Un aperçu de l’avenir au Texas: le changement climatique est un problème pour les réseaux électriques

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D’énormes tempêtes hivernales ont plongé de grandes parties du centre et du sud des États-Unis dans une crise énergétique cette semaine alors que les explosions glaciales du climat arctique ont paralysé les réseaux électriques et a laissé des millions d’Américains sans électricité au milieu de températures dangereusement froides.

Les pannes de réseau ont été les plus graves au Texas, où plus de quatre millions de personnes se sont réveillées mardi matin face à des pannes de courant.

Les analystes ont commencé à identifier quelques facteurs clés derrière les pannes de réseau au Texas. Un temps froid record a incité les résidents à monter en puissance leurs radiateurs électriques et a poussé la demande d’électricité au-delà des pires scénarios prévus par les opérateurs de réseau. Dans le même temps, de nombreuses centrales électriques au gaz de l’État ont été mises hors service dans des conditions glaciales, et certaines usines semblent souffrir de pénuries de carburant alors que la demande de gaz naturel a augmenté dans tout le pays. De nombreuses éoliennes du Texas ont également gelé et ont cessé de fonctionner, bien que ce ne soit qu’une petite partie du problème.

Les pénuries d’électricité qui en résultent ont forcé les opérateurs de réseau au Texas d’imposer des coupures de courant tournantes aux foyers et aux entreprises, à partir de lundi, pour éviter un effondrement plus large du système. Des réseaux régionaux distincts dans le sud-ouest et le Midwest sont également soumis à de sérieuses tensions cette semaine.

La crise a mis en évidence un avertissement plus profond pour les systèmes électriques dans tout le pays. Les réseaux électriques peuvent être conçus pour faire face à un large éventail de conditions difficiles – à condition que les exploitants de réseau puissent prévoir de manière fiable les dangers à venir. Mais à mesure que le changement climatique s’accélère, de nombreux réseaux électriques seront confrontés à des événements météorologiques nouveaux et extrêmes qui vont au-delà des conditions historiques pour lesquelles ces réseaux ont été conçus, exposant les systèmes à un risque de défaillance catastrophique.

La construction de réseaux électriques résilients face à des conditions météorologiques de plus en plus sauvages et imprévisibles sera un défi énorme, ont déclaré les experts. Dans de nombreux cas, cela peut s’avérer coûteux, même si, comme le montre le Texas, les coûts d’une panne de réseau peuvent également être extrêmement coûteux.

«C’est essentiellement une question de combien d’assurance vous voulez acheter», a déclaré Jesse Jenkins, ingénieur en systèmes énergétiques à l’Université de Princeton. «Ce qui rend ce problème encore plus difficile, c’est que nous sommes maintenant dans un monde où, en particulier avec le changement climatique, le passé n’est plus un bon guide pour l’avenir. Nous devons nous préparer beaucoup mieux à l’inattendu. »

Texas réseau électrique principal, qui fonctionne en grande partie indépendamment du reste du pays, est principalement conçu pour faire face aux extrêmes météorologiques les plus prévisibles de l’État: la flambée des températures estivales qui incite des millions de Texans à allumer leurs climatiseurs en même temps.

Bien que les températures glaciales soient plus rares, les exploitants de réseau au Texas savent depuis longtemps que la demande d’électricité peut également augmenter en hiver, en particulier après de violentes vagues de froid en 2011 et 2018 qui ont conduit des millions de Texans à monter leurs radiateurs électriques et à mettre le système à rude épreuve.

Mais les tempêtes hivernales de cette semaine, qui ont enterré l’État dans la neige et la glace, et ont conduit à des températures record, ont dépassé toutes les attentes – et ont poussé la grille à son point de rupture.

Les opérateurs de réseau du Texas avaient prévu que, dans le pire des cas, l’État pourrait avoir besoin de 67 gigawatts d’électricité pour gérer un pic hivernal. Mais dimanche soir, la demande d’électricité avait dépassé 69 gigawatts. À mesure que les températures chutaient, de nombreuses maisons dépendaient de radiateurs à résistance électrique plus anciens et inefficaces, qui consomment plus d’énergie.

Les problèmes se sont aggravés à partir de là, alors que le temps glacial a mis hors service les centrales électriques d’une capacité de plus de 30 gigawatts d’ici lundi soir. La grande majorité de ces pannes se sont produites dans des centrales thermiques, comme des générateurs de gaz naturel, alors que la chute des températures paralysait les opérations de l’usine et que la demande croissante de gaz naturel à l’échelle nationale semblait laisser certaines usines du mal à se procurer du carburant. Un certain nombre de centrales électriques de l’État étaient également hors ligne pour une maintenance programmée en vue de la pointe estivale.

Parfois, la flotte de parcs éoliens de l’État a également perdu jusqu’à 5 gigawatts de capacité, car de nombreuses turbines ont gelé dans des conditions glaciales et ont cessé de fonctionner.

«Aucun modèle de système électrique n’imaginait que les 254 comtés du Texas seraient soumis à un avertissement de tempête hivernale en même temps», a déclaré Joshua Rhodes, un expert du réseau électrique de l’État à l’Université du Texas à Austin. «Cela met à rude épreuve le réseau électrique et le réseau de gaz qui alimentent à la fois l’électricité et la chaleur.»

En théorie, disent les experts, il existe des solutions techniques qui peuvent éviter de tels problèmes. Mais leur installation peut être coûteuse et la difficulté est d’anticiper exactement quand et où de telles solutions seront nécessaires.

Les éoliennes, par exemple, peuvent être équipées de radiateurs et d’autres appareils afin de pouvoir fonctionner dans des conditions glaciales – comme cela se fait souvent dans le haut Midwest, où le froid est plus fréquent. Des usines à gaz peuvent être construites pour stocker le pétrole sur place et brûler le carburant si nécessaire, comme cela se fait souvent dans le Nord-Est, où les pénuries de gaz naturel sont plus fréquentes. Les régulateurs de réseau peuvent concevoir des marchés qui paient un supplément pour garder un parc de centrales électriques de secours en réserve en cas d’urgence, comme c’est souvent le cas dans le Mid-Atlantic.

Mais toutes ces solutions coûtent de l’argent et les opérateurs de réseau hésitent souvent à obliger les consommateurs à payer un supplément pour les garanties s’ils ne pensent pas que cela sera nécessaire.

«Le renforcement de la résilience a souvent un coût, et il y a un risque à la fois de sous-payer mais aussi de surpayer», a déclaré Daniel Cohan, professeur agrégé de génie civil et environnemental à l’Université Rice. «C’est un exercice d’équilibre difficile.»

Dans les mois à venir, alors que les opérateurs de réseau et les décideurs politiques du Texas étudient la tempête hivernale de cette semaine, ils pourraient commencer à se demander comment et si le réseau pourrait être renforcé pour supporter des températures extrêmement froides. Y a-t-il des infrastructures vieillissantes qui ont un besoin urgent de réparations? Serait-il judicieux de créer plus de connexions entre le réseau électrique du Texas et d’autres parties du pays pour équilibrer les approvisionnements en électricité – une décision à laquelle l’État a longtemps résisté? Les propriétaires devraient-ils être encouragés à installer des batteries de secours coûteuses ou des pompes à chaleur plus efficaces qui consomment moins d’électricité? Les marchés de l’électricité de l’État devraient-ils être modifiés pour conserver des centrales électriques supplémentaires en réserve?

L’une des difficultés est que le changement climatique rend la préparation plus difficile. Dans l’ensemble, l’état se réchauffe à mesure que les températures mondiales augmentent, et les extrêmes de temps froid deviennent, en moyenne, moins fréquents avec le temps.

Mais certains climatologues ont également suggéré que le réchauffement climatique pourrait, paradoxalement, entraîner plus de tempêtes hivernales comme celle de cette semaine. Certaines recherches suggèrent que le réchauffement de l’Arctique est affaiblissement du jet stream, le courant d’air de haut niveau qui entoure les latitudes nordiques et retient généralement le vortex polaire glacial. Cela permet à l’air froid de s’échapper vers le sud, en particulier lorsqu’une explosion de réchauffement supplémentaire frappe la stratosphère et déforme le vortex. Le résultat peut être des épisodes de températures plongeantes, même dans des endroits rarement étouffés par le gel.

Mais cela reste un domaine de débat actif parmi les climatologues, avec certains experts moins certains que les perturbations des vortex polaires sont de plus en plus fréquentes, ce qui rend encore plus difficile pour les planificateurs de réseau d’anticiper les dangers à venir.

Partout dans le pays, les services publics d’électricité et les opérateurs de réseau sont confrontés à des questions similaires, alors que le changement climatique menace d’intensifier les vagues de chaleur, les sécheresses, les inondations, les pénuries d’eau et d’autres calamités, qui pourraient tous créer des risques nouveaux et imprévus pour les systèmes électriques du pays. Faire face à ces risques coûtera cher: étude récente a constaté que le Sud-Est à lui seul pourrait avoir besoin de 35% de capacité électrique supplémentaire d’ici 2050 simplement pour faire face aux dangers connus du changement climatique.

Et la tâche de renforcement de la résilience devient de plus en plus urgente. De nombreux décideurs promouvoir les voitures électriques et le chauffage électrique pour réduire les émissions de gaz à effet de serre. Mais comme une plus grande partie de l’économie nationale dépend de flux d’électricité fiables, le coût des pannes deviendra de plus en plus désastreux.

«Cela va être un défi de taille», a déclaré Emily Grubert, experte en systèmes électriques chez Georgia Tech. «Nous devons décarboner nos systèmes électriques afin que le changement climatique ne s’aggrave pas, mais nous devons également nous adapter aux conditions changeantes en même temps. Et ce dernier seul va coûter très cher. Nous pouvons déjà voir que les systèmes dont nous disposons aujourd’hui ne gèrent pas très bien cela.

John Schwartz contribution aux rapports.

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