Abordons l’impact de la variabilité climatique sur la conception et l’exploitation des systèmes d’énergie renouvelable. Un défi considérable est posé : comment équilibrer efficacement le coût du cycle de vie et les émissions de CO2 ? Ce sujet est exploré à travers une étude menée sur des bâtiments de bureaux en Arabie Saoudite.
Ce pays, doté d’une des consommations d’énergie et des taux d’émissions de CO2 les plus élevés au monde, se trouve à la croisée des chemins en termes de transition énergétique.
L’intégration des systèmes d’énergie renouvelable est indispensable pour l’approvisionnement en électricité à faible émission de carbone de demain. Cependant, leur conception et leur fonctionnement doivent prendre en compte la manière dont la variabilité du climat affecte la disponibilité des ressources énergétiques renouvelables et la demande en énergie.
Des chercheurs du KAUST et de l’Université de Sharjah ont étudié un bâtiment de bureaux typique dans trois villes saoudiennes : Riyad, Jeddah et NEOM, avec une électricité fournie par des énergies renouvelables et une flexibilité d’accès au réseau électrique. Un cas sans connexion au réseau a également été envisagé.
Les chercheurs ont utilisé des jeux de données météorologiques avec différents niveaux de variabilité pour optimiser la conception des systèmes d’énergie renouvelable pour les bâtiments et évaluer leur performance opérationnelle. Ils ont examiné le nombre de panneaux photovoltaïques, d’éoliennes, de batteries et l’énergie obtenue du réseau pour équilibrer le coût du cycle de vie et les émissions de CO2.
La postdoctorante Farah Souayfane commente : « L’étude montre que l’accès au réseau électrique est important : l’impact de la variabilité du climat et des événements météorologiques extrêmes sur la conception des systèmes d’énergie renouvelable peut être diminué s’il y a accès à un réseau électrique.
Elle ajoute : « La prise en compte de la totalité de la variabilité du climat, en particulier des événements météorologiques extrêmes, augmente les coûts d’un système entièrement alimenté par des énergies renouvelables en raison de l’augmentation du stockage des batteries. Cependant, si les événements météorologiques extrêmes ne sont pas pris en compte au stade de la conception, il peut y avoir un écart de performance significatif. Cet écart peut être compensé par l’intégration au réseau, qui n’augmente pas le coût du système mais augmente les émissions globales de CO2. »
Il apparait que lorsque les émissions de CO2 diminuent, le coût du cycle de vie augmente. D’un côté, nous avons un système avec des émissions maximales de CO2 et le coût de cycle de vie le plus bas, soit un système qui a une offre minimale d’énergie renouvelable ou qui est entièrement dépendant du réseau électrique. À l’autre extrême, nous avons une solution sans CO2 et avec un coût de cycle de vie maximal, basée sur un système entièrement alimenté par des énergies renouvelables sans électricité du réseau.
Ricardo Lima, co-auteur de l’étude, affirme : « L’impact de la variabilité du climat sur le coût du cycle de vie des systèmes entièrement alimentés par des énergies renouvelables peut être réduit si un budget d’émissions de CO2 est prévu. »
Les chercheurs ont examiné l’impact d’une taxe carbone et ont constaté que pour les bâtiments et les sites étudiés, cette taxe devrait être relativement élevée pour inciter à l’adoption de systèmes entièrement alimentés par des énergies renouvelables et n’émettant pas de CO2.
Au cours de l’été, la demande d’électricité atteint son pic dans les trois villes à cause de l’utilisation extensive de la climatisation. À Jeddah, le refroidissement est nécessaire la plupart de l’année, tandis qu’à Riyad et à NEOM, le chauffage est souvent nécessaire pendant les jours froids.
Vers un Futur Plus Vert ?
L’Arabie Saoudite, l’un des plus grands consommateurs d’énergie et émetteurs de CO2 au monde, est confrontée à une demande croissante d’électricité due à son développement économique accru. Avec un objectif de la Vision 2030 de 30% d’énergies renouvelables d’ici 2030, le Royaume pourrait aider à réduire ses émissions de carbone de 130 millions de tonnes d’ici 2030.
En Synthèse
La variabilité climatique présente un défi de taille pour la conception et l’exploitation des systèmes d’énergie renouvelable. Les recherches menées en Arabie Saoudite illustrent la complexité de cette problématique. Il est indispensable de prendre en compte cette variabilité lors de la conception des systèmes, ainsi que l’impact des événements météorologiques extrêmes sur les coûts et les performances. L’accès à un réseau électrique peut atténuer ces défis, mais entraîne une augmentation des émissions globales de CO2. L’intégration de systèmes entièrement renouvelables nécessite un investissement conséquent, mais peut contribuer à l’objectif d’une réduction significative des émissions de CO2 à l’avenir.
Pour une meilleure compréhension
Quelle est l’importance de la variabilité climatique dans la conception des systèmes d’énergie renouvelable ? La variabilité climatique peut affecter la disponibilité des ressources en énergie renouvelable et la demande en énergie. Il est donc crucial de la prendre en compte lors de la conception des systèmes.
Quel est le rôle du réseau électrique dans l’équilibre entre le coût du cycle de vie et les émissions de CO2 ? L’accès à un réseau électrique peut atténuer l’impact de la variabilité climatique sur la conception des systèmes d’énergie renouvelable. Cependant, cela peut également augmenter les émissions globales de CO2.
Quelle est l’implication d’une taxe carbone ? Une taxe carbone élevée pourrait inciter à l’adoption de systèmes entièrement alimentés par des énergies renouvelables et n’émettant pas de CO2.
Légende illustration image : Panneaux solaires sur le toit des bâtiments du campus de l’Université des sciences et technologies du roi Abdallah. ©2023 KAUST
REFERENCE : Souayfane, F., Lima, R.M., Dahrouj, H., Dasari, H.P., Hoteit, I., Knio, O. On the behavior of renewable energy systems in buildings of three Saudi cities: Winter variabilities and extremes are critical. Journal of Building Engineering 70, 106408 (2023).
