intergouvernementale pour la promotion de l'adoption des énergies renouvelables dans le monde. Il vise à fournir des conseils politiques concrets et à faciliter le renforcement des capacités et le transfert de technologie. L'IRENA a été créée en 2009, par 75 pays signataires de la charte de l'IRENA. En avril 2019, l'IRENA comptait 160 États membres. Le secrétaire général des Nations Unies de l'époque, Ban Ki-moon, a déclaré que les énergies renouvelables ont la capacité d'élever les pays les plus pauvres vers de nouveaux niveaux de prospérité, et en septembre 2011, il a lancé l' initiative Énergie durable pour tous des Nations Unies pour améliorer l'accès à l'énergie, l'efficacité et le déploiement des énergies renouvelables.

L' Accord de Paris de 2015 sur le changement climatique a motivé de nombreux pays à développer ou à améliorer leurs politiques en matière d'énergies renouvelables. En 2017, 121 pays au total ont adapté une forme ou une autre de politique en matière d'énergies renouvelables. Des objectifs nationaux cette année-là existaient dans 176 pays. En outre, il existe également un large éventail de politiques aux niveaux étatique/provincial et local. Certains services publics aident à planifier ou à installer des améliorations énergétiques résidentielles . Sous le président Barack Obama , la politique des États-Unis a encouragé l'adoption des énergies renouvelables conformément aux engagements de l'accord de Paris. Même si Trump a abandonné ces objectifs, les investissements renouvelables sont toujours en hausse.

De nombreux gouvernements nationaux, étatiques et locaux ont créé des banques vertes . Une banque verte est une institution financière quasi-publique qui utilise des capitaux publics pour mobiliser des investissements privés dans les technologies énergétiques propres. Les banques vertes utilisent une variété d'outils financiers pour combler les lacunes du marché qui entravent le déploiement de l'énergie propre. L'armée américaine s'est également concentrée sur l'utilisation de carburants renouvelables pour les véhicules militaires. Contrairement aux combustibles fossiles, les combustibles renouvelables peuvent être produits dans n'importe quel pays, créant un avantage stratégique. L'armée américaine s'est déjà engagée à ce que 50 % de sa consommation énergétique provienne de sources alternatives.

Pleine énergie renouvelable

L'incitation à utiliser 100 % d'énergie renouvelable, pour l'électricité, les transports ou même l'approvisionnement total en énergie primaire à l'échelle mondiale, a été motivée par le réchauffement climatique et d'autres préoccupations écologiques et économiques. Le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat a déclaré qu'il y a 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 des énergies renouvelables a augmenté beaucoup plus rapidement que même les défenseurs ne l'avaient prévu. Au niveau national, au moins 30 pays dans le monde disposent déjà d'énergies renouvelables représentant plus de 20 % de l'approvisionnement énergétique. De plus, Stephen W. Pacala et Robert H. Socolow ont développé une série de « coins de stabilisation » qui peuvent nous permettre de maintenir notre qualité de vie tout en évitant un changement climatique catastrophique, et les « sources d'énergie renouvelables », dans l'ensemble, constituent le plus grand nombre de leurs "coins".

L'utilisation d'énergie 100 % renouvelable a été suggérée pour la première fois dans un article scientifique publié en 1975 par le physicien danois Bent Sørensen . Elle a été suivie de plusieurs autres propositions, jusqu'à ce qu'en 1998, la première analyse détaillée de scénarios avec des parts très élevées d'énergies renouvelables soit publiée. Ceux-ci ont été suivis des 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 correspondre à la demande à chaque heure de l'année en Europe et en Afrique du Nord. La même année, l'ingénieur danois Henrik Lund a publié un premier article dans lequel il aborde la combinaison optimale d'énergies renouvelables, suivi de plusieurs autres articles sur la transition vers les énergies 100 % renouvelables au Danemark. Depuis lors, Lund a publié plusieurs articles sur les énergies 100% renouvelables. Après 2009, les publications ont commencé à augmenter fortement, couvrant 100 % de scénarios pour des pays d'Europe, d'Amérique, d'Australie et d'autres parties du monde.

En 2011, Mark Z. Jacobson , professeur de génie civil et environnemental à l'Université de Stanford, et Mark Delucchi ont publié une étude sur l'approvisionnement mondial en énergie 100 % renouvelable dans la revue Energy Policy . Ils ont découvert que la production de toute nouvelle énergie avec de l'énergie éolienne , solaire et hydroélectrique d'ici 2030 est faisable et que les accords d'approvisionnement en énergie existants pourraient être remplacés d'ici 2050. Les obstacles à la mise en œuvre du plan d'énergie renouvelable sont considérés comme « principalement sociaux et politiques, et non technologiques ou économique". Ils ont également constaté que les coûts énergétiques d'un système éolien, solaire et hydraulique devraient être similaires aux coûts énergétiques actuels.

De même, aux États-Unis, le National Research Council indépendant a noté que « des ressources renouvelables nationales suffisantes existent pour permettre à l'électricité renouvelable de jouer un rôle important dans la production d'électricité future et ainsi aider à faire face aux problèmes liés au changement climatique, à la sécurité énergétique et à l'escalade des coûts de l'énergie… L'énergie renouvelable est une option attrayante car les ressources renouvelables disponibles aux États-Unis, prises collectivement, peuvent fournir des quantités d'électricité considérablement plus importantes que la demande intérieure totale actuelle ou projetée. »

Les obstacles les plus importants à la mise en œuvre généralisée de stratégies d'énergie renouvelable à grande échelle et d'énergie à faible émission de carbone sont principalement politiques et non technologiques. Selon le rapport 2013 Post Carbon Pathways , qui a passé 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 obsolètes et les contraintes financières.

Selon la Banque mondiale, le scénario climatique "en dessous de 2°C" nécessite 3 milliards de tonnes de métaux et minéraux d'ici 2050. L'offre de ressources minières telles que le zinc, le molybdène, l'argent, le nickel, le cuivre doit augmenter jusqu'à 500 %. Une analyse de 2018 a estimé les augmentations nécessaires du stock de métaux requis par divers secteurs de 1000% (énergie éolienne) à 87'000% (batteries de véhicules personnels).

Débat

La production d'électricité renouvelable, à partir de sources telles que l'énergie éolienne et solaire, est variable, ce qui entraîne une réduction du facteur de capacité et nécessite soit un stockage d'énergie d'une capacité égale à sa production totale, soit des sources d'énergie de base provenant de sources non intermittentes telles que l' hydroélectricité , les combustibles fossiles ou l'énergie nucléaire .

Étant donné que la densité énergétique des sources d'énergie renouvelable par superficie est au mieux inférieure de trois ordres de grandeur à celle de l'énergie fossile ou nucléaire, les centrales électriques renouvelables ont tendance à occuper des milliers d'hectares, ce qui suscite des préoccupations environnementales et l'opposition des résidents locaux, en particulier dans les pays densément peuplés. Les centrales solaires sont en concurrence avec les terres arables et les réserves naturelles, tandis que les parcs éoliens terrestres sont confrontés à une opposition en raison de préoccupations esthétiques et de bruit, qui ont un impact à la fois sur les humains et la faune. Aux États-Unis, le projet Massachusetts Cape Wind a été retardé pendant des années en partie à cause de problèmes esthétiques. Cependant, les habitants des autres quartiers ont été plus positifs. Selon un conseiller municipal, l'écrasante majorité des habitants pensent que le parc éolien d'Ardrossan en Écosse a amélioré la région. Ces préoccupations, lorsqu'elles sont dirigées contre les énergies renouvelables, sont parfois décrites comme une attitude « pas dans ma cour arrière » ( NIMBY ).

Un document récent du gouvernement britannique indique que « les projets ont généralement plus de chances de réussir s'ils bénéficient d'un large soutien public et du consentement des communautés locales. Cela signifie donner aux communautés à la fois leur mot à dire et un enjeu ». Dans des pays comme l'Allemagne et le Danemark, de nombreux projets d'énergies renouvelables appartiennent aux communautés, en particulier par le biais de structures coopératives , et contribuent de manière significative aux niveaux globaux de déploiement des énergies renouvelables.

Le marché des technologies des énergies renouvelables a continué de croître. Les préoccupations liées au changement climatique et l'augmentation des emplois verts , associées aux prix élevés du pétrole, au pic pétrolier , aux guerres pétrolières, aux marées noires , à la promotion des véhicules électriques et de l'électricité renouvelable, aux catastrophes nucléaires et à l'augmentation du soutien gouvernemental, entraînent une augmentation de la législation, des incitations et de la commercialisation des énergies renouvelables . Les nouvelles dépenses, réglementations et politiques gouvernementales ont aidé l'industrie à surmonter la crise économique de 2009 mieux que de nombreux autres secteurs.

Alors que les énergies renouvelables ont connu un grand succès dans leur contribution sans cesse croissante à l'énergie électrique, aucun pays dominé par les combustibles fossiles n'a un plan pour arrêter et obtenir cette énergie à partir des énergies renouvelables. Seuls l'Écosse et l'Ontario ont cessé de brûler du charbon, en grande partie grâce à de bons approvisionnements en gaz naturel. Dans le domaine des transports, les énergies fossiles sont encore plus ancrées et les solutions plus difficiles à trouver. On ne sait pas s'il y a des échecs en matière de politique ou d'énergie renouvelable, mais vingt ans après le protocole de Kyoto, les combustibles fossiles sont toujours notre principale source d'énergie et la consommation continue de croître.

L' Agence internationale de l'énergie a déclaré que le déploiement de technologies renouvelables augmente généralement la diversité des sources d'électricité et, grâce à la production locale, contribue à la flexibilité du système et à sa résistance aux chocs centraux.

Géopolitique des énergies renouvelables

À partir de 2010 environ, les discussions se sont multipliées sur l'impact géopolitique de l'utilisation croissante des énergies renouvelables. Il a été avancé que les anciens exportateurs de combustibles fossiles subiraient un affaiblissement de leur position dans les affaires internationales, tandis que les pays disposant d'abondantes ressources énergétiques renouvelables seraient renforcés. On s'attendait également à ce que les pays riches en matériaux critiques pour les technologies des énergies renouvelables prennent de l'importance dans les affaires internationales.

L'indice GeGaLo des gains et des pertes géopolitiques évalue comment la position géopolitique de 156 pays peut changer si le monde passe complètement aux ressources énergétiques renouvelables. Les anciens exportateurs de combustibles fossiles devraient perdre de l'électricité, tandis que les positions des anciens importateurs de combustibles fossiles et des pays riches en ressources énergétiques renouvelables devraient se renforcer.

Impact environnemental

La capacité de la biomasse et des biocarburants à contribuer à une réduction des émissions de CO
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les émissions sont limitées parce que la biomasse et les biocarburants émettent de grandes quantités de pollution atmosphérique lorsqu'ils sont brûlés et, dans certains cas, concurrencent l'approvisionnement alimentaire. De plus, la biomasse et les biocarburants consomment de grandes quantités d'eau. D'autres sources renouvelables telles que l' éolien , le photovoltaïque et l' hydroélectricité ont l'avantage de pouvoir conserver l'eau, réduire la pollution et réduire le CO
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émissions. Les installations utilisées pour produire de l'énergie éolienne, solaire et hydroélectrique constituent une menace croissante pour les zones de conservation clés, avec des installations construites dans des zones réservées à la conservation de la nature et à d'autres zones écologiquement sensibles. Elles sont souvent beaucoup plus grandes que les centrales électriques à combustibles fossiles, nécessitant des superficies jusqu'à 10 fois plus grandes que le charbon ou le gaz pour produire des quantités d'énergie équivalentes. Plus de 2000 installations d'énergie renouvelable sont construites, et d'autres sont en cours de construction, dans des zones d'importance environnementale et menacent les habitats des espèces végétales et animales à travers le monde. L'équipe des auteurs a souligné que leurs travaux ne devaient pas être interprétés comme anti-renouvelables, car les énergies renouvelables sont cruciales pour réduire les émissions de carbone. La clé est de s'assurer que les installations d'énergie renouvelable sont construites dans des endroits où elles ne nuisent pas à la biodiversité.

Les appareils à énergie renouvelable dépendent de ressources non renouvelables telles que les métaux extraits et utilisent de vastes étendues de terres en raison de leur faible densité de puissance de surface . La fabrication de panneaux photovoltaïques, d'éoliennes et de batteries nécessite des quantités importantes d' éléments de terres rares et augmente les opérations minières, qui ont un impact social et environnemental important. En raison de la cooccurrence de terres rares et d'éléments radioactifs ( thorium , uranium et radium ), l'extraction de terres rares entraîne la production de déchets faiblement radioactifs .

Les panneaux solaires modifient l' albédo de la surface ce qui augmente leur contribution au réchauffement climatique.

L'extraction des matériaux nécessaires à la production d'énergie renouvelable devrait accroître les menaces pour la biodiversité . En septembre 2020, les scientifiques ont publié une carte du monde des zones contenant des matières énergétiques renouvelables ainsi que des estimations de leurs chevauchements avec les « zones clés pour la biodiversité », « la nature sauvage restante » et les « aires protégées ». Les auteurs ont estimé qu'une planification stratégique minutieuse est nécessaire.

Galerie

Voir également

Les références

Bibliographie

Liens externes