Serre Pour stabiliser les écosystèmes mondiaux, une élimination immédiate des gaz à effet de serre d’origine humaine est essentielle. Environ 84 % des émissions mondiales de CO2 sont attribuables à l’activité humaine, en particulier au
système énergétique et aux procédés industriels .
Les plus grandes économies du monde doivent donc adopter une position de véritable leadership mondial afin d’élaborer une stratégie pour la survie de l’humanité démontrent avec une précision analytique dans PNAS comment la Chine pourrait non seulement réduire considérablement les émissions de CO2, mais aussi augmenter sa croissance économique grâce à la réduction des émissions de CO2 en utilisant de l’électricité à faible coût.
En raison du fait que
l’électricité solaire photovoltaïque (PV) sera moins chère que l’approvisionnement actuel en électricité à base de charbon de la Chine, la Chine peut s’attendre à une croissance économique significative grâce à une expansion vaste et rapide de la capacité solaire photovoltaïque.
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Le potentiel
solaire photovoltaïque de la Chine est beaucoup plus élevé que ses besoins énergétiques globaux à long terme, car le potentiel technologique identifié devrait passer de 99,2 PWh en 2020 à 146,1 PWh en 2060. Selon Lu et al., 78,2% de la valeur 2020 du potentiel technique actuel a déjà atteint la parité de prix avec la production d’énergie à base de charbon d’ici 2021. (3).Depuis l’achèvement de cette étude, les prix du charbon ont encore augmenté.
La baisse significative des coûts de l’énergie
solaire photovoltaïque sert d’impulsion à l’incorporation d’autres technologies énergétiques nécessaires à un système énergétique hautement durable, à savoir le stockage par batterie et les électrolyseurs. Par conséquent, cela conduit à la conclusion clé de que les systèmes de batteries photovoltaïques représenteront un pilier central du système électrique chinois en raison du faible coût, de la durabilité, de l’évolutivité et de la disponibilité généralisée des ressources du système.
La contribution de présente l’analyse technoéconomique la plus détaillée à ce jour du potentiel solaire P V en Chine. En tenant compte des derniers développements de coûts de l’énergie solaire photovoltaïque et du stockage sur batterie, la compétitivité exceptionnelle de l’énergie solaire photovoltaïque est documentée pour le moment, et cette attractivité des coûts devrait encore augmenter au cours des prochaines décennies.
Plusieurs études sur les systèmes d’énergie hautement renouvelable pour la Chine ont démontré la faisabilité technique et la viabilité économique des systèmes de batteries photovoltaïques à la fois à l’extérieur et à l’intérieur de la Chine. Les avantages d’une augmentation accélérée de la capacité photovoltaïque sont encore plus élevés que ce que l’on trouve dans la plupart des analyses de systèmes énergétiques.
En règle générale, le coût énorme de la pollution atmosphérique induite par le charbon est négligé, tandis que, à l’inverse, les emplois supplémentaires créés par les systèmes de batteries photovoltaïques déclenchent des avantages sociétaux supplémentaires. Les avantages sociétaux globaux d’une augmentation accélérée de la capacité des batteries photovoltaïques peuvent amener les décideurs à élaborer des politiques encore plus fortes pour une
transition énergétique rapide dans les années à venir.
Enfin, un approvisionnement énergétique à faible coût est le fondement de la compétitivité économique internationale; par conséquent, à partir du début des années 2020, l’accent doit être mis sur les énergies renouvelables et, en particulier, sur l’énergie solaire photovoltaïque.
Le rôle du solaire photovoltaïque dans la transition rapide et à faible coût d’un système énergétique a été fortement sous-estimé, non seulement dans la littérature scientifique, mais aussi par la plupart des grandes institutions trouvent une part solaire photovoltaïque de 43,2% dans l’approvisionnement en électricité de la Chine en 2060, ce qui est l’une des valeurs les plus élevées jamais projetées.
Seuls Bogdanov présentent une analyse du secteur de l’énergie optimisée en termes de coûts pour la Chine avec une part encore plus élevée de 70,5% en 2050. En effet, les systèmes de batteries photovoltaïques apparaissent comme un pilier central d’un système d’alimentation à faible coût et durable, comme l’ont constaté pour la Chine, et Gulagi pour l’Inde. La géographie de l’Inde, étant plus au sud, permet une part d’approvisionnement solaire photovoltaïque encore plus élevée de 89% dans son secteur de l’énergie.
Ce résultat est une conséquence à la fois d’un potentiel solaire photovoltaïque plus élevé et d’un potentiel d’énergie éolienne et hydroélectrique inférieur à celui de la Chine.
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Il est intéressant de noter que la variation saisonnière en Chine est principalement gérée avec la complémentarité des ressources éoliennes et solaires, tandis que, dans le cas de l’Inde, la période de mousson peut également être gérée par l’approvisionnement en électricité solaire photovoltaïque via des réseaux de transport. Pour divers pays européens, situés plus au nord que la Chine, des parts photovoltaïques supérieures à 50% ont été projetées .
Ainsi, le nombre toujours croissant d’études sur les systèmes énergétiques identifiant des parts très élevées du solaire photovoltaïque dans l’approvisionnement énergétique dans le monde indique la forte compétitivité économique du solaire photovoltaïque.
En outre, ces résultats suggèrent que la baisse rapide des coûts de l’énergie solaire photovoltaïque a été de plus en plus mise en œuvre dans les analyses des systèmes énergétiques. Au total, 34 publications pour des pays de tous les continents sont connues avec des parts photovoltaïques d’au moins 50% pour une configuration de système énergétique durable d’ici le milieu du siècle .
Néanmoins, il existe des déficits importants dans la connaissance de véritables solutions de systèmes énergétiques durables à faible coût.
Valeur de l’énergie solaire photovoltaïque à faible coût pour l’ensemble du système énergétique
L’énergie solaire photovoltaïque à très faible coût perturbe non seulement le secteur de l’énergie, mais également l’ensemble du système énergétique.
La transition d’un système énergétique basé sur les combustibles fossiles à celui basé sur l’électricité renouvelable suggère que les processus de combustion utilisant la chaleur seront remplacés par des solutions directes basées sur l’électricité dans la mesure du possible, ainsi que par une utilisation indirecte de l’électricité avec des processus power-to-X, en particulier pour les carburants électroniques à base d’électricité, les produits chimiques électroniques et l’acier vert.
Diverses options de conversion de l’électricité en acier sont connues, et la sidérurgie à base d’hydrogène vert est actuellement prête à éliminer progressivement la fabrication de l’acier à base de charbon. Le méthanol vert devrait devenir un nouveau produit chimique majeur en vrac, se substituant à la matière première fossile.
On s’attend à ce que l’ammoniac vert remplace l’ammoniac à base de combustibles fossiles, principalement comme matière première pour les engrais, bien qu’il puisse également être utilisé pour des applications énergétiques. Les carburants électroniques pour la marine et l’aviation sont nécessaires pour défossiliser le transport longue distance.
Qu’est-ce que l’acier vert, les produits chimiques électroniques verts et les carburants électroniques ont en commun? Ils ont chacun besoin d’électricité à très faible coût et durable pour la production d’hydrogène vert comme première étape de la conversion de l’électricité en X.
En tant que source de production d’électricité à moindre coût des capacités nouvellement installées, l’électricité solaire photovoltaïque apparaît comme la principale source d’électricité pour les processus power-to-X dans la plupart des régions du monde.
À l’heure actuelle, les prix du méthane fossile et du charbon sont respectivement de 80 € par MWhNaturalGas et de plus de 200 USD par tonne de charbon, et l’ammoniac vert basé sur des centrales hybrides PV-éoliennes est l’option la moins coûteuse, maintenant.
L’ammoniac vert est le premier e-chimique/e-carburant qui est compétitif en termes de coûts avec les solutions fossiles du moment, ce qui indique que les autres e-carburants et e-chemicals suivront à court terme à moyen terme. Ainsi, l’énergie solaire photovoltaïque perturbera non seulement le secteur de l’énergie, mais l’ensemble du système de l’industrie de l’énergie.
Exigence pour la mise à l’échelle de l’industrie photovoltaïque
Le principal défi à venir sera de faire passer la fabrication mondiale de l’énergie solaire photovoltaïque de la capacité photovoltaïque nouvellement installée de 138,5 gigawatts-crête (GWc) en 2020 à plus de 1 térawatt-crête (TWc) nécessaire à la fin des années 2020 et environ 3 TWc dans les années 2030.
La réalisation de ces objectifs nécessite une mise à l’échelle industrielle massive pour fournir la capacité photovoltaïque requise afin que l’électricité photovoltaïque à faible coût puisse permettre l’approvisionnement en énergie dans le secteur de l’énergie, l’électrification directe de la chaleur et des transports, et l’électrification indirecte via power-to-X. Plusieurs chercheurs ont indiqué que la fabrication photovoltaïque annuelle de plusieurs TWc est possible.
Cependant, certains ajustements sont nécessaires pour éviter les goulots d’étranglement dans la mise à l’échelle de l’industrie photovoltaïque, tels que le passage de contacts à base d’argent dans les cellules solaires à des solutions à base de cuivre, des approches complètes d’économie circulaire avec les normes les plus élevées en matière de recyclage et une mise à l’échelle rapide de l’industrie du verre.
Une mise à l’échelle industrielle optimisée semble réalisable avec une croissance annuelle continue de la production manufacturière de 25 à 30% par an pour l’ensemble des années 2020 et du début des années 2030.
Émissions nettes négatives de CO2 rendues possibles par l’énergie solaire photovoltaïque à faible coût
La demande solaire photovoltaïque à long terme en tant qu’approvisionnement énergétique majeur pour l’humanité pourrait atteindre 170 TWc d’ici la fin du siècle, comme le projetaient indépendamment Goldschmidtand Breyer.
Un approvisionnement en électricité solaire photovoltaïque à très faible coût et durable basé sur des matériaux abondants peut permettre un niveau sans précédent de développement humain avec une richesse énergétique pour tous, tout en permettant simultanément une stabilisation de la température mondiale à 1,5 ° C ou même en dessous.
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Le CO2 et le stockage directs de l’air capturés dans l’air (DACCS) peuvent constituer une option évolutive et à faible coût d’émission nette négative de CO2, qui peut être entièrement basée sur l’approvisionnement en électricité solaire photovoltaïque.
Les principales options d’élimination du dioxyde de carbone (CDR) sont le boisement, le CSC bioénergétique et le DACCS, tandis que ce dernier peut être la meilleure solution évolutive et la plus économiquement viable.
À l’instar de l’énergie solaire photovoltaïque, des batteries et des électrolyseurs, les unités de capture directe de l’air (DAC) au CO2 sont hautement modulaires et suivent donc des tendances similaires en matière de réduction des coûts, ce qui conduit à des économies attrayantes de capture du CO2 de l’atmosphère. Le CO2 DAC n’est pas encore aussi mature que l’énergie solaire photovoltaïque, les batteries et les électrolyseurs, car sa commercialisation n’a commencé que récemment dans des projets au Chili, en Islande et ailleurs.
Le statut et le rôle du DAC CO2 est un sujet de discussion, bien qu’un potentiel très élevé pour daccS soit connu depuis environ une décennie.
De même, on sait qu’un CDR à grande échelle sera nécessaire pour atteindre la sécurité climatique, car Hansen a suggéré un rééquilibrage à 350 ppm de CO2 atmosphérique. Sur la base de cette recommandation de la science du climat, les premières estimations ont révélé que pas plus de 10% de la capacité photovoltaïque mondiale prévue pour les demandes énergétiques et industrielles doit être ajoutée pour que les installations d’émissions nettes négatives de CO2 DACCS à base de PV se rééquilibrent à 350 ppm d’ici la fin de ce siècle.
L’application de parts élevées des autres options de CDR peut réduire la demande de DACCS à base de PV et atténuer les risques de mise à l’échelle, bien que ces options puissent avoir des potentiels d’élimination durable du CO2 beaucoup plus faibles. Un discours plus scientifique sera nécessaire pour une étude complète d’un tel système CDR de l’industrie de l’énergie, principalement basé sur l’énergie solaire photovoltaïque.
La contribution de Lu et al. présente l’analyse technico-économique la plus détaillée à ce jour du potentiel solaire photovoltaïque en Chine.
Lu et al. trouvent une attractivité de coût exceptionnelle pour l’énergie solaire photovoltaïque en Chine pour aujourd’hui, ce qui n’était pas imaginable il y a quelques années. Ces résultats pour la Chine, en tant que pays du Nord, indiquent un rôle encore plus élevé de l’énergie solaire photovoltaïque pour les pays du Sud.
La perturbation du secteur de l’énergie avec de l’électricité solaire photovoltaïque à faible coût sera suivie d’une part substantielle de l’énergie solaire photovoltaïque dans l’approvisionnement en énergie primaire pour l’ensemble du système énergétique, pour les matières premières chimiques et même comme un approvisionnement énergétique majeur pour les solutions à émissions nettes négatives de CO2 nécessaires pour maintenir l’objectif de 1,5 ° C de l’Accord de Paris.
La Chine peut mener la transition énergétique durable en développant des solutions qui peuvent être utilisées comme modèle pour la plupart des pays du monde.
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