- Les coûts ont suffisamment baissé pour que la majeure partie de la population mondiale puisse bénéficier d’une électricité bon marché fournie uniquement par une combinaison solaire + batteries
- En 2030, 80 % de la population pourrait atteindre 90 % d’autonomie électrique pour 80 €/MWh ou moins, et en 2050 86 % pour 60 €/MWh ou moins
- Dans les régions de haute latitude, le manque d’ensoleillement hivernal augmente les coûts de secours, mais cela peut être atténué par l’éolien et l’hydraulique
- 90 % de la population mondiale vit dans une zone située à ±45° de l’équateur, où l’efficacité du solaire est élevée et où les coûts de réseau peuvent être minimisés
- Les systèmes solaire + batteries sont considérés comme une technologie clé pour une autonomie électrique propre sans combustibles fossiles
Possibilité d’alimenter le monde en électricité grâce au solaire et aux batteries
- La baisse des coûts du solaire et des batteries permettrait à la majorité de la population d’accéder à une électricité bon marché
- À l’horizon 2030, 80 % de la population pourrait obtenir 90 % de son électricité via une combinaison solaire + batteries pour 80 €/MWh ou moins
- L’ajout de sources d’énergie d’appoint comme l’éolien ou l’hydraulique permettrait de réduire encore davantage les coûts
- Dans les régions de haute latitude, le manque d’ensoleillement en hiver renchérit les coûts de secours, mais l’éolien et l’hydraulique peuvent compenser
- En 2050, 86 % de la population pourrait obtenir 90 % de son électricité pour 60 €/MWh ou moins
- Dans la plupart des régions, les systèmes solaire + batteries pourraient devenir la technologie dominante pour une électricité bon marché et propre
Principales conclusions
- Le solaire et les batteries peuvent devenir le principal moyen de fourniture d’électricité dans la plupart des régions du monde
- Là où l’espace est suffisant, il est possible de produire l’électricité directement à proximité de la demande, ce qui réduit au minimum les coûts de réseau
- Les régions nordiques de haute latitude nécessitent un complément d’éolien et d’hydraulique en raison de la variabilité saisonnière
- Les 5 à 10 % finaux de la demande électrique peuvent être couverts à court terme par des combustibles fossiles, puis à long terme par du stockage longue durée ou des e-biocarburants
Détails techniques
- Le modèle repose sur model.energy et exclut le stockage par hydrogène
- Coût d’installation du solaire : 384 €/kWp en 2030, 293 €/kWp en 2050
- Coût d’installation des batteries lithium-ion : 157 €/kWh en 2030, 83 €/kWh en 2050
- Coût des onduleurs : 177 €/kW en 2030, 66 €/kW en 2050
- Rendement des batteries : 96 %, coût du capital : 5 %, rendement des générateurs de secours : 50 %
- Coût du combustible de secours : 30 €/MWhth, coût des équipements de secours : 1000 €/kWel
- Le coût de contribution du secours est d’environ (11.5 + 0.6x) €/MWh selon une part de secours de x %
- Les calculs ont été réalisés sur 9 196 mailles de 1°×1° comptant chacune plus de 10 000 habitants, couvrant 99,86 % de la population mondiale
- 90 % de la population vit à moins de 45 degrés de l’équateur, où l’efficacité du solaire est élevée
Avertissements et limites
- Variabilité de la demande non prise en compte : le modèle suppose une demande électrique constante toute l’année
- La demande de climatisation correspond bien au solaire, mais la demande de chauffage peut entraîner un déficit en hiver
- Forte sensibilité au coût des batteries : une nouvelle baisse réduirait encore le coût total du système
- Avec l’évolution de la répartition de la population, une hausse de la population aux basses latitudes augmenterait la part des zones à bas coût
- Décalage entre demande électrique et population : les industries très électro-intensives comme les data centers pourraient se déplacer vers les régions les moins coûteuses
- La réponse de la demande et les interconnexions régionales pourraient permettre des réductions de coûts supplémentaires
- Les coûts de réseau ne prennent en compte que 50 €/kW, avec des écarts selon les régions
- Les panneaux sont supposés installés à un angle fixe de 35 degrés ; des systèmes avec suivi solaire pourraient encore réduire les coûts
- Les petits systèmes résidentiels coûtent 2 à 3 fois plus cher que les grandes installations
- Contraintes foncières : dans les zones densément peuplées, l’approvisionnement local peut être difficile et nécessiter du transport depuis des régions voisines
- Les données d’irradiation proviennent de la réanalyse ECMWF ERA5, avec une marge d’erreur possible
- Les coûts sont exprimés en euros 2020 ; en équivalent 2026, ils augmenteraient de 20 à 25 %
- Le coût du combustible de secours est basé sur le gaz fossile à 30 €/MWhth, sans inclure les externalités (dommages climatiques, etc.)
- Avec un coût social du carbone de 300 €/tCO₂, il faut ajouter 60 €/MWhth
- En 2026, l’attaque de l’Iran par les États-Unis et Israël a fait monter le prix du gaz à 50–60 €/MWhth
- Le coût du capital (WACC) varie selon les régions et est plus élevé, par exemple, en Afrique
Code et données publiés
- Tous les codes de calcul sont publiés sous licence ouverte
- Dépôt GitHub
- Les résultats des scénarios sont disponibles dans le jeu de données Zenodo
Utilisation des terres et des ressources
- Si 8 milliards d’habitants consomment 10 MWh par personne et par an, il faut au total 80 000 TWh
- Pour fournir 90 % de cette électricité via solaire + batteries, il faudrait en 2050 69 TWp de solaire et 72 TWh de batteries
- 70 TWp de solaire occuperaient 1 400 000 km² (environ 1 % des terres émergées), soit 3,7 % des pâturages
- Dans les zones denses, le manque de terrain impose un acheminement depuis des régions voisines
- La capacité de fabrication du solaire dépasse 1 TWp par an, principalement concentrée en Chine
- La capacité de production de batteries lithium-ion est attendue à 7 TWh/an en 2030 (IEA, 2023)
- Les volumes d’extraction de minerais pour les énergies renouvelables restent bien inférieurs à ceux des combustibles fossiles
- Le silicium est abondant, l’usage de l’argent a été divisé par 7 entre 2005 et 2020, et il peut être remplacé par du cuivre ou de l’aluminium
-
Technologies de substitution pour les matériaux des batteries
- Cobalt → lithium-fer-phosphate (LFP)
- Graphite → remplacement partiel par du silicium
- Les batteries sodium-ion sont prometteuses pour le stockage stationnaire
Résultats supplémentaires
-
Densité de population et coût du système
- La majorité de la population vit dans la bande ±45° autour de l’équateur, où un système solaire + batteries seul peut rester peu coûteux
- Dans les régions situées au-delà de 45 degrés de latitude, l’ajout d’éolien réduit sensiblement les coûts
-
Scénario 2050 avec batteries bon marché
- L’hypothèse de base est de 83 €/kWh, mais l’adoption des batteries sodium-ion pourrait ramener ce coût à 29–52 €/kWh
- Cela devrait entraîner une nouvelle baisse du coût total du système
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Évolution des coûts sans éolien
- En 2030, l’exclusion de l’éolien augmente le coût du système, en particulier dans les régions septentrionales de haute latitude
-
Cartes par scénario et coûts cumulés
- Des cartes sont fournies pour les scénarios solaire seul et solaire + éolien en 2030 et en 2050
- Elles incluent une comparaison des coûts cumulés entre un scénario 90 % solaire-batteries en 2050 et un scénario 99 % solaire-éolien-batteries (batteries bon marché)
- Résumé :
- Avec la chute rapide des coûts du solaire et des batteries, la majeure partie de la population mondiale pourrait, dès 2030, être alimentée par une électricité bon marché et propre via cette combinaison. Les régions de haute latitude auront besoin d’un complément éolien ou hydraulique, mais dans l’ensemble, la possibilité d’un système électrique autosuffisant sans dépendance aux combustibles fossiles se confirme.
1 commentaires
Avis Hacker News
Fait intéressant : environ 12 millions d’hectares de terres sont actuellement utilisés pour produire de l’éthanol de maïs
Cet éthanol sert au final à produire de l’essence. Je vous laisse tirer vos propres conclusions
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Si l’on couvrait toute cette surface de panneaux solaires, on pourrait produire bien plus d’électricité que les besoins énergétiques actuels des États-Unis
S’obstiner à dépendre de sources d’énergie qui exigent une extraction continue de ressources est absurde. Avec un investissement initial en ressources, on peut obtenir pendant des décennies une énergie solaire + batteries stable
Une fois la boucle de recyclage bouclée, l’extraction future de ressources pourrait aussi être minimisée
Avant de débattre, regardez absolument cette vidéo
Le solaire n’a pas besoin d’être installé sur des terres agricoles. Le maïs ne sert pas qu’à l’éthanol : ses protéines, ses graisses et ses fibres servent aussi à nourrir le bétail
Les gouvernements accordent de l’importance à la sécurité alimentaire, donc transformer les surplus alimentaires en éthanol est plus efficace que de les stocker
En cas d’urgence, on peut produire de la nourriture sans avoir à retirer les panneaux solaires. On confond donc ici le problème du solaire avec celui de l’éthanol
Si on avait conçu des moteurs à l’éthanol pur, on aurait pu faire rouler des voitures avec de l’alcool fabriqué à partir de déchets de jardin
Je pense que l’article se trompe, surtout parce qu’il parle à peine de l’énergie de chauffage
J’habite dans une maison équipée d’une batterie de 30 kWh et de 24 kW de solaire. Les lumières restent allumées, mais le chauffage est impossible
Un système solaire + batteries impose un énorme compromis en matière de qualité de vie et d’ajustement des horaires d’activité
Une maison correctement isolée n’a presque pas besoin de chauffage ni de climatisation. Si vous mettez 50 000 dollars dans l’isolation, cela dure toute la vie ; si vous mettez la même somme dans des équipements de chauffage, le coût total sera 10 fois supérieur avec l’exploitation et l’entretien
Une maison moderne dans un climat tempéré peut se passer de chauffage central. Les jours froids, un radiateur de 500 W par pièce suffit
Ma maison ne consomme que 60 kWh par mois ; votre production sur 3 heures me ferait tenir un mois entier
Même dans une région qui descend à -25 °C, mon COP de pompe à chaleur reste au-dessus de 2 et ma facture de chauffage tourne autour de 118 euros par mois
En été, je peux même recharger ma voiture électrique gratuitement. Dire que cela dégrade la qualité de vie est exagéré
Même avec 66 °F le jour et 60 °F la nuit, la maison reste encore chaude le matin
Le prix des batteries a encore de la marge pour être divisé par 10, et au final, c’est une structure de coûts à marge nulle qui l’emportera
Notre maison de vacances fonctionne toute l’année avec une batterie de 15 kWh, complétée les jours froids par un petit poêle à bois
Il est inapproprié d’évaluer tout le réseau à partir du cas d’autonomie d’un seul foyer
Je construis des camping-cars off-grid et j’y installe des systèmes solaire + batteries au lithium
La technologie a énormément progressé ces dernières années. Le problème n’est pas la technologie, mais le mindset des clients, qui surestiment leur consommation réelle
Je pense que si on transpose cet état d’esprit à l’échelle d’un pays, on retrouve le même problème
Il se recharge entièrement au solaire, et il sert aussi de borne de recharge pour les voitures électriques du voisinage
Avec un chargeur/déchargeur parallèle conçu par mes soins, j’obtiens 20 000 cycles de vie sur batterie LFP
Wiki Lithium-titanate battery
Il nous faut des solutions DC pour la maison
À mes yeux, la plus grande amélioration possible serait une dérégulation de l’installation du solaire en toiture
L’autorisation et l’installation devraient être possibles en une semaine, et le coût devrait être réduit de moitié
Aujourd’hui, la réglementation et la complexité tuent la rentabilité
Mais à long terme, les grandes centrales solaires restent plus efficaces
Comme en Europe, ce sont de petits systèmes qu’on branche sur une prise, installables sans procédure d’autorisation
Le problème, c’est que les gens installent des systèmes trop grands et mettent le réseau sous tension
Article lié
Mais même pour les petits systèmes, les procédures d’autorisation sont beaucoup trop contraignantes
L’économie mondiale repose encore sur le pétrole et le gaz
Passer aux énergies alternatives n’est pas seulement une question technique, cela implique aussi une recomposition des relations géopolitiques
Je suis favorable aux renouvelables, mais je pense qu’une stratégie énergétique hybride est optimale
90 à 95 % devraient venir des renouvelables ; le reste devrait être assuré à court terme par le gaz, et à long terme par le nucléaire
Des interconnexions nord-sud et est-ouest du réseau peuvent compenser les variations saisonnières et horaires
En outre, une gestion flexible de la demande et un ajustement automatisé des prix peuvent résoudre le problème de la « charge de base »
Les 10 % finaux coûtent cher, mais on peut largement les gérer avec les centrales à gaz existantes
Si une entreprise travaille réellement sur cet objectif, j’aimerais travailler avec elle
J’ai collaboré avec de grandes entreprises du solaire, des batteries et des VE pour développer des logiciels d’analyse pour la transition énergétique propre
Je voudrais contribuer à l’étape suivante : éliminer les énergies fossiles
matthewgerring.com
J’aimerais qu’on travaille ensemble à une expansion sur le marché américain
L’an dernier, les panneaux solaires produits par la Chine représentaient sur leur durée de vie une production d’électricité équivalente à la consommation annuelle mondiale de pétrole
Si la production de batteries continue de monter en puissance, on pourrait remplacer l’essentiel du pétrole, du gaz et du charbon d’ici 10 ans
Si les sceptiques ont du mal à y croire, c’est parce que l’article n’aborde pas les arguments opposés
Les panneaux sont bon marché, mais les coûts d’installation et de maintenance restent élevés. Il y a aussi des risques comme la foudre
À l’échelle nationale, il manque des terres, du capital et de la main-d’œuvre qualifiée, et tous les pays ne bénéficient pas d’un ensoleillement suffisant
Au final, seuls 10 à 20 pays environ peuvent probablement basculer vers un modèle centré sur les renouvelables dans les 10 prochaines années
Fournir 90 % de l’électricité ne suffit pas forcément à dire qu’on « fait tourner le monde »
Il faut une technologie de stockage longue durée à bas coût, en complément des batteries
Atteindre 90 % a déjà énormément de sens