L’impressionnant nouveau départ américain : construire un réseau électrique résilient et durable

Les répercussions de la pandémie mondiale de COVID-19 offrent à l'Amérique du Nord une occasion en or de consacrer l'essentiel des investissements dans la croissance à la modernisation de ses infrastructures énergétiques vieillissantes. Le réseau électrique nord-américain, dont les origines remontent à plus d'un siècle, doit devenir plus résilient et plus flexible pour que l’on puisse accéder à un avenir neutre en carbone. On demande au réseau d'absorber des quantités croissantes d'énergie renouvelable variable, de s'adapter à l'évolution de la demande d'électricité et à une électrification accrue (secteurs des transports, des infrastructures et des bâtiments) et de résister à des conditions environnementales changeantes (températures extrêmes, etc.). Ces défis doivent être gérés parallèlement à la nécessité de stimuler l'économie américaine post-pandémie et c'est maintenant qu'il faut agir. 

Des consultants en économie et en finances associés au Brattle Group estiment que cette modernisation et cette expansion nécessiteront des investissements qui pourraient atteindre 690 milliards de dollars d'ici 2050. Heureusement, la technologie permettant de relever ces défis est prête et disponible et ces investissements créeront des emplois.

Le changement le plus urgent porte sur l'intégration des énergies renouvelables alors que les producteurs d'électricité ajoutent des gigawatts d'énergie verte. L'Amérique du Nord, comme d'autres régions du monde, s'est fixé des objectifs ambitieux pour augmenter la production d'électricité verte. Le Canada prévoit produire 90 % de son électricité à partir de sources d'énergie propres d'ici 2030, et le président Biden souhaite que le secteur de l'électricité américain soit neutre en carbone d'ici 2035, pour en arriver à une économie à zéro émission nette d'ici 2050.

Cette croissance rapide de l'énergie renouvelable nécessaire pour atteindre l'objectif de décarbonisation de 2030 pose plusieurs nouveaux défis au système de puissance nord-américain.

Tout d'abord, la variabilité de ces énergies exerce une pression sur le réseau de transport, qui a été édifié en fonction d’une production d'électricité centralisée, de base et grandement prévisible. L'afflux de ressources éoliennes et solaires, qui ne peuvent pas être produites à la demande, réduit également l'inertie du réseau, car, contrairement aux centrales thermiques traditionnelles, ces installations sont connectées au réseau par des systèmes de conversion d'énergie fondés sur l'électronique de puissance et elles ne sont pas dotées du même type de grandes turbines rotatives causant l'inertie du réseau. Les changements dans l’assortiment de moyens de production d'électricité pouvant entraîner des niveaux moins élevés d'inertie du réseau peuvent aussi provoquer une diminution plus rapide de la fréquence lorsque des perturbations surviennent, ce qui réduit fortement la résilience du réseau. 

Hitachi ABB Réseaux électriques a par exemple fourni une telle solution technologique à un parc éolien au Mexique, où un compensateur statique permet de maintenir une électricité de qualité supérieure et de stabiliser le réseau. 

Deuxièmement, les ressources en énergie renouvelable de grande qualité sont souvent situées loin des centres de demande, comme les crêtes montagneuses dans les régions éloignées ou en mer. Une étude de l'American Council on Renewable Energy a révélé que les quinze États américains situés entre les Rocheuses et le Mississippi comptent pour 88 % du potentiel éolien du pays, mais pour seulement 30 % de la demande d'électricité prévue pour 2050. Ce décalage géographique entre l'offre et la demande rend nécessaire la construction de nouvelles lignes de transport intrarégionales ainsi que le prolongement des connexions entre les interconnexions du réseau, qui ne sont pas synchronisées et ont besoin d’un courant continu à haute tension (CCHT) pour échanger de l'énergie. 

L'élargissement des connexions au réseau permet également de relever le troisième défi posé par la croissance des énergies renouvelables, à savoir le problème de synchronisation entre la production et la demande. Par exemple, la période de pointe de la production d’énergie solaire en milieu de journée ne coïncide pas avec la période traditionnelle correspondante de la demande d'électricité quotidienne, qui survient en début de soirée. Encore une fois, c'est l'ingénierie électrique qui représente la solution, car le transport en mode CCHT peut aider à transporter l'électricité sur de longues distances avec très peu de pertes d'efficacité tout en maîtrisant le flux de charge, et ce, vers les endroits où elle est nécessaire au moment de la production. 

Une autre façon de gérer les excédents d'électricité renouvelable est de les stocker. Les barrages hydroélectriques offrent un moyen d'y parvenir. La gestion du niveau des réservoirs, un procédé consistant à pomper de l'eau dans un réservoir et à la libérer lorsqu'on a besoin d'électricité, est une méthode traditionnelle servant à combler les écarts entre l'offre et la demande. Le stockage hydraulique par pompage représente le principal mode de stockage d’électricité dans le réseau actuel. Cette méthode fonctionne bien à la frontière nord-est des États-Unis et du Canada, mais l'Amérique du Nord pourrait l'appliquer à une échelle encore plus grande. En plus de créer une capacité de stockage, l'utilisation de l'énergie hydroélectrique, solaire et éolienne en tant que moyen de faire fonctionner les pompes remplissant les réservoirs de stockage constitue une solution de rechange neutre en carbone s'inscrivant dans les diverses stratégies nord-américaines de réduction des émissions de gaz à effet de serre. 

Consolider la résilience en accroissant l'interconnexion, en créant des microréseaux et en stockant plus d'énergie 

Renforcer le réseau en l’agrandissant n'est pas seulement important dans le contexte de l'intégration des énergies renouvelables. 

Les pannes d'électricité survenues au Texas plus tôt cette année ont montré à quel point il peut être crucial pour un réseau d'être bien connecté à d'autres régions, en particulier à des régions éloignées qui peuvent être soumises à des conditions météorologiques différentes et qui peuvent fournir un soutien lorsque le système subit des pressions. Des études de cas sur les réseaux électriques interconnectés dans le monde, par exemple au sein de l'Union européenne, ont démontré que les réseaux deviennent plus résilients lorsque les régions peuvent s’échanger de l'électricité pour faire face à des situations imprévues. 

La construction de réseaux plus résilients ne se fait pas seulement sur de grandes distances, mais aussi au niveau local. Les microréseaux jouent un rôle essentiel à cet égard et ils peuvent être mis à profit de plusieurs façons différentes. Ils contribuent à accroître la résilience dans les lieux essentiels comme les hôpitaux, par exemple, où il faut prévenir à tout prix les pertes d'alimentation. En pareil cas, le microréseau sert de système de secours fiable en cas de défaillance au niveau des services publics. 

Ailleurs, les microréseaux ont aidé les communautés vivant dans des zones reculées à améliorer la fiabilité de l'approvisionnement en électricité, à réduire la nécessité de recourir à des générateurs plus coûteux et à stimuler la production d'énergie renouvelable. Hitachi ABB Réseaux électriques a conçu l'un de ces projets en collaboration avec ATCO, une entreprise mondiale de services essentiels établie en Alberta, et Three Nations Energy (3NE) pour le compte de Fort Chipewyan, une communauté éloignée des Premières Nations dans le nord de l'Alberta, au Canada. Le microréseau comporte des panneaux solaires et des batteries de stockage d'énergie et il devrait permettre de réduire considérablement la consommation de diesel tout en comblant environ 25 % des besoins en électricité de la communauté pour une année moyenne.

Le recours à un microréseau en conjonction avec des solutions de stockage peut aussi constituer une façon efficace de contourner la nécessité d’implanter de nouvelles lignes de transport ou de distribution dans les régions, par exemple, où les restrictions d'espace ou l'opposition locale compliquent la réalisation d’un projet de construction de nouvelles infrastructures. Cette option s’imposera de plus en plus au fur et à mesure que nous nous dirigerons vers un avenir où l'électricité sera l'épine dorsale de l'ensemble du système énergétique.

Une infrastructure efficace et flexible

Un nombre croissant de clients nous demandent de faire le meilleur usage possible de nos infrastructures et de nos équipements au profit de la durabilité.

Les lignes de transport CCHT représentent peut-être l'une de ces solutions étant donné qu’il est possible, grâce aux pertes de transport minimales, d'acheminer l'électricité sur de longues distances plus efficacement qu’en utilisant des lignes à courant alternatif. Chez Hitachi ABB Réseaux électriques, nous offrons aussi une technologie qui détecte les pannes d'équipement avant qu'elles ne surviennent, ce qui permet aux services publics et aux opérateurs de réseau d’accroître la fiabilité de leurs actifs en ciblant mieux les travaux d’entretien. 

Afin de prévoir les facteurs pouvant nuire à la résilience d'un réseau électrique, les opérateurs de réseaux et les services publics doivent constamment mettre à jour leurs hypothèses relatives à l'intempérisation. Si nous revenons à l'exemple du Texas, il a été démontré que certaines des hypothèses météorologiques prises en considération étaient dépassées en raison de l'augmentation du nombre de phénomènes graves, dont le froid ou la chaleur extrême, les feux de forêt, les inondations et les ouragans. L'intempérisation et le renforcement du réseau ne sont pas des approches nouvelles, mais les services publics et les opérateurs de réseaux doivent recourir à la bonne technologie pour composer avec les derniers risques recensés relativement aux conditions atmosphériques. Se sentant menacé par des ouragans de plus en plus fréquents et puissants, Porto Rico nous a demandé de construire un système énergétique résistant aux intempéries, et cela n'est qu’un exemple. Cela a mené au déploiement d'un système solaire mobile unique en son genre, doté de supports pliables pour protéger les équipements contre les dangers liés aux intempéries. 

Planification coordonnée

L'anticipation et la planification sont cruciales dans le secteur de l'électricité. Afin de construire toutes les lignes de transport nécessaires pour relever les défis susmentionnés, un cadre politique approprié doit être créé. Actuellement, ce n'est pas le cas aux États-Unis, et encore moins en Amérique du Nord. Sur tout le continent, chaque pays, chaque État et chaque province ont des capacités différentes, lesquelles, si elles sont combinées dans un plan coordonné, peuvent contribuer à la construction d'un réseau électrique global plus résilient. Il faut aussi, à cette fin, concevoir un mécanisme d'incitation coordonné pour les régions accueillant des lignes de transport fonctionnant sur de longues distances. Une approche centralisée est nécessaire ici pour attirer et investir efficacement du capital dans notre futur système électrique. La technologie est prête à être déployée pour rendre le réseau aussi résilient que possible, il ne reste qu’à jeter les fondations.

C'est le moment d'agir!

Les dirigeants politiques ont reconnu la nécessité d'agrandir le réseau nord-américain et d'accroître sa résilience, et l'industrie de l'énergie doit donc profiter de ce contexte favorable et augmenter la cadence en matière de réalisation d’initiatives. L’impressionnant nouveau départ américain est en cours, et il nous appartient, en tant qu'industrie, de planifier dès aujourd'hui la mise sur pied du réseau de l'avenir et de tabler sur les dernières technologies pour nous assurer que les fonds seront investis le plus efficacement possible. Compte tenu du long cycle de développement et du caractère essentiel de l'infrastructure électrique pour la sécurité nationale, il faut procéder à ces changements dès maintenant.