Produire de l’énergie utilisable à partir de sources géothermiques est très rentable
Lorsque nous entendons les gens parler d’énergie renouvelable, l’énergie solaire et éolienne sont généralement les premières sources qui viennent à l’esprit. Mais qu’en est-il des autres ? Dans cet article, nous nous concentrerons sur les coûts de l’énergie géothermique. La géothermie est une source d’énergie renouvelable à très fort potentiel qui, à notre avis, est sous-estimée pour sa production d’électricité et d’énergie de chauffage / refroidissement.
Tout d’abord, nous allons définir ce que c’est et comment nous le convertissons en énergie. Ensuite, nous décomposerons les coûts pour voir si c’est vraiment un concurrent sur le marché des énergies renouvelables de plus en plus abordable.
Qu’est-ce que la géothermie ?
Vous êtes-vous déjà détendu dans une source chaude auparavant? Ensuite, vous êtes déjà plus familier avec l’énergie géothermique que vous ne le pensez. L’énergie géothermique, considérée comme tout ce qui est « lié à la chaleur interne de la terre », est créée à partir de la chaleur produite en continu dans la couche interne de roche fondue de la terre.
Pourquoi cette couche est-elle si chaude, demandez-vous? Parce qu’il est plein d’éléments radioactifs et de métaux comme l’uranium et le potassium. Ces matériaux se décomposent naturellement et le processus crée beaucoup de chaleur. (Une note intéressante, c’est là que nous obtenons l’uranium pour fabriquer de l’énergie nucléaire. Lire notre article L’énergie nucléaire est-elle renouvelable ? pour en savoir plus. Indice: la réponse réside dans l’uranium utilisé!)
Comment fabriquons-nous de l’énergie à partir de cette chaleur souterraine?
Ok, alors maintenant nous savons qu’il fait chaud là-bas, mais comment utilisons-nous la chaleur piégée sous la roche pour générer de l’énergie? Excellente question! Pendant des milliers d’années, l’eau de pluie s’infiltre à la surface de la terre et s’accumule dans des réservoirs souterrains, où la roche fondue chaude chauffe l’eau. Des puits forés jusqu’à 10 000 pieds sous terre amènent ce fluide chaud à la surface pour produire de l’électricité dans une centrale géothermique.
Il existe trois types différents de centrales géothermiques: la vapeur flash, le cycle binaire et la vapeur sèche. Bien que chacun fonctionne différemment, tous mettent en œuvre la même conception de base consistant à aspirer de l’eau chaude et de la vapeur du sol pour faire tourner des turbines qui génèrent ensuite de l’électricité mécanique.
La majorité des centrales géothermiques sont des centrales à vapeur flash. Cependant, le type de centrale est déterminé par les caractéristiques et l’emplacement de chaque champ géothermique. Regardez cette vidéo pour voir de plus près le processus de production d’énergie géothermique à partir d’une centrale à vapeur flash.
Paysage américain de l’énergie géothermique
Les États-Unis sont de loin le plus grand producteur d’énergie géothermique. La première centrale géothermique des États-Unis, le complexe Geyser, est située dans le nord de la Californie et reste la plus grande centrale géothermique au monde! Il est composé de plus de 20 usines de production géothermique.
La majorité des États de l’Ouest des États-Unis sont riches en ressources géothermiques, car il existe une multitude de « points chauds » dans toute la région où la croûte terrestre est mince, permettant à l’eau chaude de remonter à la surface. Il en résulte des sources chaudes naturelles et des geysers, comme ceux du parc national de Yellowstone, où l’eau peut atteindre 430 ° Fahrenheit.
En dehors des « points chauds », l’énergie géothermique est accessible presque partout avec l’utilisation de pompes à chaleur géothermiques. C’est précisément ainsi que des milliers de bâtiments et de maisons aux États-Unis maintiennent leur température, car l’énergie géothermique peut non seulement produire de l’électricité, mais aussi être utilisée pour le refroidissement et le chauffage.
Géothermie contre solaire et éolien
D’accord, il est donc maintenant clair que nous pouvons utiliser la chaleur du sous-sol comme source d’énergie propre et gratuite. Mais de quoi s’agit-il ? La géothermie est-elle vraiment meilleure que d’autres énergies renouvelables développées comme le solaire ou l’éolien?
Le combustible qui alimente les centrales géothermiques est disponible 24 heures par jour, 365 jours par an, ce qui lui permet de servir de source d’énergie primaire. C’est quelque chose que l’énergie solaire et éolienne ne peut pas offrir.
Vous avez probablement déjà entendu parler de la nature intermittente de nombreuses sources d’énergie renouvelables — nous ne pouvons pas compter sur le soleil pour briller ou le vent pour souffler au même moment où nous avons des demandes énergétiques élevées.
C’est une grande raison pour laquelle nous avons dû continuer à compter sur les combustibles fossiles comme le charbon et le gaz naturel. Ces sources d’énergie conventionnelles sont nos sources d’énergie primaires, ou de base, sur le réseau électrique en raison de la stabilité et de la cohérence de l’énergie qu’elles fournissent.
Alors que le solaire et l’éolien ne sont toujours pas en mesure de rivaliser avec ces poids lourds à forte empreinte carbone lorsqu’il s’agit de fournir de l’électricité de base, la géothermie peut le faire. Il peut fonctionner de manière cohérente à un taux de disponibilité de plus de 90% (le pourcentage de temps pendant lequel l’usine produit de l’énergie). C’est impressionnant, surtout par rapport au charbon, qui se trouve à 75% de disponibilité.
De plus, son prix ne fluctue pas comme le prix du pétrole, du gaz ou du charbon. Il offre une énergie stable et propre sans la volatilité des prix de l’énergie fossile. Tous ces facteurs combinés créent une source d’énergie compétitive qui pourrait être une grâce salvatrice pour le marché de l’énergie américain.
Durabilité de l’énergie géothermique
Ok c’est renouvelable, mais est-ce durable? Pouvons-nous continuer à utiliser indéfiniment cette eau souterraine sans aucun effet néfaste? La durabilité de la géothermie a été prouvée grâce à l’utilisation continue de la toute première centrale géothermique au monde en Italie, en service depuis 1913.
Alors que la pression de la vapeur et de l’eau a diminué dans certaines usines, nous avons maintenant la capacité de réinjecter les eaux usées dans le sol par le puits après leur utilisation, prolongeant ainsi la durée de vie du réservoir.
Puiser dans la croûte terrestre: les coûts de l’énergie géothermique
Allons au cœur du problème: le coût. Le « carburant » de l’énergie géothermique, la chaleur émise par la croûte terrestre, est gratuit! Ainsi, une fois la centrale construite, les coûts de l’énergie géothermique au jour le jour sont faibles. L’exploitation et la maintenance varient de 0,01 $ à 0,03 kW le kWh pour une centrale géothermique moyenne aux États-Unis.
Cependant, les coûts initiaux en capital ne sont pas si faibles. Les coûts d’installation des centrales géothermiques comprennent: l’exploration et l’évaluation des ressources; le forage de puits; l’infrastructure sur le terrain; la construction d’installations de production et le raccordement au réseau. Selon le département américain de l’Énergie (DOE), les coûts initiaux pour le terrain et la construction d’une centrale géothermique aux États-Unis sont d’environ 2500 $ par kW installé.
Si nous voulons avoir une idée de la comparaison de ces coûts avec d’autres sources d’énergie, nous devrions examiner une mesure très complète de la production d’énergie appelée coût nivelé de l’énergie (LCOE).
Pas de panique, nous n’allons pas exposer de formules. L’idée de base est de combiner tous les coûts fixes et variables d’une centrale énergétique, tout en tenant compte de la quantité d’énergie que la centrale peut produire et pour combien d’années.
Le résultat final est une métrique que nous utilisons pour faire des comparaisons objectives entre une source d’énergie et la suivante. C’est aussi ce que les investisseurs utilisent pour décider si un certain type de production d’énergie peut atteindre la commercialisation, compte tenu des différents coûts qu’elle nécessite.
Le DOE a recueilli des informations sur les futures centrales énergétiques qui devraient commencer à produire de l’énergie entre 2018 et 2022. Ils ont constaté que le LCOE total estimé du système pour une centrale géothermique est de 44 $/MWh, (p. 7) le LCOE le plus bas de toute autre source d’énergie.
Pour vous donner une idée de la faiblesse de ce 44 $ / MWh, considérez comment il se compare aux sources traditionnelles: le gaz naturel se classe entre 54 $ et 100/ / MWh (selon le type d’installation de production), tandis que le nucléaire arrive à 96 $ / MWh. Le charbon est absent de cette liste car il n’y a pas d’installations de charbon « propres » à construire d’ici 2022 qui respectent les directives imminentes sur les installations de production.
Fait intéressant, la géothermie a même battu les autres énergies renouvelables! L’énergie solaire est arrivée à 73,7/ /MWh, l’éolien terrestre à 55,8 $/ MWh et l’hydroélectricité à environ 64 $/ MWh. (À noter que ces chiffres n’incluent aucune offre de crédit d’impôt du gouvernement américain.)
Questions persistantes
Donc, si l’énergie géothermique est si bon marché et si propre, pourquoi n’en utilisons-nous pas davantage aux États-Unis? Excellente question. En fait, bien que les États-Unis soient le premier pays en production géothermique, ils ont exploité moins de 0,6% de leurs ressources en électricité géothermique.
Divers facteurs contribuent à ce manque de développement, notamment des coûts d’investissement initiaux élevés, une demande stable et les risques liés aux forages exploratoires jouent tous un rôle (p. 3). En outre, le crédit d’impôt fédéral de 30% pour les coûts du système géothermique, mis en œuvre en 2008, a expiré fin 2016 (il s’agit du même crédit que les législateurs fédéraux ont accordé pour les installations solaires). Pourtant, la production d’énergie géothermique continue de croître aux États-Unis. L’électricité produite à partir de la géothermie devrait quadrupler d’ici 2040 aux États-Unis.
Le dernier mot sur l’énergie géothermique
L’énergie géothermique est en hausse, tant au niveau national qu’international. Il est produit dans plus de 80 pays et répond aux besoins en électricité de 60 millions de personnes à travers le monde. Cette source d’énergie économique et fiable continuera d’être utilisée de plus en plus à mesure que la pression s’intensifiera contre l’utilisation de combustibles fossiles et que le monde cherchera une alternative énergétique stable et propre. Ce potentiel est présent avec la géothermie.
En fait, si nous combinions toute la chaleur émise par la Terre à environ 30 000 pieds de la surface, nous pourrions générer 50 000 fois plus d’énergie que toutes les sources mondiales de gaz naturel et de pétrole réunies! C’est beaucoup de chaleur et beaucoup de potentiel énergétique.