Il y a 10 à 15 ans, «l'énergie verte» ressemblait à un divertissement pour les pays riches et riches: le coût de l'énergie produite par les éoliennes et les centrales solaires était incomparablement plus élevé que le coût d'un kilowattheure obtenu en brûlant des combustibles fossiles. Réduire l'effet de serre, minimiser les émissions et autres arguments en faveur de l'écologie sont souvent passés au second plan dès qu'il s'agit de la composante économique: après tout, à quoi bon commencer la construction d'une station solaire si l'énergie qui en découle sera beaucoup plus cher que, par exemple, du charbon ...
Cependant, une révolution tranquille a eu lieu sous nos yeux. Au cours des 10 dernières années, le coût de l'énergie provenant de sources renouvelables a baissé plusieurs fois et égalé l'énergie traditionnelle (et est même devenu plus bas!), Tandis que le prix de l'énergie provenant des combustibles fossiles est resté à peu près au même niveau, et dans le cas du nucléaire l'énergie, au contraire, augmentait généralement.
Pourquoi l'énergie verte devient-elle moins chère si rapidement? Et à quoi ce processus peut-il conduire? Nous avons sélectionné les plus importants issus de la publication de Max Roser, éditeur du portail Our World in Data.
Le prix comme facteur déterminant
Diagramme 1. Image originale.
Aujourd'hui, les combustibles fossiles - charbon, pétrole et gaz - représentent environ 79% de la production énergétique mondiale. Et cela a de graves conséquences négatives: l'infographie ci-dessus compare le taux de mortalité de la population due à la pollution de l'air (à gauche) et la quantité de gaz à effet de serre produite (à droite).
La combustion de combustibles fossiles représente 87% de toutes les émissions mondiales de CO2, ce qui met en danger non seulement la vie de nos descendants, mais l'ensemble de la biosphère dans son ensemble. Et c'est la raison de la mort de nombreuses personnes à notre époque: chaque année de ces émissions meurent3,6 millions de personnes dans le monde. C'est six fois plus que le taux de mortalité attribuable aux meurtres, à la guerre et aux attentats terroristes réunis.
Il ressort clairement du graphique 1 que les alternatives aux combustibles fossiles telles que les sources d'énergie renouvelables (SER) et l'énergie nucléaire sont des ordres de grandeur plus sûres et plus propres.
Mais pourquoi, alors, ne l'économie mondiale est toujours compter sur les combustibles fossiles?
La réponse est simple: la raison en est que ce type particulier de carburant est resté le moins cher pendant longtemps. Moins cher que toutes les autres sources d'énergie. C'est pour cette raison qu'aujourd'hui le charbon fournit encore 37% de l'électricité mondiale. Le gaz vient en deuxième position (24%). Et ensemble, ils sont la plus grande source d'effet de serre, contribuant à 30% de toutes les émissions mondiales.
Diagramme 2. Image originale .
Le graphique 2 montre à quel point le prix de l'électricité produite à partir de sources non renouvelables a changé au cours de la dernière décennie. Par souci d'objectivité et de clarté, le coût est exprimé en «coût normalisé de l'électricité» (NSE, LCOE). NSE est le coût moyen estimé de la production d'électricité sur l'ensemble du cycle de vie d'une centrale électrique (y compris tous les investissements, coûts et revenus possibles). Le NSE prend en compte le coût de construction de la centrale elle-même, ainsi que les coûts actuels de combustible et d'exploitation pour toute la période d'exploitation. Ainsi, si le NSE de votre centrale est plus élevé que celui des autres, vous devrez travailler très dur pour trouver un acheteur pour votre électricité chère et, avec une forte probabilité, vous abandonnerez cette idée au profit d'une solution économiquement plus rentable. option.
Comme le montre le diagramme 2, au cours des 10 dernières années, le prix de l'énergie nucléaire a augmenté, le prix du gaz a baissé et le prix du charbon est resté pratiquement inchangé. Ce qui se cache derrière ces graphiques - nous le verrons un peu plus tard.
Diagramme 3. Image originale.
Le diagramme 3 montre le même graphique, mais avec un ajout important: il montre la dynamique de la baisse du coût de l'électricité d'origine renouvelable (à noter que tous les prix ont été calculés hors subventions). Regardez comment la situation avec le coût des énergies renouvelables a radicalement changé ces dernières années. Littéralement «hier», il y a 10 ans, il était beaucoup moins coûteux et plus rationnel de construire une autre centrale électrique au charbon que de s'embêter avec des générateurs solaires ou éoliens. «Le vent» était plus cher que le charbon de 22%, et le «soleil» - de 223%.
Cependant, beaucoup de choses ont changé au cours des 10 dernières années. En 2009, l'électricité provenant des installations photovoltaïques coûtait 359 $ par MWh, et elle est maintenant 89% de moins. Et le plus intéressant: maintenant, pour récupérer le coût de construction d'une nouvelle centrale électrique au charbon, vous devrez facturer aux utilisateurs finaux un prix de l'énergie plus élevé que si vous construisiez une centrale éolienne ou solaire de même capacité. .
Il s'agit d'un changement vraiment fondamental - et bien sûr, il a eu un impact sur l'industrie de l'énergie. Ces dernières années, l'énergie éolienne et solaire s'est développée rapidement: en 2019, ce sont les énergies renouvelables qui représentaient 72% de toutes les nouvelles capacités mises en service.
Mais pourquoi cela se produit-il? Comment l'énergie verte a-t-elle réussi à réaliser une réduction des coûts aussi rapide?
Le fait est que les coûts de production d'énergie à partir de sources fossiles (ainsi que l'énergie nucléaire) sont essentiellement influencés par deux facteurs:
- le coût du carburant lui-même;
- les coûts d'exploitation de la centrale électrique.
En revanche, les sources d'énergie renouvelables ont du carburant «gratuit»: elles n'ont pas besoin d'être extraites et transportées. Et les coûts d'exploitation sont nettement inférieurs. Le principal facteur qui détermine le coût de l' énergie renouvelable est la technologie de production elle-même .
Des prix cosmiques au marché de masse
Faisons une petite excursion dans le passé et rappelons-nous comment s'est déroulée l'industrie photovoltaïque. L'une des premières mentions du coût de l'électricité solaire remonte à 1956. Ensuite, il était de 1 865 $ le watt (aux prix de 2019 et corrigés de l'inflation). Mais un watt ne concerne rien. Un panneau solaire moderne conventionnel installé sur le toit d'une maison produit environ 320 watts, et à ce prix en 1956, il nous aurait coûté jusqu'à 596 800 $. Bien sûr, il n'était pas question de compétitivité.
Mais grâce à l'exploration spatiale. Grâce à eux, la première application pratique de l'énergie solaire a eu lieu: en 1958, le satellite américain "Avangard-I" et le satellite soviétique "Spoutnik-3" ont été équipés d'une batterie solaire. Tout au long des années 1960, l'industrie spatiale est restée le principal consommateur de photovoltaïque. La demande a augmenté - et la production a également augmenté, et les technologies ont été progressivement optimisées. En conséquence, le coût des modules solaires, quoique lentement, a diminué régulièrement.
Dans les années 1970, la «technologie spatiale» est enfin arrivée sur Terre. Les premières applications au sol des panneaux solaires ont été des tentatives d'électrification des endroits difficiles d'accès et trop coûteux à connecter aux réseaux électriques conventionnels: phares, passages à niveau, etc. Le point en haut à gauche du graphique 4 est le coût d'un watt en 1976: 112 $ (ajusté pour l'inflation). Notez que la production totale d'énergie solaire mondiale à cette époque était d'environ 0,3 MW. C'était bien sûr déjà un progrès inouï (par rapport à 1956, le prix a baissé de 94%!), Mais 0,3 MW est, hélas, encore loin d'une échelle industrielle.
Diagramme 4. Image originale .
Mais en fait, tout ne faisait que commencer ... Le graphique du diagramme 4, dans lequel les deux échelles (axes) sont logarithmiques, montre clairement comment, année après année, jusqu'à nos jours, le prix des panneaux solaires passait le long de l '«apprentissage courbe ": alors que la mise en service de nouvelles capacités augmentait de façon exponentielle - le coût des modules solaires diminuait de façon exponentielle. Plus la production était plus large, moins le coût de production était bas, ce qui, à son tour, a conduit à une augmentation encore plus grande de la production - ce sont les mêmes économies d'échelle que l'on trouve presque partout. De plus, bien sûr, le soutien du gouvernement a aidé, ce qui, grâce aux subventions, a pu réduire le prix aux premiers stades les plus coûteux.
Les progrès qui ont rendu possible une telle réduction du prix des panneaux solaires affectent en fait l'ensemble du processus de fabrication. Les entreprises sont devenues plus grandes et plus efficaces; La R&D est devenue plus efficace; la production de plaquettes de silicium a été améliorée; l'ampleur de l'extraction des matières premières s'est élargie; les modules sont devenus plus solides et plus durables; la concurrence s'est développée; réduction des coûts d'investissement de production. Ces améliorations et bien d'autres, grandes et petites, ont façonné le processus global qui a conduit à des économies de coûts continues.
Si nous prenons le taux de réduction des coûts alors que la production se double d'une sorte de «taux d'apprentissage», alors dans le cas des panneaux solaires, ce chiffre était de 20,2%. La technologie de fabrication est rapidement devenue moins chère et entre 1976 et 2019, le coût des batteries est passé de 106 $ à 0,38 $ par watt généré. Un changement exponentiel similaire dans la «courbe d'apprentissage» nous est bien connu des autres technologies: l'exemple le plus célèbre est le coût des ordinateurs (processeurs) et la fameuse «loi de Moore» .
Mais nous sommes plus intéressés par les prix non pas pour les panneaux solaires, mais pour l'électricité réelle qu'ils génèrent. La figure 5 compare l'énergie non renouvelable (nucléaire et charbon) à l'énergie renouvelable (solaire, éolienne terrestre et offshore).
Diagramme 5. Image originale.
Ce graphique est également logarithmique, et il montre que la «courbe d'apprentissage» que nous avons vue dans le cas d'une baisse des prix des panneaux solaires se répète ici également. Le coût de l'électricité verte diminue de façon exponentielle à mesure que sa production augmente. A chaque doublement de la production, le coût de 1 watt est réduit de 36% (pour l'énergie solaire) et de 23% (pour l'éolien terrestre). Mais l'énergie des éoliennes offshore reste relativement chère - seulement un quart moins chère que l'énergie nucléaire et légèrement plus chère que le charbon. Cependant, les experts s'attendent à une baisse rapide du coût de ce type d'énergie au cours des prochaines années, principalement en raison de turbines plus grandes et d'une utilisation plus élevée en raison du vent constant.
Ainsi, la production d'électricité à partir de sources d'énergie renouvelables démontre la dynamique d'un déclin rapide et régulier. Qu'en est-il de l'énergie traditionnelle?
Prix mondial du charbon de 2010 à 2019 est passé de 111 $ à 109 $, soit de seulement 2% - dans le contexte du fait que la réduction du coût du solaire était de 89% et de l'éolien - 70%. La stagnation des prix de l'électricité au charbon au cours des 10 dernières années n'est pas surprenante. Historiquement, la dynamique de son coût n'a jamais suivi la «courbe d'apprentissage»: il était et reste relativement bon marché. Mais cela ne deviendra plus beaucoup moins cher. Premièrement, les centrales électriques modernes au charbon ont peu de place pour des gains d'efficacité significatifs: les entreprises les plus efficaces atteignent un rendement de 47%, et en moyenne il est d'environ 33%. Deuxièmement, le prix de l'électricité au charbon est largement influencé par les coûts des matières premières consomméesjusqu'à 40% des coûts de production totaux. Même si le prix de la construction des centrales électriques au charbon diminue considérablement et que leur efficacité augmente, le prix du carburant bloquera toujours la dynamique de réduction des coûts.
Mais le prix de l'électricité à partir du gaz, au contraire, a baissé de 32% au cours des 10 dernières années, à 56 $ le MWh. L'une des raisons est la réduction du coût de construction des usines de transformation. Mais une autre raison est beaucoup plus importante: une baisse significative du prix du gaz lui-même en tant que matière première après le pic de coût de 2008, notamment en raison d'une augmentation de l'offre en technologie de fracturation hydraulique. Cependant, cette baisse des prix des matières premières est temporaire: le prix du gaz est en fait plus élevé aujourd'hui. il y a deux ou trois décennies. Il est peu probable que cela se poursuive dans le futur et, de toute évidence, il n'est pas nécessaire de parler d'une «courbe d'apprentissage» en relation avec le coût de l'électricité au gaz.
L'énergie nucléaire, comme le montre le diagramme 5, a généralement augmenté de prix, et cette tendance se poursuivra à long terme. La construction de centrales nucléaires est devenue plus chère, notamment parce que l'industrie a resserré la réglementation. En outre, ces dernières années, peu de nouvelles centrales nucléaires ont été construites dans le monde et, par conséquent, il n'y a pas eu d'économies d'échelle. Par conséquent, le coût mondial moyen de l'énergie nucléaire (comme le NSE) a généralement augmenté. Ce qui, cependant, n'annule pas l'écart assez important des tendances des prix entre les différents pays et régions. Par exemple, si aux Etats-Unis et en Grande-Bretagne les prix et la durée de construction des stations ont sensiblement augmenté, en France et en Corée du Sud ils sont restés au même niveau. Selon plusieurs experts, les pays où la construction de réacteurs est la plus standardisée ont réussi à éviter une flambée des prix. Si la normalisation se généralise et que la croissance du nombre de nouvelles centrales nucléaires cesse de stagner, alors il est possible que le coût de l'énergie nucléaire diminue.Il est peu probable qu'elle atteigne un jour la dynamique exponentielle du coût des énergies renouvelables, mais elle pourra compléter efficacement les énergies renouvelables là où ces dernières sont confrontées à des problèmes. De plus, n'oubliez pas les perspectives possibles des réacteurs thermonucléaires, qui peuvent théoriquement changer complètement le système mondial d'alimentation électrique.
Conclusion
Alors pourquoi les énergies renouvelables sont-elles moins chères si vite? Comme il ressort des arguments ci-dessus, la principale caractéristique qui distingue fondamentalement les SER des combustibles fossiles est que leur coût suit une «courbe d'apprentissage» exponentielle. Les centrales électriques utilisant des sources renouvelables ne nécessitent pas de frais de carburant et sont relativement peu coûteuses à exploiter et à entretenir. Leur prix (NSE) dépend uniquement du coût de la technologie. Et ces technologies - qu'il s'agisse de technologies solaires, éoliennes ou de stockage - suivent une courbe d'apprentissage: chaque doublement de capacité entraîne une réduction correspondante des coûts. Plus les générateurs éoliens et photovoltaïques sont répandus, plus leur coût diminue rapidement.
Ainsi, plus nous introduisons d'énergie verte aujourd'hui, plus nous pourrons, grâce à la réduction des coûts, en introduire demain. En conséquence, en développant l'utilisation des sources d'énergie renouvelables, nous résoudrons simultanément deux problèmes: nous réduirons les conséquences négatives des émissions et de l'effet de serre et, peut-être plus important encore, nous obtiendrons une électricité moins chère. Et cela, en fin de compte, entraînera une augmentation des revenus réels de la population, une croissance économique et une réduction de la pauvreté.
