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2024 Sommet sur le génie des énergies renouvelables : tracer la voie d'un avenir durable
Le Sommet de l'ingénierie des énergies renouvelables de 2024, qui s'est tenu en septembre à Berlin, a réuni plus de 2 500 ingénieurs, décideurs et chefs d'entreprise de 60 pays.Dans un contexte d'accélération des objectifs climatiques et de hausse de la demande d'énergie, la conférence a donné un message clair : la prochaine décennie de déploiement des énergies renouvelables doit être plus rapide, plus intelligente et plus intégrée.Les missions ont été axées sur les percées dans le domaine de l'énergie photovoltaïque solaire, la conception des éoliennes, la chimie du stockage de l'énergie, la résilience des réseaux et les cadres politiques nécessaires pour faire évoluer ces technologies au niveau mondial. Le sommet a également marqué le lancement d'un nouveau consortium de recherche transfrontalier visant à normaliser les interfaces de batteries de prochaine génération.
Cet article distillait les thèmes clés, les innovations et les orientations stratégiques qui ont émergé de la principale étape du sommet, des séances de cassure et des tables rondes de réseautage. Il s'inspire des présentations d'institutions de premier plan, dont l'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie solaire, le Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL) et l'Agence internationale des énergies renouvelables (IRENA), ainsi que des contributions de pionniers du secteur privé.
L'énergie solaire repensée : au-delà des limites de silicone
L'énergie solaire reste la source renouvelable la plus forte au monde, mais le sommet de la piste solaire a concentré ses efforts sur la mobilité au-delà des cellules conventionnelles à base de silicium. L'innovation majeure est venue des chercheurs qui ont démontré une grande superficie les cellules tandem perovskite-silicon qui ont atteint une efficacité certifiée de 33,7% dans des conditions d'essai standard — un saut spectaculaire par rapport aux ~22% typiques pour les panneaux principaux.
Accélérer la commercialisation de Perovskite Photovoltaics
Plusieurs entreprises ont présenté les progrès réalisés dans la fabrication de modules de perovskite flexibles, un développement qui pourrait déverrouiller les photovoltaïques intégrés à la construction (BIPV) pour les surfaces verticales et les toits incurvés. Des films solaires de type skin-like qui pèsent moins de 100 g/m2 et peuvent être stratifiés sur des fenêtres existantes ont été démontrés dans une usine pilote près de Munich. Cependant, la durabilité reste un défi majeur : les méthodes d'encapsulation pour protéger les perovskites contre l'humidité et le cycle thermique étaient un sujet récurrent.
Solaire à double usage : agrivoltaïque et spectrale flottante
Les systèmes agricoles — où les cultures sont cultivées sous des panneaux surélevés — ont montré des augmentations de rendement pour certaines plantes tolérant l'ombre (par exemple, laitue, tomates) pouvant atteindre 20 % tout en produisant de l'électricité. Les présentateurs de l'Université de Hohenheim ont partagé des données issues d'un essai de trois ans intégrant les pâturages avec des panneaux verticaux bifacials. Entre-temps, les projets photovoltaïques flottants (PVP) sur les réservoirs et les lacs intérieurs ont été mis en évidence comme un marché en pleine maturation.
Énergie éolienne : Grandes lames, turbines plus intelligentes et expansion offshore
Au sommet, les fabricants de turbines ont révélé des machines de nouvelle génération dont le diamètre du rotor dépasse 170 mètres sur terre et 260 mètres sur mer. Les principaux facteurs de production sont les lames renforcées par des fibres de carbone qui réduisent le poids tout en permettant des portées plus longues et les jumelles numériques qui prédisent la maintenance ont besoin de semaines à l'avance.
Vent offshore : Innovations dans les fondations et les plates-formes flottantes
Le segment offshore a présenté des conceptions de fondations révolutionnaires adaptées aux eaux plus profondes. Bien que les monopilles fixées au fond dominent encore pour les profondeurs d'eau inférieures à 40 m, les plates-formes flottantes se déplacent rapidement de la démonstration à l'échelle commerciale. Un consortium norvégien a présenté une conception de plate-forme à jambe de tension avec une coque en acier qui réduit la masse d'acier de 40 % par rapport aux semi-sous-marins conventionnels. Cette conception pourrait libérer le potentiel de ressource éolienne en Méditerranée, au large de la côte ouest américaine, et dans certaines parties de l'Asie où les étagères continentales tombent fortement. Le coût de la production de vent flottant devrait maintenant tomber sous 80 €/MWh d'ici 2028, en baisse par rapport à plus de 180 €/MWh en 2020, selon IRENA= analyse des coûts.
Petits vents et turbines distribuées
Si les grandes turbines dominent les titres, le sommet a également mis en lumière les innovations dans le vent de petite taille et à l'échelle communautaire.Les turbines à axe vertical à pales hélicoïdales — plus silencieuses et plus respectueuses des oiseaux — ont été présentées pour une utilisation sur le toit urbain.Une start-up danoise a démontré une turbine verticale de 5 kW qui commence à générer à seulement 2 m/s de vitesse du vent et intègre un onduleur de batterie intégré pour les applications hors réseau et les applications de secours.
Stockage de l'énergie : le grand catalyseur
Alors que les énergies renouvelables variables approchent de 50 à 70 % de la production de plusieurs réseaux, le stockage de l'énergie est devenu le pivot d'une énergie propre fiable. Le sommet a consacré une journée entière aux technologies de stockage, en mettant clairement l'accent sur le passage au-delà du lithium-ion vers des solutions plus sûres, moins coûteuses et de plus longue durée.
Batteries à l'état solide: Changement de jeu pour le réseau et le transport
Plusieurs groupes de recherche ont présenté des batteries au lithium-métal à l'état solide dont la densité d'énergie approche 500 Wh/kg au niveau cellulaire — presque le double de celle des batteries au lithium-ion actuelles. Plus important encore, pour le stockage stationnaire, les électrolytes solides réduisent le risque d'incendie et permettent le fonctionnement dans une gamme de températures plus large sans fuite thermique. Une entreprise japonaise a annoncé une 10 MWh d'une usine pilote utilisant des électrolytes solides à base de sulfures qui seront raccordés à une ferme solaire à Hokkaido vers le milieu de 2025.
Stockage longue durée : piles à débit, air thermique et air comprimé
Pour le stockage saisonnier et multi-jours, le sommet a mis en évidence les batteries à flux de fer utilisant des matériaux abondants et non toxiques.Une start-up américaine a présenté une alternative au vanadium de 100 kW / 1 MWh basée sur la chimie du chrome de fer avec un coût projeté de moins de 50 $/kWh — compétitive avec l'hydropompe à l'échelle modulaire. Le stockage d'énergie thermique a également reçu un intérêt renouvelé: un consortium allemand a démontré une unité de stockage à base de sable où le chauffage par résistance élève le sable à 700 °C, puis la chaleur est récupérée par une turbine à vapeur pour générer de l'électricité à la demande.
Intégration du réseau et systèmes intelligents
Déployer des parts élevées d'énergies renouvelables sans compromettre la stabilité du réseau nécessite des contrôles avancés, la numérisation et la réforme de la conception du marché.
Ressources basées sur les onduleurs et technologie de formation de grille
Les générateurs de courant sont déplacés par des ressources à base d'onduleurs (IBR) comme le solaire, le vent et les batteries. Ce changement exige des onduleurs de gréage qui peuvent reproduire l'inertie et le support de tension traditionnellement fourni par les turbines à fil. Des chercheurs de l'Institut Fraunhofer ont présenté un contrôleur multivendor qui a passé une série de tests de démarrage noir et de passage de faille sur une plate-forme matérielle dans la boucle. Le contrôleur distingue automatiquement entre les défauts de grille et les écarts de tension normaux, permettant un fonctionnement stable même dans des grilles faibles.
Twins numériques et AI pour les opérations de réseau
Un consortium de trois gestionnaires de réseau de transport allemands a démontré un jumeau numérique paneuropéen qui intègre les prévisions météorologiques, les offres du marché et les données sur la santé des actifs pour calculer les débits optimaux 15 minutes à l'avance. Les premiers résultats indiquent une réduction de 5 à 8 % des réductions et un besoin moindre d'équilibre des réserves.
Technologies émergentes et des frontières
Au-delà du solaire, du vent et du stockage, le sommet a consacré des sessions à l'hydrogène marémoteur, géothermique et vert, technologies qui, bien qu'elles soient plus tôt dans leur courbe de maturité, seront essentielles pour une décarbonisation profonde de l'industrie et des transports lourds.
Énergie de marée et d'onde : de la démonstration à l'échelle de répartition
Une société écossaise a présenté les résultats d'un réseau de 2 MW au large des îles Orkney, obtenant un facteur de capacité de 48 % — plus élevé que le vent en mer dans la même région. Entre-temps, les convertisseurs d'énergie des vagues ont traditionnellement été retardés en raison de difficultés de survie dans les tempêtes. Un nouveau design d'absorption de point avec un piston submergé enfermé dans une membrane souple n'a pas montré de dommages après une tempête simulée de 100 ans dans une installation d'essai en Irlande.
Systèmes géothermiques améliorés (SGE)
Les chercheurs du site FORGE du département américain de l'énergie ont démontré une nouvelle technique de stimulation utilisant un choc thermique plutôt que la fracturation hydraulique[, qui réduit la sismicité induite et la consommation d'eau. En injectant de l'eau froide dans des roches sèches chaudes à des vitesses contrôlées, les microcracks se propagent sans grands événements sismiques. Un pilote de 5 MW en Utah devrait atteindre un coût de 60 $/MWh, compétitif par rapport au stockage solaire et solaire dans de nombreuses régions.
Hydrogène vert et carburants E
L'hydrogène vert, produit par électrolyse à l'aide d'électricité renouvelable, était présent tout au long du sommet comme thème transversal. L'accent est passé de l'efficacité de l'électrolyse à l'intégration des systèmes et à la création de la demande.Un électrolyseur sans platine-groupe-métal à base de membranes échangeuses de protons avec catalyseurs cobalt-manganèse a atteint 1.9 V à 2 A/cm2, approche des performances des systèmes à base d'iridium à une fraction du coût matériel.
Politiques, investissement et collaboration mondiale
La technologie ne peut à elle seule assurer la transition énergétique. Les groupes de discussion pléniers du sommet ont réuni des ministres, des investisseurs et de la société civile pour discuter de l'environnement financier et réglementaire nécessaire pour faire évoluer les solutions émergentes de l'échelle pilote à l'échelle gigawatt.
Dérisquer les investissements dans les économies en développement
L'Alliance mondiale de l'énergie pour les peuples et la planète a annoncé une facilité de financement mixte qui regroupe les prêts des banques multilatérales de développement avec des subventions provenant de fonds climatiques pour réduire le coût moyen pondéré des capitaux pour les projets solaires et éoliens à échelle électrique en Afrique subsaharienne. Les premiers projets au Kenya et au Sénégal ont atteint des tarifs inférieurs à 0,04 dollar/kWh, prouvant qu'un coût inférieur des capitaux peut libérer de vastes ressources. L'alliance vise à mobiliser 10 milliards de dollars d'ici 2028.
Résilience de la chaîne d'approvisionnement et matériaux essentiels
La dépendance à l'égard d'une poignée de pays pour les minéraux critiques — lithium, cobalt, terres rares — demeure une vulnérabilité. Le sommet a présenté une séance sur l'extraction urbaine et le recyclage des batteries[ comme une stratégie de réduction de la demande primaire. Une société suisse a présenté un procédé hydrométallurgique capable de récupérer 96 % du lithium, 99 % du cobalt et 98 % du nickel des batteries au lithium-ion en fin de vie à un coût déjà compétitif par rapport au matériel vierge lorsque des crédits réglementaires sont inclus.
Normalisation et interopérabilité
À mesure que les actifs renouvelables se répartissent davantage, l'interopérabilité entre les appareils de différents fabricants est essentielle pour l'agrégation et les services de réseau.Le sommet a vu le lancement du Open Energy Interoperability Protocol (OEIP), une norme de communication entre les onduleurs, les batteries, les compteurs et les systèmes de gestion des bâtiments, qui est neutre pour les fournisseurs.
Études de cas : Projets qui façonnent l'avenir
Tout au long du sommet, des projets spécifiques ont été identifiés comme des exemples de déploiement intégré et évolutif d'énergies propres.
Maroc Noor Midelt Solar-Oasis
Le complexe Noor Midelt, qui est une installation solaire combinée CSP-PV dans les montagnes de l'Atlas, démontre une capacité de répartition hybride : 800 MW de PV est jumelé à 200 MW d'énergie solaire concentrée utilisant 12 heures de stockage de sel-fond. Ensemble, ils fournissent une énergie renouvelable transportable ferme et 24 heures à un CAL de moins de 0,06 $/kWh. Le projet comprend une usine de dessalement alimentée par la chaleur résiduelle du CSP, fournissant de l'eau potable aux collectivités voisines.
Allemagne
Plusieurs municipalités allemandes ont présenté des systèmes énergétiques à l'échelle du quartier, combinant des toits solaires, des batteries communautaires, des pompes à chaleur et des chargeurs électriques. Un projet réalisé à Baden-Wurtemberg utilise un marché local de l'énergie [ basé sur la chaîne de blocs qui permet aux résidents de faire des échanges entre eux sur l'excès d'énergie solaire, de régler automatiquement les transactions par le biais de contrats intelligents.
Perspectives d'avenir : Des objectifs ambitieux aux résultats tangibles
Le sommet de 2024 s'est terminé par un appel à l'action : traduire les percées technologiques et les innovations politiques discutées en déploiement accéléré sur le terrain. La capacité solaire globale de photovoltaïque devrait dépasser 3 TW d'ici 2027, et la capacité éolienne dépasser 2 TW d'ici 2028, selon IEA Renewables 2023 prévisions.
Pour remédier à ces goulots d'étranglement, les organisateurs du sommet ont annoncé un groupe de travail permanent, la Coalition RE-Ingéniering[, qui produira des feuilles de route annuelles pour chaque filière technologique et facilitera l'appariement entre les promoteurs de projets, les investisseurs et les régulateurs.
Le sommet de 2024 sur l'ingénierie énergétique renouvelable a montré que les technologies nécessaires existent aujourd'hui ou sont proches du marché et qu'avec un financement continu de la recherche, une réglementation intelligente et une coopération internationale, un système énergétique entièrement décarboné n'est pas seulement théoriquement possible mais devient rapidement inévitable sur le plan économique. La prochaine réunion, qui se tiendra en 2025, se tiendra à Singapour, en mettant l'accent sur les défis du déploiement tropical et sur le rôle de l'Asie dans l'augmentation de l'énergie propre.