Étude de cas
Le potentiel de energie superhot rock aux États-Unis
Et s'il existait une source d'énergie renouvelable omniprésente et permanente capable de remplacer la production d'électricité à partir de combustibles fossiles et de répondre à une grande partie des besoins énergétiques futurs de la planète ? Et si cette source d'énergie pouvait fournir une alimentation ferme sans problème de variabilité ? Et si elle avait une faible empreinte terrestre et était disponible dans le monde entier, réduisant ainsi la nécessité d'importer de l'énergie ?
Cette source d'énergie est possible. Elle s'appelle energie superhot rock.
La puissance de l'énergie géothermique des roches très chaudes
energie superhot rock est une source d'énergie émergente qui exploitera des réserves massives d'énergie renouvelable en pompant de l'eau profondément dans des roches souterraines chaudes, où elle se réchauffe naturellement avant de revenir à la surface sous forme de vapeur. Cette vapeur pourrait être utilisée pour produire de l'électricité sans carbone, de l'hydrogène propre et d'autres produits à haute intensité énergétique.
Les systèmes géothermiques traditionnels utilisés aujourd'hui ne fonctionnent que dans les régions où l'eau chaude existe naturellement près de la surface de la terre. En revanche, les systèmes energie superhot rock s'enfonceraient plus profondément dans la terre et ne nécessiteraient pas de sources d'eau souterraines, ce qui les rendrait viables dans le monde entier. Avec des investissements appropriés pour surmonter les obstacles technologiques, energie superhot rock pourrait atteindre une échelle commerciale. Si c'est le cas, energie superhot rock pourrait fournir de l'énergie propre à grande échelle sans le risque d'importation et l'empreinte sur l'utilisation des sols d'autres sources d'énergie.
Figure 1 : Animation d'un système energie superhot rock
energie superhot rockL'énorme potentiel des États-Unis
Une modélisation inédite réalisée par Clean Air Task Force et l'université de Twente aux Pays-Bas a permis d'estimer le potentiel de energie superhot rock dans le monde entier. Cette modélisation représente des estimations préliminaires du potentiel de roches très chaudes, plutôt que des ressources confirmées. Néanmoins, elle suggère que les États-Unis sont bien dotés en ressources de roches très chaudes, comme l'illustre notre carte mondiale.i
CATFLe modèle de energie superhot rock trouve un potentiel sur environ 20 % de la superficie des États-Unis - soit plus de 750 000 miles carrés - à des profondeurs inférieures à environ 8 miles (12,5 km). En se concentrant sur la recherche et l'innovation technologique en matière de forage profond, les États-Unis devraient être en mesure d'accéder à des quantités significatives de energie superhot rock.
À peine 1 % des ressources en roches très chaudes des États-Unis pourrait fournir 4,3 térawatts de capacité énergétique (voir figure 2), ce qui permettrait de produire près de 36 000 térawatts-heure (TWh) d'électricité. Bien que ces chiffres ne soient que préliminaires, leur échelle est énorme. Pour mettre les choses en perspective, la ville de New York a consommé 53 TWh d'électricité en 2019, de sorte que la capacité des ressources energie superhot rock des États-Unis pourrait théoriquement satisfaire la demande annuelle d'électricité de près de 680 villes supplémentaires équivalentes à la ville de New York.
Demande d'énergie aux États-Unis
La demande énergétique des États-Unis devrait augmenter au cours des prochaines décennies en raison de l'accroissement de la population, de l'augmentation de la consommation d'énergie par habitant et de l'électrification de nouveaux secteurs de l'économie. Le pays devra également adopter des technologies à plus forte intensité énergétique pour s'adapter à la hausse des températures et aux sécheresses prolongées, tout en détournant son secteur énergétique des combustibles fossiles.
Le potentiel de capacité des États-Unis ( energie superhot rock ) est nettement supérieur à la demande totale d'électricité du pays en 2021. S'il était pleinement déployé et utilisé, le potentiel de ressources en roches superchaudes des États-Unis dépasserait de plus de 30 000 térawattheures la demande d'électricité du pays en 2021. Ce type de potentiel de production excédentaire pourrait être exporté sous la forme de produits à forte consommation d'électricité ou sur le site carburants à zéro émission de carbone.
Figure 2 : Capacité potentielle totale du site energie superhot rock s'il est pleinement exploité aux États-Unis
Avantages pour l'environnement et la santé
La contribution déterminée au niveau national (NDC) des États-Unis dans le cadre de l'Accord de Paris vise à réduire les émissions de plus de 3 450 mégatonnes de CO2eq par an d'ici 2030, et le pays s'est fixé un objectif distinct consistant à produire de l'électricité 100 % sans pollution par le carbone d'ici 2035. En utilisant seulement 1 % de la dotation des États-Unis en energie superhot rock pour remplacer le charbon et le gaz dans la production d'électricité, on éliminerait plus de 1 600 mégatonnes d'émissions de carbone, ce qui équivaut à près de la moitié de l'objectif des États-Unis en matière de NDC. Bien qu'il soit improbable que energie superhot rock atteigne l'échelle commerciale à temps pour soutenir les objectifs des États-Unis en matière d'énergie propre à l'horizon 2030, cette découverte illustre son potentiel à permettre la stratégie énergétique à faible teneur en carbone du pays au fil du temps. energie superhot rock aurait également des effets bénéfiques sur la qualité de l'air et la santé en réduisant les oxydes d'azote, le dioxyde de soufre, les particules et d'autres polluants toxiques associés à la combustion de combustibles fossiles. L'excédent de energie superhot rock pourrait aider les États-Unis à produire carburants à zéro émission de carbone pour décarboniser les secteurs de l'industrie et des transports.
Tirer parti de l'expertise du sous-sol
Les États-Unis sont réputés pour leur expertise et leurs infrastructures souterraines. Le secteur pétrolier et gazier du pays est bien placé pour exploiter les roches très chaudes sur le territoire national et à l'étranger. Les compagnies pétrolières et gazières américaines disposent d'une grande expertise dans de nombreux domaines techniques nécessaires pour déployer rapidement le site energie superhot rock et d'une flotte d'actifs internationaux, tels que des plates-formes de forage et des partenaires contractuels, qui pourraient le faire à l'échelle mondiale. Un grand nombre d'électriciens, de mécaniciens, de géoscientifiques et d'autres personnes travaillant actuellement dans le secteur pétrolier et gazier américain pourraient trouver un emploi similaire dans l'industrie des roches très chaudes, ce qui permettrait de créer une filière d'emploi sans émission de carbone. Entre-temps, un programme intensif de forage et de développement des ressources par des consortiums bien financés comprenant des acteurs de l'industrie pétrolière et gazière dans tout le pays pourrait fournir les connaissances et l'innovation nécessaires au développement et à la commercialisation rapide de energie superhot rock.
Permettre un réseau fiable et efficace
energie superhot rock est disponible 24 heures sur 24, qu'il pleuve ou qu'il vente. Un système électrique dépourvu de ce type d'énergie garantie nécessite la mise en place d'une capacité de production et de transport excédentaire afin de garantir qu'il y en ait toujours assez pour répondre à la demande. Par exemple, une étude récente menée en Californie a révélé qu'un système énergétique comprenant une énergie propre et ferme nécessiterait un tiers de la nouvelle capacité de transport par rapport à un système dépourvu de ces ressources. Enfin, le profil de production 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 de energie superhot rock permet de mieux utiliser l'infrastructure de réseau existante en fonctionnant de manière fiable et cohérente, ce qui réduit la dépendance à l'égard du déplacement de la demande et de la production d'appoint coûteuse.
Utilisation efficace des sols
energie superhot rock devrait être une ressource extrêmement dense en énergie, de sorte que ses besoins en terres seront exceptionnellement faibles. On estime que la production de 1 GW de energie superhot rock nécessite environ 7 km2 de terrain, contre environ 100 km2 de terrain pour le gaz naturel, 110 km2 pour l'énergie solaire, 325 km2 pour l'énergie éolienne en mer et 8 700 km2 pour la biomasse.ii
Quel en sera le coût ?
Selon une modélisation préliminaire, l'électricité produite à partir de ressources energie superhot rock parvenues à maturité pourrait être compétitive par rapport aux sources d'énergie conventionnelles, à un prix potentiellement aussi bas que 25-40 dollars (USD) par MWh en moyenne mondiale.v Les coûts initiaux seront plus élevés pour les premiers projets du genre, mais ils sont susceptibles de diminuer progressivement de la même manière que les coûts des projets de gaz de schiste non conventionnels, solaires et éoliens ont diminué après la commercialisation.
Figure 3 : Un graphique illustratif montre comment l'électricité produite à partir de roches très chaudes devrait être compétitive pour les centrales de type Nth-of-a-kind (NOAK) sur la base du coût estimé de l'électricité après une commercialisation complète.
Avec le financement et le soutien politique adéquats, le site energie superhot rock pourrait développer tout son potentiel : créer de l'énergie renouvelable en abondance dans le monde entier.
Pour en savoir plus sur les innovations politiques et technologiques nécessaires à la réalisation du potentiel révolutionnaire de energie superhot rock, visitez notre site web. Pour en savoir plus sur les résultats de l'étude de cartographie thermique de CATF, cliquez ici. Pour toute question, contactez [email protected].
Notes de fin d'ouvrage
i. Méthodologie à venir
ii. Estimations de l'utilisation des sols pour energie superhot rock d'après LucidCatalyst et Hotrock Research Organization. (2023). A Preliminary Techno-Economic Model of energie superhot rock. https://www.catf.us/resource/preliminary-techno-economic-model-superhot-rock-energy/. Les estimations de l'utilisation des terres pour toutes les autres sources d'énergie proviennent de Lovering, Jessica, Swain, Marian, Blomqvist, Linus, & Hernandez, Rebecca R. (2022). "L'intensité de l'utilisation des terres pour la production d'électricité et le paysage énergétique de demain". PLoS ONE 17(7) : e0270155. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0270155
v. Les scénarios de coûts ont été élaborés à l'aide du modèle technico-économique SHR de CATF(Herter, 2023). Il est important de comprendre que le risque ou la restriction de l'eau n'a pas été pris en compte. En outre, le rapport LCOE suppose des innovations techniques en matière de forage profond, de création de réservoirs, de construction de puits et d'outils de fond de puits nécessaires pour permettre le développement commercial d'un projet géothermique dans des roches très chaudes. Ces estimations de coûts ne représentent pas les coûts probables d'unepremièreusine de production deroches très chaudes. Le rapport estime plutôt les coûts pour desinstallations de type n-ième. En outre, le rapport prend en compte les modes d'exploitation et les connaissances disponibles aux États-Unis. Les chiffres n'ont pas été ajustés pour tenir compte des biais régionaux en matière de coûts.
L'avenir des roches très chaudes :
Les étapes clés de la réussite
Investissements privés et publics
Des investissements privés et publics sont nécessaires pour permettre à energie superhot rock d'atteindre son plein potentiel. Les ressources des gouvernements, de l'industrie géothermique, des institutions universitaires, de l'industrie pétrolière et gazière et des entreprises technologiques seront nécessaires.
Investissements publics
Les investissements publics précoces peuvent donner un coup d'accélérateur au processus de commercialisation en offrant des incitations pour les campagnes de forage, en finançant la R&D à un stade précoce afin de réduire les risques liés aux roches très chaudes dans les secteurs public et privé, en finançant des projets pilotes et en renforçant la coopération dans le cadre de projets internationaux.
Réglementation
régime
De nouvelles politiques sont nécessaires pour garantir que le développement de energie superhot rock est à la fois sûr et efficace. Des cadres institutionnels sont également nécessaires pour fournir les ressources nécessaires au développement et à la mise à l'échelle au niveau mondial.
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