Les services publics s'appuient sur des centrales sales « de pointe » lorsque la demande d'électricité augmente, mais il existe des alternatives

Les États-Unisapproche la fin de l'un des étés les plus chauds jamais enregistrés.Dans tout le pays, vagues de chaleur ont porté la demande d'électricité de pointe certains jours à des niveaux dépassant largement les moyennes saisonnières.

Les opérateurs de réseau s’appuient sur des centrales dites « de pointe » pour garantir qu’ils disposeront d’un approvisionnement suffisant pour répondre à ces poussées de demande.Les unités de pointe peuvent démarrer rapidement et à un coût relativement faible, mais elles consomment généralement plus de carburant par unité d'électricité produite que les autres types d'unités à combustibles fossiles.

Parce qu'ils sont moins efficaces que les autres centrales, les centrales de pointe ne fonctionnent généralement que pendant les périodes de forte demande.Historiquement, les pics avoir couru moins de 10 % de l'année, souvent pendant seulement quelques heures d'affilée.

Néanmoins, leurs émissions plus élevées par unité d’électricité produite soulèvent des préoccupations environnementales et sanitaires.En 2021, il y avait 999 usines de pointe aux États-Unis, dans les 50 États.Environ 70 % de ces centrales brûlaient du gaz naturel, le reste étant alimenté au pétrole et au charbon.

Pour réduire la pollution de l’air et lutter contre le changement climatique, les États-UnisLe pays s’éloigne des combustibles fossiles et utilise de plus en plus de sources d’énergie renouvelables telles que l’énergie éolienne et solaire.Ironiquement, cependant, alors que le changement climatique génère des canicules plus fréquentes et plus intenses, de nombreux systèmes électriques s'appuient de plus en plus sur des centrales de pointe pour équilibrer les fluctuations de la production d'énergie renouvelable.Des propositions à construire de nouveaux pics ou prolonger la vie des personnes âgées ont suscité la controverse dans des États, notamment Wisconsin, Massachusetts, Texas et New York.

Mes recherches portent sur coûts et avantages économiques et environnementaux de la production d’électricité.Voici comment la transition énergétique propre modifie le rôle des centrales de pointe et d’autres options permettant de maintenir l’éclairage allumé pendant les périodes de pointe.

Équilibrer l'alimentation électrique

Pour les exploitants de réseaux, l’une des caractéristiques clés d’une centrale électrique est de savoir si elle peut produire de l’électricité à la demande.De nombreuses ressources renouvelables, notamment l'énergie éolienne, solaire et certains types d'énergie hydroélectrique, sont connues sous le nom de ressources non distribuables parce qu'ils sont régis par la nature, produisant de l'énergie lorsque les conditions le permettent.Le coût de production d’électricité avec ces centrales est faible, elles sont donc généralement utilisées au maximum de leur capacité.

Les centrales électriques fonctionnant aux combustibles fossiles ou à l'énergie nucléaire sont connues sous le nom de ressources distribuables car ils peuvent produire de l’électricité chaque fois que cela est nécessaire.Toutefois, leurs coûts d’exploitation sont plus élevés que les énergies renouvelables, principalement parce que les centrales au gaz, au charbon, nucléaires et pétrolières doivent acheter du combustible pour fonctionner.

Certaines de ces centrales – historiquement celles qui fonctionnent au charbon ou au combustible nucléaire – sont appelées centrales de base.Ils produisent de l’électricité à un coût relativement bas, mais mettent du temps à démarrer et à atteindre leur pleine puissance. Unités intermédiaires produire de l'électricité à un coût plus élevé pour chaque mégawattheure supplémentaire produit, mais elles peuvent monter et descendre plus rapidement que les centrales de base.Les Peakers ont les coûts par mégawattheure les plus élevés, mais ils peuvent ajuster leur production très rapidement.

Historiquement, les unités de base fonctionnaient toute l'année, les unités intermédiaires ajustant leur production pour répondre aux fluctuations de la demande à court terme.Les centrales de pointe n'étaient utilisées que pendant de rares périodes de pointe.

Mais à mesure que les fournisseurs d’électricité ajoutent davantage d’énergie éolienne et solaire au réseau, ils utilisent plus fréquemment des unités à combustibles fossiles distribuables pour équilibrer les changements dans la production renouvelable – par exemple, pour faire fonctionner les climatiseurs lorsque le soleil se couche mais que les températures sont encore élevées.Cela favorise les unités capables de modifier rapidement les niveaux de production, même si elles sont moins économes en carburant.Le résultat est un rôle croissant pour les plantes à pic.

Points chauds de la justice environnementale

Production d'électricité à partir de combustibles fossiles aux États-Unis a diminué avec des investissements à grande échelle dans la production éolienne et solaire.Mais les centrales électriques alimentées aux combustibles fossiles continuent de produire environ 60 % des États-Unisélectricité – et ces plantes émettent des polluants qui contribuent au changement climatique et dégradent la qualité de l’air local.

L'exposition au dioxyde de soufre, au dioxyde d'azote, aux particules et à l'ozone est liée à maladies respiratoires et cardiovasculaires et décès prématurés.Alors que la pollution atmosphérique globale a diminué aux États-Unisau cours des dernières décennies, les quartiers populaires et minoritaires souffrent encore de manière disproportionnée de la mauvaise qualité de l’air.

Un rapport de 2022 estime que 32 millions d'Américains vivre à moins de 3 miles d’une usine de pointe.En 2024, les États-UnisLe Government Accountability Office a indiqué que les communautés raciales ou ethniques historiquement défavorisées étaient statistiquement plus susceptibles d'être localisées plus proche que la moyenne des sommets.

Autres moyens de répondre à la demande de pointe

Sinon, comment équilibrer l’offre et la demande d’électricité ?Une option consiste à utiliser des piles pour stocker l'électricité lorsque la production éolienne ou solaire est élevée, puis la décharger lorsque la demande dépasse l'offre des ressources conventionnelles.

Bien que les coûts d'investissement dans les batteries soient actuellement élevés, ils sont devrait diminuer considérablement dans les décennies à venir.En 2023, les États-Unisdisposait d'un total d'environ 15 gigawatts de capacité de stockage par batterie – l'équivalent de 15 grandes centrales nucléaires – et ce chiffre pourrait doubler en 2024.

Une autre alternative consiste à étendre les réseaux de transport, qui permettent de puiser de l'électricité à partir de unités à moindre coût dans les régions éloignées au lieu de compter sur les usines de pointe à proximité.La construction de nouvelles lignes de transmission implique toutefois des défis en matière de réglementation, de permis et d’utilisation des terres.

Une troisième option est programmes de réponse à la demande, dans lequel les consommateurs d’électricité paient des prix plus élevés pendant les périodes de demande plus élevée.Cela pourrait contribuer à réduire les pics et les creux de la demande tout au long de la journée, ce qui bénéficierait aux unités de base plus efficaces mais moins flexibles, conçues pour fonctionner 24 heures sur 24.

Cependant, la plupart des consommateurs ne paient pas actuellement des prix aussi élevés. refléter les changements à court terme dans les coûts de gros de l’électricité.De plus, il n’est pas certain que les clients résidentiels modifieront leur consommation en fonction des fluctuations de prix à court terme.Des technologies telles que thermostats intelligents et applications de gestion de l'énergie pourrait aider en allégeant le fardeau des consommateurs qui doivent ajuster manuellement leur consommation d’électricité en réponse aux fluctuations des prix.

Enfin, les propriétaires de centrales électriques peuvent investir dans des technologies permettant de réduire les émissions des unités à combustibles fossiles.Peakers manquent généralement de technologies de contrôle de la pollution car ils ne sont pas utilisés très souvent.La modernisation des centrales plus anciennes pour les rendre plus efficaces pourrait également s’avérer utile, car elles produiraient moins d’émissions pour chaque unité d’électricité.

Ces investissements sont coûteux, de sorte que les décideurs politiques doivent peser les avantages pour la santé d'une réduction de la pollution atmosphérique par rapport aux coûts d'investissement pour les propriétaires de centrales électriques.

L’augmentation des investissements dans l’énergie éolienne et solaire est réduire la pollution atmosphérique locale issus de la production d’électricité.Mais cela éloigne également la production des unités de base thermiquement efficaces qui ne peuvent pas répondre rapidement aux changements de la demande ou de la production d’énergies renouvelables.Je pense qu’il est de plus en plus important d’explorer des politiques qui incitent à investir dans des alternatives telles que le stockage des batteries et les infrastructures de transmission, ainsi que dans la modernisation des centrales électriques afin de réduire l’exposition à la pollution.