Qu'en est-il de l'énergie solaire concentrée ?
Les centrales solaires thermiques pourraient permettre aux énergies renouvelables de répondre à la demande de base. Mais jusqu'à présent, cette technologie est restée dans l'ombre de sa grande sœur, la photovoltaïque. Un regard sur l'évolution des coûts et l'histoire de l'énergie solaire concentrée fait naître un nouvel espoir.
En matière d'énergie solaire, il existe deux technologies : l'énergie solaire concentrée (concentrating solar power, CSP) et le photovoltaïque (PV). Il y a dix ans encore, le CSP et le PV étaient à égalité en termes de coûts et de puissance installée. Mais après l'engouement suscité par le projet Desertec [1] il y a environ cinq ans, les deux technologies ont connu des évolutions différentes. Alors que les coûts du PV ont littéralement dégringolé, les prix des centrales solaires thermiques n'ont baissé que lentement. Aujourd'hui, le PV produit plus de 300 000 mégawatts (MW) ; les systèmes CSP ne fournissent que 5000 MW. Ainsi, alors que le photovoltaïque conquiert le monde, l'énergie solaire concentrée mène une existence plutôt triste.
Une renouvelable maîtrisable
La marche triomphale du PV est remarquable, mais elle entraîne aussi des problèmes. Comme pour l'énergie éolienne, la puissance générée par le PV n'est pas constante, mais dépend des conditions météorologiques. Si la part des sources fluctuantes dans les réseaux électriques augmente, ceux-ci deviennent plus instables. Dans les zones climatiques tempérées en particulier, il y a souvent des périodes sans vent, pendant lesquelles le soleil ne brille guère non plus. Si la Suisse était plongée dans le brouillard pendant des semaines, un approvisionnement en énergie basé uniquement sur le photovoltaïque et l'éolien serait défaillant, même avec des batteries comme stockage intermédiaire.
Les installations CSP peuvent être reliées à un accumulateur de chaleur afin d'utiliser plus tard la chaleur captée pendant la journée par de grands miroirs. Ainsi, un parc de plusieurs centrales solaires thermiques peut fournir de l'électricité solaire entièrement réglable, même la nuit [2]. Un tel parc de centrales pourrait contribuer à équilibrer les fluctuations de l'électricité éolienne dans les pays désertiques eux-mêmes et à fournir de l'électricité à des régions plus lointaines comme l'Europe lorsque le vent et le soleil sont faibles : le CSP est probablement la seule solution renouvelable capable de fournir suffisamment d'énergie réglable pour cela.
Le "taux d'apprentissage" donne de l'espoir
La survie du CSP à court terme dépend de deux facteurs : Elle doit être développée plus rapidement, et les coûts doivent baisser suffisamment vite. Dans une étude [3], nous avons déterminé le "taux d'apprentissage" de la technologie CSP et constaté qu'il était supérieur à 20 % au cours des cinq dernières années : à chaque fois que la puissance CSP installée dans le monde a doublé, les coûts d'investissement ont chuté de plus de 20 % - un très bon chiffre, qui dépasse même celui du PV. Cela donne de l'espoir et montre que le CSP ne souffre pas d'un potentiel de réduction des coûts limité - le problème réside plutôt dans le fait que cette technologie ne se répand que lentement.
La continuité réduit les coûts
Le taux d'apprentissage s'est toutefois avéré très volatile, ce qui reflète l'expansion stagnante du CSP. Lorsque les premières centrales solaires thermiques ont été construites aux États-Unis dans les années quatre-vingt, les coûts ont rapidement chuté. Dans les années quatre-vingt-dix, l'expansion a été stoppée lorsque la seule entreprise a fait faillite. Il n'y a ensuite plus eu de nouvelles centrales pendant près de 20 ans.
Lorsque l'extension a redémarré en 2007 en Espagne, les coûts ont doublé, car de nouvelles entreprises inexpérimentées sont arrivées sur le marché. Avec l'expérience, les coûts ont recommencé à baisser à partir de 2011. Mais en 2013, l'Espagne a supprimé les subventions, de sorte qu'aucune installation CSP n'y a été construite. Mais de nombreuses entreprises espagnoles de CSP ont survécu en s'installant sur d'autres marchés, comme le Maroc et l'Afrique du Sud. Et les coûts ont continué à baisser.
Entre-temps, le savoir-faire en matière de CSP s'est répandu à l'échelle mondiale. De nouvelles entreprises ont vu le jour au Moyen-Orient, aux États-Unis et en Chine. La chute des prix s'accélère : ainsi, un contrat de 60 USD par mégawattheure a récemment été conclu en Australie. Cela est compétitif avec les nouvelles centrales à gaz et nettement moins cher que toutes les options renouvelables comparables (par exemple l'énergie éolienne combinée à des batteries) [4].
La pression sur les coûts est nécessaire
Nous avons en outre constaté que : Le type de mesures de soutien a un impact important sur l'évolution des coûts. Dans tous les pays, à l'exception de l'Espagne, le CSP a été encouragé par des systèmes d'enchères dans lesquels le fournisseur le moins cher reçoit des subventions pour construire une installation. Ces systèmes génèrent une forte concurrence et une pression sur les coûts - et en effet, les prix ont baissé sous ces politiques.
En Espagne, le seul pays où le nombre de centrales solaires thermiques a augmenté entre 2007 et 2012, un tarif de rachat a été utilisé : Tous les fournisseurs ont reçu un prix fixe pour leur électricité. Bien que les tarifs de rachat constituent en général une mesure efficace, le système espagnol présentait deux défauts majeurs : premièrement, le tarif était trop élevé et deuxièmement, il n'a pas été réduit. C'est pourquoi l'Espagne n'a pas exercé de pression sur les coûts, qui ont plutôt augmenté, alors que les opérateurs continuaient à faire des bénéfices.
Un système de subventions judicieux
La clé d'une baisse des coûts réside dans une diffusion plus rapide. Mais les politiques resteront réticents tant que le CSP sera plus cher que les autres énergies renouvelables : un problème classique de l'œuf et de la poule.
Il s'agit de trouver le juste milieu entre une forte pression sur les coûts et un tarif de rachat suffisamment élevé - un exercice d'équilibre : d'une part, les entreprises doivent réduire leurs coûts pour rester compétitives. D'autre part, elles doivent obtenir des rémunérations suffisamment élevées pour rester en activité.
Nous avons pu montrer que les systèmes de soutien qui maîtrisent cet équilibre peuvent rapidement améliorer le côté des coûts. Si les pays respectent ces principes, l'énergie solaire concentrée survivra - et le monde conservera cette arme dans la lutte contre le changement climatique.
Informations complémentaires
[1] page externeDesertec est un concept de planification pour la production d'électricité solaire dans les déserts
[2] Pfenninger S, et al. (2014) Potential for concentrating solar power to provide baseload and dispatchable power. Nature Clim. Change 4(8):689-692.
[3] Lilliestam J, Labordena M, Patt A, & Pfenninger S (2017) Empirically observed learning rates for concentrating solar power and their responses to regime change. Nature Energy 2:17094.
[4] Lacey S (2017) SolarReserve inks deal with South Australia to supply solar thermal power with storage for 6 cents. (Greentechmedia, Londres).