Une batterie géante remplace la dernière centrale au charbon d’Hawaï
(canarymedia.com)- Le réseau électrique d’Oahu a perdu 180 MW de production de base fossile le 1er septembre 2022 avec la fermeture de sa dernière centrale au charbon, et Kapolei Energy Storage de Plus Power a commencé à assumer les principales fonctions du réseau laissées vacantes
- Kapolei est une installation de batteries de 185 MW composée de 158 Tesla Megapack, capable de fournir une puissance instantanée comparable à celle de la centrale au charbon avec un temps de réponse de 250 millisecondes
- Sa capacité de stockage de 565 MWh ne suffit pas à remplacer directement toute la production de la centrale au charbon, mais elle stocke l’excédent d’énergie renouvelable pour le restituer pendant les pointes de demande du soir et réduit le bridage
- Hawaiian Electric et Plus Power l’ont conçue avec de l’inertie synthétique, une réponse rapide en fréquence et une fonction de black start pour permettre aussi le redémarrage après une panne généralisée
- Kapolei représente environ 17 % de la capacité de pointe d’Oahu, devenant un exemple concret du transfert vers une source propre des services essentiels du réseau auparavant assurés par une centrale fossile
Le vide créé sur le réseau par la fermeture de la centrale au charbon
- Hawaï a fermé sa dernière centrale au charbon le 1er septembre 2022, supprimant 180 MW de production de base fossile du réseau d’Oahu
- Il s’agit d’une étape vers l’objectif d’Hawaï de mettre fin à la combustion d’énergies fossiles pour la production d’électricité d’ici 2045
- Le défi restant consistait à maintenir la fiabilité du réseau tout en basculant vers un grand portefeuille d’énergies renouvelables de toutes tailles, dont la production varie selon la météo
Composition et exploitation de Kapolei Energy Storage
- Kapolei Energy Storage, développé et détenu par Plus Power, a commencé son exploitation commerciale avant Noël dans la zone industrielle de l’ouest d’Oahu
- L’installation se charge et se décharge selon les signaux de Hawaiian Electric
- elle est composée de 158 Tesla Megapack
- sa puissance de décharge instantanée atteint 185 MW, soit un niveau comparable à la puissance que l’ancienne centrale au charbon pouvait injecter sur le réseau
- son temps de réponse est de 250 millisecondes, bien plus rapide que celui des centrales fossiles classiques
- La batterie ne produit pas elle-même d’électricité nouvelle, elle restitue au besoin l’électricité qu’elle a absorbée du réseau
- l’idéal est de la charger lorsque la production renouvelable est abondante
- elle peut ensuite renvoyer une électricité bon marché et propre aux heures où le réseau en a le plus besoin, comme en soirée
Un chantier retardé et un projet de remplacement du charbon
- La batterie de Kapolei devait à l’origine entrer en service avant la mise à l’arrêt de la centrale au charbon
- Le Covid-19 a perturbé les livraisons dans toute l’industrie des batteries de réseau, et la localisation isolée de Kapolei, au milieu du Pacifique, a encore compliqué la situation
- À l’été 2021, Plus Power espérait une mise en service fin 2022, mais l’achèvement réel a pris un an de plus
- Malgré cela, Kapolei s’est raccordé au réseau avant d’autres grands projets solaires et batteries prévus pour remplacer par de l’électricité propre la production de la centrale au charbon
Les fonctions de réseau directement assurées par la batterie
- La valeur essentielle fournie par l’ancienne centrale au charbon à Oahu reposait sur trois éléments
- Énergie : le volume d’électricité lui-même
- Capacité : la puissance disponible immédiatement en cas de besoin
- Services réseau : les fonctions qui maintiennent la stabilité du réseau
- Kapolei remplace directement la capacité et les services réseau
- elle fournit une capacité nominale équivalente à la puissance maximale de la centrale au charbon
- elle est programmée pour fournir les services nécessaires au maintien du réseau dans sa plage de fréquence définie
- Si une autre centrale s’arrête soudainement ou si la production solaire dépasse la consommation, la fréquence du réseau peut sortir de sa plage normale
- Kapolei réagit aux écarts en temps réel grâce à l’inertie synthétique, première ligne de défense
- si la situation se dégrade au-delà d’un seuil défini, la réponse rapide en fréquence prend le relais comme seconde ligne de défense
La production d’énergie est complétée avec le solaire
- La capacité de stockage de Kapolei est de 565 MWh, ce qui ne suffit pas à remplacer directement la production énergétique de la centrale au charbon
- Elle fonctionne plutôt en complément du secteur solaire très actif d’Oahu pour remplir le rôle énergétique auparavant assuré par la centrale au charbon
- Selon les modélisations de Hawaiian Electric, Kapolei Energy Storage peut réduire d’environ 69 % le bridage de la production renouvelable durant ses cinq premières années
- réduction du bridage : {p:69}
- cela permet d’injecter sur le réseau un surplus d’électricité propre qui aurait autrement été perdu
Rôle de black start et de redémarrage
- Hawaiian Electric a également demandé à Kapolei une fonction de black start
- Si une catastrophe comme un cyclone ou un séisme provoque une extinction totale du réseau, une source d’énergie est nécessaire pour le relancer
- La batterie de Kapolei est programmée pour conserver une partie de son énergie en réserve à cette fin
- Plus Power a installé l’équipement près d’un poste relié à trois autres centrales
- cette implantation permet à la batterie de servir de « jump start » pour relancer d’autres centrales
Une responsabilité plus grande confiée aux batteries à Hawaï
- Hawaï a déjà produit des exemples pionniers de transition énergétique, avec notamment l’adoption massive du solaire résidentiel et la première centrale solaire-batterie à l’échelle utility de Kauai
- Quand la part des renouvelables augmente et que les centrales fossiles partent à la retraite au-delà d’un certain seuil, il ne suffit plus d’ajouter de l’éolien, du solaire et des batteries
- Les technologies propres fonctionnant avec des onduleurs à commande numérique doivent assurer non seulement l’alimentation électrique, mais aussi le maintien du réseau
- D’autres régions disposent aussi de batteries fournissant des services de fréquence, et certaines sont plus grandes que Kapolei
- Mais les cas combinant, comme Kapolei, capacité de pointe, réponse en fréquence, inertie synthétique et redémarrage du réseau au sein d’une même grande installation de batteries restent rares
- Kapolei représente à elle seule environ 17 % de la capacité de pointe d’Oahu
- les batteries de réseau en Californie dépassent 5 000 MW, mais cela ne représente qu’environ 7,6 % de la capacité nominale du réseau de l’État
Pourquoi l’inertie synthétique est importante
- Les centrales classiques fournissent passivement de l’inertie pour stabiliser la fréquence du réseau grâce à la masse en rotation de leurs turbines
- Par le passé, comme l’inertie était fournie automatiquement dès lors qu’une centrale fonctionnait, il était rarement nécessaire de la définir et de la rémunérer comme un service distinct
- Les réseaux actuels évoluent vers un modèle qui maximise l’électricité renouvelable bon marché lorsqu’elle est disponible, puis brûle du combustible lorsqu’elle manque
- Les centrales thermiques doivent rester en rotation pour fournir de l’inertie
- sur le continent, il arrive que l’on bride la production renouvelable pour maintenir en service d’anciennes centrales au charbon afin d’assurer ces services réseau
- Les batteries avancées peuvent fournir une version synthétique de l’inertie via la programmation des onduleurs
- cela peut constituer une alternative plus économique tout en évitant des émissions de carbone inutiles
- elles réagissent plus vite et plus précisément, ce qui convient bien aux réseaux où la variabilité de la production renouvelable augmente
Sa place dans la transition vers un réseau propre
- Les objectifs climatiques de long terme des États-Unis exigent une sortie progressive des énergies fossiles du réseau électrique
- L’hydroélectricité et le nucléaire fournissent une inertie utile sans émissions de carbone, mais ne sont pas sur une trajectoire de croissance
- Kapolei est l’un des premiers exemples concrets à grande échelle du transfert vers des installations propres des fonctions critiques du réseau auparavant assurées par une centrale fossile
- Le type de services réseau assuré par Kapolei devra à terme être déployé à l’échelle des États-Unis
1 commentaires
Commentaires sur Hacker News
Fait intéressant : le canal de refroidissement des rejets de cette vieille centrale mène à la mer, ce qui crée une zone où l’eau est plus chaude et la vie marine abondante, au point d’en faire un spot réputé pour la plongée et le snorkeling. On l’appelle même Electric Beach : https://www.snorkeling-report.com/spot/snorkeling-electric-b...
J’ai vécu là-bas pendant quelques années et j’ai essayé d’y faire du snorkeling, mais à cause de ma peur des structures artificielles submergées, je n’ai jamais réussi à m’éloigner de plus de quelques pieds du bord. La vue de ces grands tuyaux sinistres m’a vraiment terrifié
https://www.reddit.com/media?url=https%3A%2F%2Fi.redd.it%2Fe...
Quelques chiffres intéressants sont un peu noyés dans l’article ; pour remettre les choses en contexte, la capacité de stockage est de 565 MWh, la puissance instantanée de 185 MW, et le financement du projet s’élève à 219 millions de dollars
À Hawaii, le tarif résidentiel de l’électricité est d’environ 0,415 dollar par kWh, contre environ 0,162 dollar en moyenne aux États-Unis
https://www.energy-storage.news/global-bess-deployments-to-e...
L’économie devient viable d’abord dans les endroits où l’électricité est chère, ou là où les batteries peuvent capter des revenus auparavant perçus par les générateurs thermiques. Cela inclut les services auxiliaires au réseau, l’inertie synthétique, le black start et autres fonctions du même genre. À mesure que le coût des batteries baisse, cela peut s’étendre à des segments de coût de plus en plus bas. Il faut raisonner à l’échelle du système, notamment en réduisant le temps de fonctionnement des générateurs thermiques et donc en dégradant leur rentabilité
Avec des batteries, on peut l’utiliser plus tard, par exemple le soir, ce qui améliore le taux d’utilisation des installations renouvelables existantes. Si l’on ajoute aussi des batteries domestiques et celles des véhicules électriques, on peut même piloter la demande en chargeant quand la production renouvelable explose et que les prix baissent. Ce n’est pas encore déployé à grande échelle, mais techniquement les véhicules électriques peuvent eux aussi réinjecter de l’électricité dans le réseau
Ces batteries ne sont pas destinées au stockage de longue durée ; leur rôle est de stabiliser le réseau et de gérer les pics et creux de courte durée entre l’offre et la demande. Contrairement aux centrales à charbon ou à gaz, elles peuvent réagir en quelques millisecondes, et pour cet usage elles sont aussi rentables. Démarrer une centrale à charbon ou à gaz est coûteux et lent, et même à l’arrêt elle continue à coûter de l’argent
Même si une centrale à charbon pouvait fournir ce qu’on appelle la charge de base, cela n’est vrai que si elle tourne en continu, 24 heures sur 24, 365 jours par an. En réalité, elle peut s’arrêter pendant des semaines ou des mois pour maintenance ou réparations, et c’est pareil pour le nucléaire ; partir du principe que cela n’arrivera pas n’a jamais été une bonne stratégie
On suppose souvent qu’un stockage de longue durée est nécessaire pour compenser un manque de charge de base, mais la notion même de charge de base reste assez floue tant qu’on ne l’exprime pas en GWh et en GW. Hawaii semble montrer que le besoin réel en stockage de longue durée pourrait être bien plus faible que certains ne l’imaginent. Avec le temps, ils ajouteront sans doute davantage d’éolien, de solaire et de batteries, mais si la modélisation et l’évaluation ont été bien faites, la configuration actuelle pourrait déjà être satisfaisante
À long terme, cela devrait faire baisser de manière significative le prix de l’électricité sur l’île. Augmenter la capacité solaire coûte bien moins cher que de continuer à faire tourner la centrale à charbon, et avec cette batterie il devient possible d’installer encore plus de solaire pour l’utiliser la nuit. Je ne sais pas quel est le niveau de l’éolien à Hawaii, mais l’endroit a l’air assez venteux
Par curiosité, j’ai regardé les projets du pays où je vis, les Pays-Bas. Les gouvernements du monde entier, y compris celui des Pays-Bas avec ses 17 millions d’habitants, vont commencer à installer des batteries à l’échelle du réseau électrique dans les prochaines années, car sans cela la transition vers les énergies renouvelables est en pratique difficile
Le gouvernement néerlandais a alloué 400 millions d’euros, ce qui devrait permettre d’installer entre 160 MW et 380 MW. Cela représente une échelle 1 à 2 fois supérieure à celle de la centrale à batteries d’Hawaï. Mais l’opérateur national du réseau de transport veut aussi réduire les frais de raccordement afin d’encourager 2 à 5 GW de nouvelles capacités de batteries d’ici 2030, ce qui est considérable
Je pense qu’on verra des installations similaires un peu partout
https://www.pv-magazine.com/2023/10/09/netherlands-allocates...
Aux Pays-Bas, le facteur clé sera probablement l’approvisionnement éolien, et dans ce cas on a généralement besoin d’un stockage à l’échelle de la semaine. Je ne sais pas vraiment quelle technologie est actuellement la meilleure sur cette durée
Il me semble plus probable que ce soit la première
Il y a deux jours, une tempête a endommagé certains générateurs, et le niveau de charge des batteries était aussi très bas, ce qui a provoqué un manque d’électricité sur toute l’île et des coupures tournantes
https://www.hawaiianelectric.com/update-rolling-oahu-outages...
Lorsque l’on remplace une centrale fossile par des énergies renouvelables et des batteries, la question clé est de trouver un système de batteries capable de stocker l’énergie assez longtemps et avec une capacité suffisante pour remplacer le solaire et l’éolien lorsqu’il fait sombre et qu’il n’y a pas de vent
Dans les études que j’ai vues, le décalage temporel nécessaire était de l’ordre des saisons, et la capacité requise ressortait comme économiquement difficile à assumer
Les schémas météorologiques d’Hawaï sont peut-être assez stables pour permettre de supprimer la capacité de production de base d’appoint. L’article laisse aussi entendre que la capacité totale de la centrale au charbon était bien supérieure à la capacité de stockage des batteries
Il est écrit que « avec 565MWh de capacité de stockage, les batteries ne peuvent pas remplacer directement la production d’énergie de la centrale au charbon… », donc il n’est pas clair de combien la capacité réelle a diminué avec cette transition. Il peut aussi y avoir eu d’autres changements dans le portefeuille de production dont l’article ne parle pas
Si l’on désactive l’hydrogène, on peut aussi voir à quel point les coûts montent quand le stockage repose uniquement sur les batteries. Dans certains endroits comme l’Allemagne, la hausse est forte ; dans d’autres comme l’Inde, elle est presque négligeable
Si les hypothèses de coût ne vous conviennent pas, les sources sont indiquées, donc on peut les ajuster et voir comment la solution optimale évolue
Ce que j’ai du mal à comprendre, c’est l’attitude consistant à s’accrocher à des hypothèses du type « et si » alors que le projet fonctionne déjà avec succès. Que faut-il voir de plus ? Il faudrait que ça tourne 50 ans pour convaincre ?
Tony Seba a fait plusieurs présentations sur le sujet, en soutenant que les renouvelables deviennent tellement bon marché qu’on peut en construire assez pour que la production minimale couvre la demande presque tous les jours. Il semble aussi partir de l’hypothèse d’une modernisation raisonnable du réseau
Marc Z Jacobsen a réalisé une étude assez détaillée sur une transition à 100% de renouvelables, et comme il n’y suppose généralement pas d’amélioration technologique, ses estimations sont plutôt conservatrices. Je ne me souviens pas qu’il y soit question de stockage saisonnier
Dans les régions froides, l’incinération des déchets avec chauffage urbain, le chauffage urbain géothermique, ainsi qu’un peu de nucléaire supplémentaire pour la charge de base peuvent constituer des solutions. En Scandinavie, l’incinération des déchets devient courante, et on peut même y ajouter de la capture du carbone, comme dans la centrale d’Oslo. Le Royaume-Uni, la Suède et la Finlande construisent aussi du nucléaire
Il faut aussi tenir compte du fait qu’aller vers le zéro carbone exigera de produire des quantités énormes d’hydrogène, d’ammoniac, d’électrocarburants, de biocarburants, de bio-huile et de biochar. J’ai aussi vu passer une information selon laquelle une entreprise danoise a lancé l’exploitation commerciale d’un grand réacteur micro-ondes produisant efficacement de la bio-huile et du charbon à partir de boues d’épuration
Toutes ces solutions impliquent en réalité une capacité de stockage considérable. Si l’on produit énormément d’hydrogène, cela crée un stockage tampon à la fois côté production et côté consommation, et on peut aussi moduler la production si nécessaire
Les centrales existantes à hydrogène resteront probablement en place comme secours. En Norvège, il existe même des discussions sérieuses sur la conversion du gazoduc de gaz naturel vers l’Europe du gaz à l’hydrogène. L’idée serait d’utiliser d’abord de l’hydrogène produit avec capture et stockage du carbone, puis de basculer ensuite vers de l’hydrogène vert issu de l’éolien offshore
L’éolien offshore devient aussi de plus en plus courant. Avec de très grandes turbines offshore, la production est assez stable
C’est pour cela que je considère le solaire + l’éolien en Europe du Nord comme proche d’une impasse, comme on le voit en Allemagne. En hiver, il y a très peu de soleil, et des périodes de plusieurs semaines presque sans vent peuvent se produire ; pour faire fonctionner une stratégie de surcapacité, il faudrait peut-être installer dix fois plus de solaire, ce qui rendrait les coûts intenables
Par curiosité, j’ai regardé : actuellement, la géothermie fournit 10 à 15% de la demande énergétique d’Hawaï. Comme la zone est très volcanique, on pourrait penser que cela peut encore augmenter
À titre de comparaison, en Islande, la géothermie représente plus de 50% de la production d’électricité
Je me demande si l’écart vient de raisons physiques et géologiques, ou d’autre chose
Apparemment, l’un des avantages et fonctions de ce système de batteries est la stabilisation du réseau électrique, c’est-à-dire remplacer l’inertie des générateurs rotatifs pour maintenir une fréquence 60Hz stable. Je me demande si cela pourrait servir à rendre la fréquence du réseau encore plus stable [1]
Et dans ce cas, est-ce que cela pourrait rendre plus difficile, voire impossible, l’estimation de la date d’un enregistrement à partir du bourdonnement du secteur [2]
[1]: http://leapsecond.com/pages/mains/
[2]: http://hummingbirdclock.info/about
Il n’est pas immédiatement évident de savoir si les batteries fournissent ou non cette fonction. Je sais qu’il existe des projets qui introduisent d’énormes volants d’inertie et des groupes moto-générateurs, et que dans certains cas on fait tourner à vide d’anciennes centrales. Ce dernier point est peut-être lié au contrôle de la puissance active et réactive
Je me demande si tout cela n’est qu’une alternative plus low-tech aux batteries, ou s’il existe des propriétés propres aux générateurs rotatifs qui sont difficiles à reproduire
Je pensais que Hawaii fonctionnait surtout au diesel
https://www.eia.gov/state/?sid=HI#tabs-4
Le charbon semblait représenter environ 12 % de la consommation d’énergie en 2021. C’est une bonne évolution, mais il reste encore du chemin à parcourir avant d’éliminer toutes les sources d’électricité très polluantes et coûteuses à Hawaii.
Les batteries de stockage pour le réseau électrique sont aujourd’hui non seulement déjà viables, mais aussi très attractives sur le plan des coûts. La raison est toutefois différente de ce qu’on imagine souvent. Il ne s’agit pas de servir de débouché aux excédents d’électricité verte, mais de réduire le besoin en centrales de pointe
En général, la production électrique comprend des centrales de base qui tournent en permanence, et des centrales de pointe que l’on peut démarrer lorsque la demande augmente. Les centrales de pointe coûtent bien plus cher par unité d’électricité produite et brûlent aussi beaucoup plus de combustible. C’est pourquoi les systèmes de stockage sur le réseau peuvent avoir du sens même sur un réseau électrique 100 % fossile
La grande exception, c’est lorsqu’il y a beaucoup d’hydroélectricité. L’hydraulique peut fonctionner comme une centrale de pointe en laissant passer davantage d’eau dans les turbines, ce qui réduit l’intérêt du stockage réseau. Cela dépend toutefois des caractéristiques des barrages et du réseau, et même avec beaucoup d’hydro, cela peut malgré tout rester pertinent
https://en.wikipedia.org/wiki/Peaking_power_plant
La régulation de fréquence est un domaine dans lequel les batteries de stockage réseau excellent particulièrement, et l’obtenir avec des centrales classiques peut coûter très cher
https://en.wikipedia.org/wiki/Ancillary_services_(electric_p...
Bien sûr, le compromis est l’investissement initial élevé nécessaire pour construire ces installations de stockage réseau
Cela peut sembler cynique, mais je pense que chaque État devrait maintenir en service au moins une centrale à charbon de manière permanente afin de préserver la technologie et la chaîne d’approvisionnement. Le charbon est l’une des ressources naturelles les plus abondantes aux États-Unis. Il faut pouvoir compter dessus en cas d’urgence nationale, ce qui n’est plus possible si l’on se met soi-même dans une impasse
La production solaire est en général bien plus distribuée qu’un petit nombre d’énormes centrales à charbon
Même en ne regardant que le solaire, c’est déjà le cas, et il existe bien d’autres façons de produire de l’électricité : éolien, énergie des vagues, géothermie, etc. C’est cela, la diversification, et ce sera aussi plus facile à défendre
Dépendre d’une seule source d’électricité, c’est précisément se mettre dans une impasse et en boire la peinture
Ce ne serait peut-être pas la première fois que le continent impose au territoire des exigences pesantes. Le Jones Act vient à l’esprit
https://www.hawaiianelectric.com/clean-energy-hawaii/our-cle...