Atteindre la neutralité climatique - Une étude montre les voies de transformation régionales du système énergétique allemand
Une nouvelle étude réalisée par l'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie solaire (ISE) montre les voies de transformation technologique potentielles vers la neutralité climatique d'ici 2045 au niveau des États allemands. Le modèle intersectoriel de système énergétique "REMod" a été utilisé pour quantifier les voies de développement optimisées en termes de coûts pour les secteurs de l'énergie, des transports, de l'industrie et du bâtiment - y compris leurs infrastructures nécessaires. Plusieurs scénarios possibles ont été envisagés. L'étude confirme le rôle central de l'électrification dans une transformation rentable, mais aussi le rôle complémentaire de l'hydrogène pour l'industrie, le secteur des transports et les centrales électriques.
Les résultats indiquent qu'une expansion significative du réseau est nécessaire pour transporter l'électricité et l'hydrogène du nord de l'Allemagne vers les principaux centres de consommation de l'ouest et du sud de l'Allemagne. Dans un système énergétique basé en grande partie sur les énergies renouvelables, la production et la consommation d'énergie doivent être rendues plus flexibles.
La transition du système énergétique vers la neutralité climatique bat son plein. Les plans concrets de mise en œuvre au niveau régional, par exemple pour le chauffage urbain, deviennent de plus en plus importants. La nouvelle étude "Pathways to a Climate-Neutral Energy System : Les États fédéraux dans le processus de transformation" aborde les développements actuels importants tels que l'évolution de la demande énergétique, les incertitudes géopolitiques et la planification des infrastructures pour l'expansion des réseaux électriques et des réseaux d'hydrogène. L'étude utilise des optimisations résolues dans l'espace pour se concentrer sur la transformation technique au niveau de l'État. Cela a été rendu possible par l'ajout de nombreuses extensions au modèle de système énergétique REMod existant, qui simule mathématiquement le système énergétique allemand (y compris les importations d'énergie) pour calculer les voies de transformation les plus favorables. Le modèle régionalisé montre les voies possibles pour dix régions d'Allemagne, en tenant compte de l'expansion nécessaire des réseaux d'électricité et d'hydrogène. Les voies de transformation régionales optimisées en termes de coûts qui en résultent peuvent maintenant orienter les processus de prise de décision au niveau de l'État.
Quatre scénarios déterminants
Sur la base des développements sociaux et politiques actuels, l'étude examine quatre scénarios comme voies possibles vers la neutralité climatique en 2045. Dans chacun d'entre eux, les objectifs climatiques allemands, y compris la neutralité climatique, sont atteints d'ici 2045 et l'approvisionnement en énergie est toujours assuré dans tous les secteurs de consommation.
Le scénario "Open Technology" décrit la trajectoire de transformation du système énergétique optimisée en fonction des coûts, sans tenir compte de conditions limites supplémentaires et fixes. Il suppose une grande liberté dans le choix des technologies disponibles.
Le scénario "Efficacité" est basé sur des objectifs climatiques plus stricts : D'ici 2045, les émissions de CO2 doivent être réduites de 1000 millions de tonnes. Dans le même temps, une expansion plus rapide des installations renouvelables (en particulier solaires et éoliennes) est supposée possible. Par ailleurs, la demande d'énergie diminue en raison d'une plus grande efficacité et d'une baisse de la consommation (suffisance).
Dans le scénario "Persistance", les technologies existantes telles que les véhicules à moteur à combustion ou les systèmes de chauffage à base de combustibles fossiles sont conservées plus longtemps. La conversion écologique de l'industrie est également retardée.
Dans le scénario "Robustesse", les incertitudes géopolitiques et le changement climatique sont pris en compte. Par exemple, la disponibilité des systèmes photovoltaïques et de stockage par batterie est supposée être réduite pour des raisons géopolitiques, ce qui retarde l'expansion potentielle en Allemagne.
L'électrification directe au cœur de la décarbonisation de tous les secteurs
Les résultats de l'étude montrent que, lorsque cela est techniquement possible, l'électrification directe est l'option la plus rentable pour l'ensemble du système : Ainsi, les pompes à chaleur seront la technologie de chauffage dominante en 2045. Les véhicules électriques à batterie seront utilisés presque exclusivement dans les transports privés. Le degré d'électrification de l'industrie atteindra environ 70 %. En raison de la forte consommation d'électricité dans les secteurs de la consommation, la demande d'électricité devrait doubler dans tous les Länder allemands d'ici 2045. En outre, les États riches en vent du Schleswig-Holstein, de la Basse-Saxe et du Mecklembourg-Poméranie occidentale connaîtront le développement d'un nouveau consommateur d'électricité majeur sous la forme d'une électrolyse domestique de l'hydrogène. Selon le scénario, on peut s'attendre à une consommation d'électricité comprise entre 1 150 et 1 650 TWh en 2045.
Le nord de l'Allemagne fournira un tiers de l'énergie primaire en 2045 et deviendra un fournisseur d'hydrogène
L'énergie éolienne et l'énergie photovoltaïque s'avèrent être les piliers centraux de la transition énergétique, c'est pourquoi l'énergie éolienne terrestre doit se développer même dans les États supposés peu ventés. Dans le scénario à technologie ouverte, la capacité terrestre installée aujourd'hui devrait doubler d'ici à 2030 et atteindre environ 290 gigawatts d'ici à 2045. La capacité photovoltaïque installée augmentera jusqu'à 420 GW d'ici 2045.
Pour 2045, l'étude montre que la Basse-Saxe, le Schleswig-Holstein et le Mecklembourg-Poméranie occidentale fourniront un tiers de l'énergie primaire de l'Allemagne grâce à leur potentiel éolien élevé et que les technologies power-to-x se développeront considérablement. L'électrolyse jouera un rôle central dans la flexibilité de la consommation d'électricité, raison pour laquelle une grande partie des 65 GW de capacité d'électrolyse prévus sera installée dans le nord. En revanche, davantage de systèmes de stockage par batterie seront installés dans les États dominés par l'énergie photovoltaïque.
Pour une distribution optimale de l'énergie entre le nord et les États fédéraux de Rhénanie-du-Nord-Westphalie, de Bade-Wurtemberg et de Bavière, forts en industrie, l'expansion du réseau électrique est essentielle parallèlement à l'infrastructure de l'hydrogène, en particulier les connexions nord-sud et nord-ouest. Des capacités de stockage d'au moins 130 TWh sont requises pour l'hydrogène, qui est principalement nécessaire pour les processus à haute température et pour l'utilisation de matériaux dans l'industrie.
Afin de compenser les grandes différences régionales entre la production et la demande, la flexibilisation de la demande d'électricité joue un rôle majeur dans tous les scénarios. Des centrales flexibles au gaz et à l'hydrogène sont utilisées dans tous les États pour stabiliser le réseau. Les véhicules électriques et les batteries stationnaires sont utilisés pour le stockage à court terme.
L'accélération de l'expansion technologique et de l'efficacité énergétique peut permettre de réduire les coûts de transformation
Les coûts différentiels de la voie de transformation technologique ouverte par rapport à la simple poursuite du système énergétique actuel s'élèvent en moyenne à environ 52 milliards d'euros par an au cours des 25 prochaines années. Cela correspond à environ 1,2 % du produit intérieur brut d'aujourd'hui ou, pour utiliser une autre référence, à environ la moitié du chiffre d'affaires de la saison des achats de Noël 2023. Dans ce scénario, les coûts moyens d'évitement du CO2 pour les années 2024 à 2045 s'élèvent à un peu moins de 220 euros par tonne de CO2. Dans le scénario "Efficacité", les coûts de transformation sont nettement inférieurs, à un peu moins de 90 euros par tonne de CO2, en raison de la baisse de la demande d'énergie. En revanche, les coûts de transformation les plus élevés, d'un peu moins de 320 euros par tonne de CO2, apparaissent lorsque l'on s'en tient aux technologies conventionnelles et que l'on retarde l'expansion des énergies renouvelables, comme le décrit le scénario "Persistance". Ces coûts sont notamment dus à l'augmentation des volumes d'importation de vecteurs énergétiques synthétiques et à l'utilisation accrue de technologies à émissions négatives nécessaires pour atteindre les objectifs climatiques.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Autres actualités du département science
![Catalyse de la [Fe]-hydrogénase visualisée à l'aide de la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire rehaussée de para-hydrogène](https://img.chemie.de/Portal/News/675fd46b9b54f_sBuG8s4sS.png?tr=w-712,h-534,cm-extract,x-0,y-16:n-xl)
Recevez les dernières actualités de l’industrie chimique
Ne manquez plus aucune actualité : notre newsletter consacrée à l'industrie chimique, aux méthodes analytiques, aux laboratoires et à la technologie des processus vous informe tous les mardis et jeudis. Les dernières nouvelles du secteur, les produits phares et les innovations - de manière compacte et compréhensible dans votre boîte de réception. Recherché par nos soins, pour que vous n'ayez pas à le faire.
