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| Figure: Endroits où les énergies éolienne et solaire ferait le plus grand bien, selon les chercheurs |
Pour Greentech Media cette semaine, j'ai revu une nouvelle étude de chercheurs de l’université Carnegie Mellon qui ont montrés que, là où le vent et l'énergie solaire font le plus grand bien, n'est pas nécessairement là où ils sont le plus productifs. Une conséquence en est que nous pourrions en avoir plus pour notre argent si les incitations pour l'énergie éolienne et l'énergie solaire étaient ciblés en priorité de manière à remplacer des centrales au charbon.
Les bénéfices combiné, sur la santé, l'environnement et les avantages climatiques d'un panneau solaire dans le New Jersey sont quinze fois plus élevés que le même panneau en Arizona, et une éolienne en Virginie-Occidentale évite deux fois plus d’émissions de dioxyde de carbone que la même turbine si elle est en Californie.
Ce sont parmi les résultats les plus surprenants d'une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’université de Carnegie Mellon publiés dans les Actes de l'Académie nationale des sciences.
Les éoliennes fonctionnent mieux dans les États des Grandes Plaines et le Texas, où les facteurs de capacité peuvent dépasser 40 pour cent, mais une éolienne dans l'Ohio ou l'Indiana sert principalement à remplacer des centrales au charbon, qui causent le plus de dommages sanitaires et environnementaux. La Californie a déjà un mixe de production d'énergie relativement propre avec seulement 8,2 pour cent de sa puissance totale générée par le charbon, selon les données de l'État de Californie, dont la presque totalité est importée d'autres États. Ainsi, les avantages combinés d'une éolienne dans l'Indiana ou l'Ohio s'élèverait à 100 $ par mégawatt-heure, tandis que les bénéfices de la même turbine en Californie seraient seulement de 13$ par mégawatt-heure.
De même, l'énergie solaire photovoltaïque fonctionne mieux dans le sud-ouest ensoleillé, et moins bien en Nouvelle-Angleterre. Mais en remplaçant le charbon, les avantages combinés d'un panneau solaire dans l'Ohio ou du New Jersey serait quinze fois supérieur à celui que le même panneau aurait, dans l'Arizona, où le gaz naturel à combustion propre est le carburant dominant "marginal" qu'un panneau solaire entraînerait le déplacement.
"Si vous êtes intéressé à atténuer le changement climatique et à améliorer la santé humaine, vous obtenez beaucoup plus d'avantages du solaire ou éolienne dans des endroits comme la Pennsylvanie, l'Indiana, le New Jersey», explique le co-auteur Kyle Siler-Evans.
Les avantages varient non seulement en fonction d'où l'énergie éolienne et l'énergie solaire est produite, mais aussi de quand. La production éolienne est généralement plus importante la nuit, donc elle a tendance à remplacer des générateurs «base» au charbon. Les pics de production solaire sont quant a eux à midi, c'est donc plus susceptibles de remplacer des générateurs de gaz naturel à la demande. En conséquence, un mégawattheure d'énergie éolienne peut éviter plus d'émissions qu'un mégawattheure d'énergie solaire, selon l'endroit où il est installé. Le vent fournit 30 pour cent d'avantages en plus que l'énergie solaire en Virginie et dans le Maryland, mais la différence est «négligeable dans la plupart des Etats."
Affectation des coûts et des avantages
Pour estimer les avantages sociaux et environnementaux, les chercheurs ont affecté les coûts pour les dommages causés par chaque type d'émissions provenant des centrales électriques conventionnelles.
Pour le dioxyde de carbone, ils ont attribué une valeur quelque peu arbitraire de 20 $ la tonne, soit légèrement au-dessus du prix actuel du marché d'échange de carbone de l'Union européenne. (Ceci reflète la difficulté d'évaluer les émissions de carbone; différents groupes ont estimé les dommages de 0 $ à plus de 100 dollars par tonne de CO2).
Les émissions de dioxyde de soufre, oxydes d'azote et les particules grossières (PM 2,5) ont été prise du modèle d'analyse « Air Pollution Emission Experiments and Policy » (APEEP). Les chercheurs ont utilisé ces données pour attribuer des dommages moyens pour chaque polluant par comté. Placer une étiquette de prix sur les émissions est en grande partie tributaire de la valeur de 6 millions de dollars attribuée a une mort prématurée du a la pollution atmosphérique (la soi-disant«valeur statistique d'une vie").
Les coûts ont été calculés pour chacune des vingt-deux régions du pays, sur la base de données sur les émissions EPA horaires réels de 1400 centrales électriques à combustibles fossiles à partir de 2009 jusqu'en 2011. (Données téléchargeables utilisés dans les calculs des chercheurs est disponible ici.) Le nucléaire, l'hydroélectrique, et quelques autres groupes électrogènes ont été exclus de l'analyse parce qu'ils n'étaient pas susceptibles d'être remplaces par l'énergie solaire ou éolienne. Les données sur les émissions de PM2.5 ont été prises à partir de l'inventaire des émissions nationales 2005 des données annuelles et répartis proportionnellement en puissance pour arriver à des chiffres horaires.
Pour déterminer les avantages de la production d'énergie solaire et éolienne, les chercheurs ont utilisé les données de vent de plus de 33.000 sites à travers les Etats-Unis pour calculer la production potentielle d'une Vestas de 3 MW éolienne dans chaque emplacement. De même, ils ont utilisé les données solaires pour plus de 900 emplacements pour estimer la production d'un hypothétique panneau solaire de 1 kilowatt de 13 pour cent d’efficacité, plein sud avec une inclinaison égale à la latitude de chaque site.
Avec ces données, les chercheurs ont été en mesure d'estimer les dommages évités pour chaque éolienne et chaque panneau solaire en fonction de la production d'électricité conventionnelle qui seraient remplacée a une heure donnée dans chaque région.
Les implications politiques
Une des conséquences politique de la recherche est que les subventions pour l'énergie éolienne sont "un bénéfice net pour les contribuables»: pour chaque mégawatt-heure produite par le vent, les coûts pour le contribuables du crédit d'impôt à la production est de 22 $, mais offre 35 dollars en bénéfice, principalement grâce a l’évitement d'émissions de dioxyde de soufre et de dioxyde de carbone. Si le dioxyde de carbone était estimés à 30 $ la tonne au lieu de 20 $, ces émissions suffiraient justifier le coût du crédit d'impôt pour les parcs éoliens existants, les chercheurs disent.
Mais peut-être ces subventions devraient être attribuées à l'endroit où elles feront le plus grand bien. Avec une gamme de 10 $ à 100 $ par mégawatt-heure, selon l'endroit, il devrait être possible d'accorder des incitations pour obtenir plus d'avantages pour chaque dollars investit. Il est a remarquer que si l'objectif est d'améliorer la qualité de l'air et la santé humaine, l'Arizona et le Nouveau Mexique sont parmi les pires endroits pour l'énergie solaire», observe l'étude .
Le coauteur de l'étude Inês Azevedo, un professeur d'ingénierie et de politique publique au CMU, explique: «Au lieu de valoriser le kilowattheures, [si] le mécanisme de la politique ... regardait les tonnes métriques de dioxyde de carbone évitées et les dommages sanitaires et environnementaux évités, nous constaterions que le vent est trop subventionne en Californie et pas assez en Pennsylvanie ".
L'emplacement est essentiel, non seulement par rapport au type de production d'énergie conventionnelle déplacées par les énergies renouvelables, mais aussi par rapport au nombre de personnes touchées.
"Les centrales au charbon de l'Est sont particulièrement préjudiciables en raison de leur proximité avec les grands centres de population", note l'étude.
Siler-Evans explique: «Ces zones offrent plus d'avantages car elle remplacent les centrales au charbon qui sont contre le vent des grands centres de population."
Une autre conséquence est donner un prix au carbone, bien qu’étant une approche populaire pour atténuer le changement climatique, ne traite vraiment qu'une partie du problème. Atténuer les menaces pour la santé humaine doit être au moins autant une priorité que l'arrêt du réchauffement climatique. Alors le ciblage des incitations pour remplacer le plus de charbon pourrait offre de plus grands avantages en réduisant le dioxyde de soufre, l'oxydes d'azote et les émissions de PM2.5, et pas seulement le dioxyde de carbone.
Les résultats impliquent aussi que l'énergie éolienne et solaire peuvent être correctement évalués à près de deux fois le prix de l'électricité du réseau conventionnel, l'évolution de la notion de «parité réseau» et en jetant une lumière entièrement différente sur les subventions renouvelables . «Nous estimons dans cet article que dans certaines régions les éolienne ou le solaire fournit environ 10 cents par kilowatt-heure en avantages sociaux, et si vous créditiez le vent ou le solaire pour ces avantages en leur donnant de l'argent pour les avantages qu'ils offrent - cela changerait extrêmement l'économie de la chose», a déclaré Siler-Evans.
Mais alors que tout cela constitue des indications utiles, on peut se demander comment traduire cela en politique dans un pays où l'existence même d'incitations est constamment sous attaque. En les optimisant pour de plus grand bénéfices sanitaires et environnementaux, nous placerions une autre couche de complexité sur une industrie qui est déjà horriblement complexe et truffé de défis quand il s'agit d'intégrer plus de puissance renouvelable.
Peut-être qu'un «indice de bénéfice» devrait être dérivé de cette recherche, en assignant un numéro à chaque emplacement . Les politiques publiques pourraient utiliser ces numéros pour identifier où le vent et le solaire feront le plus de bien, et de générer un soutien dans leurs communautés. L'identification des populations spécifiques dont la santé bénéficieront du remplacement des centrales électriques au charbon aurait certainement plus de poids politiques que la menace qui semble vague et lointaine du changement climatique.
L'étude offre un point de départ utile pour évaluer correctement la production d'énergie renouvelable, en particulier à des fins politiques. Mais nous sommes d'avis que les avantages sont probablement sous-estimés, car l'efficacité des éoliennes et l'énergie solaire s'améliore tout le temps.
La dernière éolienne «brillant» de GE est plus productive à des vitesses de vent faibles que la Vestas V90 de 3 MW turbine modélisés dans l'étude. Les nouveaux modules solaires atteignent l'efficacité de18 à 22 pour cent, bien au-dessus de l'efficacité de 13 pour cent du module hypothétique utilisé dans l'étude. Et avec l'ajout de capacité de stockage, le vent existant et les installations solaires pourraient remplacer encore plus de la production des centrales électriques fonctionnant au gaz naturel ou au charbon.
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