L’énergie hydroélectrique est mondiale. La recherche sur l’hydroélectricité devrait-elle l’être également ?

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Pourquoi des experts des États-Unis et de la Norvège s’associent pour explorer comment cette énergie renouvelable pourrait contribuer à la transition mondiale vers une énergie propre

Lorsque Dany Tome est arrivée pour la première fois sur le campus du National Renewable Energy Laboratory (NREL) à Golden, dans le Colorado, elle n’a pas remarqué les herbes dorées ondulant sur les flancs des collines ni les panneaux solaires disposés en rangées géométriques nettes au sommet des parkings et des ravins.

« La première impression que j’ai eue, c’était celle des serpents », a déclaré Tome, étudiant diplômé à l’Université du sud-est de la Norvège. « Il y a des serpents ici. »

Mais Tome ne visitait pas le Colorado pour les reptiles. Il a passé cinq semaines au NREL dans le cadre d’un partenariat plus large entre la Norvège et les États-Unis. Financé par l’Office of Water Technologies du Département américain de l’énergie, le programme d’échange de connaissances soutient la collaboration entre laboratoires, universités et océans nationaux, le tout pour promouvoir l’hydroélectricité.

L’hydroélectricité reste la plus grande source d’énergie renouvelable au monde, générant plus d’électricité que toutes les autres énergies renouvelables réunies. selon l’Agence internationale de l’énergie. Et l’hydroélectricité à pompage-turbinage, qui peut stocker jusqu’à des milliers d’heures d’énergie dans des réservoirs, Il représente 94 % du stockage énergétique mondial.. Mais à mesure que les pays ajoutent des technologies d’énergie solaire et éolienne plus abordables et plus efficaces à leurs réseaux électriques, ils doivent savoir : quel est le rôle de l’hydroélectricité dans cet avenir renouvelable ?

Pourquoi le rôle de l’hydroélectricité devrait (et va) évoluer

La Norvège est célèbre pour ses fjords. Mais elle doit aussi être célèbre pour ses énergies renouvelables. Le pays obtient environ 98 % de son énergie à partir de ressources renouvelables, la majorité (92 %) provenant de l’énergie hydroélectrique.

Même si les États-Unis n’atteignent qu’environ 6% de son électricité provient de l’énergie hydroélectrique., les deux pays disposent d’un potentiel important pour tirer davantage d’électricité (ou d’autres avantages) de l’hydroélectricité. Certaines centrales hydroélectriques, par exemple, peuvent produire de l’électricité à la demande, faisant de l’hydroélectricité un partenaire fiable pour d’autres sources renouvelables. Lorsque le soleil se couche ou que le vent diminue, l’hydroélectricité peut combler les lacunes et garantir que le réseau reste fiable et résilient.

Les deux pays s’appuient également sur des types d’énergie hydroélectrique similaires : principalement de grandes centrales basées sur des réservoirs (par opposition aux plus petites situées le long des rivières). Pour remplir ces réservoirs, les centrales hydroélectriques dépendent de la fonte du manteau neigeux ou des glaciers et de l’eau de pluie, qui pourraient tous diminuer à mesure que la planète se réchauffe.

Mais les deux pays (et le monde) partagent également autre chose : le changement climatique.

« Ces choses ne sont pas liées aux pays. Partout dans le monde, l’effet est similaire », a déclaré Mayank Panwar, faisant référence aux impacts du changement climatique. Panwar, ingénieur de recherche principal au NREL, a accueilli Tome et plusieurs autres chercheurs en hydroélectricité de l’Université du sud-est de la Norvège à partir de l’été 2023.

Chaque pays est aux prises avec ses propres crises liées au changement climatique, telles que des inondations meurtrières dans les régions humides et des récoltes dévastées dans les régions arides ; Pour enrayer ces crises, nombreux sont ceux qui poursuivent des objectifs ambitieux en matière d’énergie propre.

« Alors, quelle est la place de l’hydroélectricité dans tout cela ? -Panwar a demandé.

Pourquoi le réseau du futur a besoin d’une hydroélectricité moderne

Bien que L’éolien et le solaire dépasseront probablement le géant dans les années à venir.L’hydroélectricité continuera de jouer un rôle clé dans le soutien des réseaux électriques d’énergie propre dans le monde entier.

Cependant, de nombreux pays, dont la Norvège et les États-Unis, étudient exactement comment des versions modernes de ce poids lourd renouvelable pourraient être intégrées dans les futurs réseaux d’énergie propre.

Les technologies hydroélectriques ne sont pas sans défauts : par exemple, les installations peuvent, selon l’endroit et la manière dont elles sont construites, affecter la migration des poissons. Les technologies hydroélectriques actuelles sont déjà plus respectueuses de l’environnement que leurs prédécesseurs. Et la Norvège et les États-Unis étudient comment atténuer les impacts environnementaux, écosystémiques et communautaires de l’hydroélectricité grâce, par exemple, à des technologies de passage du poisson sécurisées.

Les installations hydroélectriques existantes pourraient être rendues plus efficaces grâce à des mises à niveau modernes, des réparations et même certaines améliorations numériques. Si les deux pays parviennent à numériser leurs centrales analogiques, les opérateurs pourraient mieux contrôler la quantité d’électricité qu’ils produisent (et quand) et s’adapter à l’évolution des besoins du réseau.

Mais bon nombre de ces nouvelles technologies hydroélectriques sont encore en cours de développement. Avant que les pays n’investissent dans des mises à niveau coûteuses et fastidieuses des installations actuelles, ils doivent savoir lesquelles offrent les plus grands avantages et quel impact ces changements pourraient avoir sur un futur réseau d’énergie propre.

Ensemble, Panwar et Tome, ainsi que leurs collègues du NREL et de la Norvège, espèrent répondre à ces grandes questions sur l’hydroélectricité. Panwar, par exemple, a récemment construit une plate-forme capable d’émuler les nouvelles technologies hydroélectriques et simulez comment ils pourraient fonctionner une fois connectés à un véritable réseau électrique.

Mais tandis que Panwar explore de vastes questions qui couvrent l’ensemble du réseau, Tome se concentre sur la partie la plus essentielle et la plus fondamentale d’une centrale hydroélectrique : le générateur.

Maîtriser la machine

Tome est tombé amoureux des machines pour la première fois lors d’une de ses études universitaires. (Il en a un en physique et un autre en génie électrique). De retour dans son Honduras natal, Tome se souvient qu’un professeur s’est approché de lui dans son laboratoire et lui a dit : « Construisons une machine à six phases ». Il aurait tout aussi bien pu dire : « Construisons une licorne ». Les systèmes électriques, tels que les générateurs et les réseaux électriques, ne comportent généralement que trois phases (les phases indiquent la quantité d’énergie fournie par le système à la fois). Tome ne pensait pas qu’il était possible d’en ajouter davantage. Maintenant, il ne peut plus sortir la licorne de sa tête.

Après l’université, Tome a obtenu un double master en énergie éolienne et en génie électrique respectivement de l’Université norvégienne des sciences et technologies et de l’Université de technologie de Delft. Dans ses travaux d’études supérieures, il conçu un générateur 13 phases pour éoliennes, ce qui pourrait augmenter la quantité d’électricité qu’une turbine pourrait produire. Mais après avoir obtenu sa maîtrise, Tome s’est tourné vers l’hydroélectricité.

« Au Honduras, nous disposons de nombreuses ressources hydroélectriques », a déclaré Tome. « Et j’ai dit : ‘D’accord, cela peut convenir.’ Je peux aider mon pays avec ça.

Mais Tome est partagé entre aider son pays à développer une nouvelle énergie hydroélectrique et aider à résoudre des mystères scientifiques mondiaux complexes en tant que chercheur. « Peut-être que je suis trop ambitieux », a-t-il déclaré.

Au NREL, Tome a trouvé une solution possible qui pourrait servir les deux objectifs. En collaboration avec Panwar, il a étudié comment les générateurs hydroélectriques peuvent être chauffés avant d’atteindre des températures destructrices. Et il a découvert le traditionnel seuil thermique (la température à laquelle les centrales hydroélectriques actuelles s’arrêteraient, paralysant la production d’électricité).peut être beaucoup plus élevé que ce que l’on pensait initialement. Ce seuil pourrait être encore plus élevé si les générateurs étaient mieux isolés et conservés au frais plus longtemps.

Cette découverte pourrait aider les États-Unis et la Norvège à accroître leur production d’énergie propre, sans construire de nouvelles usines. Si les centrales hydroélectriques existantes pouvaient faire fonctionner leurs générateurs en toute sécurité plus longtemps, les deux pays pourraient produire davantage d’énergie propre avec leurs parcs existants. Bref, ils peuvent faire plus avec moins.

« D’une certaine manière, cela ouvre la boîte de Pandore », a déclaré Tome à propos de sa découverte, « car nous devons désormais réfléchir différemment à la manière de faire fonctionner ces machines et à leur impact sur le réseau ».

« Ces machines » s’étendent également au-delà des centrales hydroélectriques. Si ces centrales peuvent bénéficier de moteurs plus efficaces et plus durables, les véhicules électriques et les éoliennes ou même les tracteurs et les camions peuvent également le faire.

« Mon objectif est de concevoir des machines », a déclaré Tome. « Peu importe le type de machine. »

Mais pour l’instant, Tome se concentrera sur l’hydroélectricité. Bien qu’il soit retourné en Norvège en novembre, il envisage de retourner au NREL pour continuer à travailler avec Panwar. Le duo prévoit de simuler exactement la température que pourraient atteindre leurs nouveaux moteurs et si ces changements de niveau de générateur pourraient affecter le réseau.

« Nous vivons dans cette Transition énergétique verte, n’est-ce pas ? » dit Tomé. « Nous avons besoin de plus d’énergie éolienne et solaire. Mais nous disposons également de technologies plus anciennes, comme l’hydroélectricité.

Même si l’hydroélectricité est presque aussi ancienne que les fjords norvégiens, elle restera notre ancienne ressource, surtout si Tome, Panwar et leurs collègues américains et norvégiens peuvent contribuer à moderniser ce géant des énergies renouvelables.

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Article de NREL. Par Caitlin McDermott-Murphy.