Un aperçu des produits, innovations et technologies énergétiques qui vont impacter la production, la distribution et le stockage d’énergie renouvelable en 2024 et au-delà.
Alors que la demande mondiale d’énergie augmente, l’innovation continue de se concentrer sur la production, la distribution et le stockage d’énergie renouvelable. En 2023, les fournisseurs d’énergie ont continué à diversifier leurs sources d’énergie et à réduire leur dépendance aux combustibles à base de carbone. Les applications d’énergie renouvelable à petite échelle et à grande échelle ont été au centre des dernières technologies de génération, de gestion et de distribution d’énergie.
Centrale électrique de Ravenswood à New York. Image utilisée avec l’aimable autorisation d’Unsplash
Quelles sont les attentes en matière de développements dans le domaine de l’énergie renouvelable en 2024 ?
Dispositifs de puissance à haute tension
Les innovations dans les dispositifs de semi-conducteurs de puissance à haute tension continueront à avoir un impact sur la production d’énergie renouvelable. Les commutateurs FET (transistor à effet de champ) de puissance sont les éléments constitutifs des redresseurs, des onduleurs et des convertisseurs utilisés pour conditionner l’énergie générée à partir de sources renouvelables pour alimenter les charges et pour la distribution au réseau et les systèmes de stockage.
Pour les fabricants de composants, les volumes unitaires dans la plupart des applications renouvelables seront plus faibles que pour l’automobile. Ainsi, une grande partie de la technologie de puissance utilisée dans les applications renouvelables à haute tension sera une technologie réutilisée à partir de solutions développées pour les applications de propulsion et de charge de véhicules électriques (VE).
Alors que la densité de puissance est moins critique dans les applications d’énergie renouvelable, la taille de la solution compte toujours, en particulier dans les systèmes résidentiels tels que l’énergie solaire domestique qui doivent s’adapter parfaitement aux limites d’une résidence. Pour ces cas d’utilisation d’énergie renouvelable mobile et résidentielle, les dispositifs à large bande interdite, comme le carbure de silicium (SiC), continueront d’être populaires pour les onduleurs et autres circuits de conversion de puissance en raison de leurs densités de puissance élevées et de leurs capacités de tension élevées.
Module de puissance IGBT. Image utilisée avec l’aimable autorisation de DigiKey
Pour les applications d’énergie renouvelable à plus grande échelle, les technologies à haute tension plus matures, comme les transistors bipolaires à grille isolée (IGBT), trouveront leur utilisation en raison de leur robustesse, de leur longue expérience de fonctionnement et de leurs coûts inférieurs. Bien que ces dispositifs ne puissent pas fonctionner aux vitesses de commutation élevées du SiC ou du nitrure de gallium (GaN), ils fonctionnent suffisamment bien à des fréquences plus basses où la densité de puissance n’est pas un objectif de conception primordial. De nouveaux investissements continueront de faire avancer leurs capacités.
Stockage d’énergie
En plus de la production d’énergie renouvelable, le stockage d’énergie est essentiel dans l’écosystème de l’énergie renouvelable pour permettre de répondre aux besoins en énergie à la demande avec des sources de production intermittentes telles que l’énergie éolienne et solaire.
Comme pour les technologies de batterie, les avancées dans les capacités de stockage d’énergie sont mieux mesurées en années plutôt qu’en mois. Les batteries lithium-ion sont une technologie de stockage d’énergie éprouvée, avec une densité énergétique élevée, ce qui les rend idéales pour les applications mobiles telles que les VE. Cependant, les batteries lithium-ion peuvent être coûteuses pour les applications à plus grande échelle, telles que le stockage d’énergie renouvelable, ce qui rend difficile la satisfaction des exigences de stockage à longue durée tout en étant économiquement viable.
Pour les solutions de stockage basées sur des batteries lithium-ion, résoudre ces problèmes restera un domaine clé de développement futur.
Construction de la batterie à flux. Image utilisée avec l’aimable autorisation de XL Batteries
En tant qu’alternative au lithium-ion, les batteries à flux ont montré de grandes promesses en tant que plateforme de stockage d’énergie rechargeable à longue durée. Comme les batteries à flux sont construites avec de grands réservoirs d’électrolyte, les coûts de stockage d’énergie par unité diminuent à mesure que la taille de la batterie augmente, ce qui est l’inverse des batteries lithium-ion. Cela les rend bien adaptées aux applications de stockage d’énergie renouvelable à plus grande échelle.
En plus des batteries électriques, les technologies de stockage mécaniques ou basées sur la gravité, telles que l’hydro-accumulation et d’autres solutions de stockage d’énergie telles que les batteries thermiques, continueront d’attirer des investissements pour faire progresser leur développement.
Tendances des énergies renouvelables
À mesure que la production d’énergie à partir de sources renouvelables telles que l’énergie éolienne et solaire continue de croître, les marchés des composants et systèmes électriques qui représentent les fondements des solutions d’onduleurs, de redresseurs et de conversion d’énergie permettant le transfert d’énergie des sources renouvelables au réseau, aux systèmes de stockage à longue durée ou directement aux charges, vont également croître.
Les solutions de génération d’énergie locale, telles que les installations solaires résidentielles, commerciales et industrielles, continueront d’évoluer aux côtés des déploiements à grande échelle sur le réseau électrique. Chacune de ces solutions aura des priorités différentes en termes de taille, de coût et d’autres exigences fonctionnelles, et les technologies appropriées seront adoptées en conséquence, telles que les dispositifs à large bande interdite (SiC, GaN), les transistors MOSFET en silicium, les IGBT, etc.
Micro-réseau intégrant des sources d’énergie renouvelable. Image utilisée avec l’aimable autorisation d’Eaton
La modernisation du réseau demeurera une priorité alors que les opérateurs chercheront à améliorer la fiabilité et à tirer le meilleur parti de leur infrastructure existante. Cela inclura des logiciels et des algorithmes basés sur l’intelligence artificielle qui seront de plus en plus importants pour la gestion des réseaux électriques et l’intégration de sources d’énergie renouvelable intermittentes. Les batteries virtuelles en sont un bon exemple. Elles permettent aux opérateurs d’accéder intelligemment aux sources d’énergie distribuée, comme les batteries de VE, afin d’utiliser cette énergie en excès pour répondre aux demandes de pointe sur le réseau sans avoir à investir dans une capacité excessive coûteuse.
Hydrogène et carburants alternatifs
Dans le modèle d’énergie renouvelable, l’électricité est générée à partir de sources d’énergie non carbonées telles que l’éolien, le solaire ou le nucléaire pour être distribuée vers le réseau, stockée pour une utilisation ultérieure ou utilisée pour alimenter localement des charges.
Pour les plateformes mobiles (VE) ou les applications de production d’énergie hors réseau, comme les générateurs de secours, les carburants alternatifs tels que l’hydrogène ajoutent une couche supplémentaire de flexibilité pour le transport de l’énergie sans carbone. En tant que source d’énergie, l’hydrogène peut remplacer les batteries dans les VE pour alimenter les piles à combustible qui entraînent les groupes motopropulseurs électriques. Il peut également être utilisé comme source de carburant pour la production d’énergie hors réseau, en remplacement des carburants diesel et pour d’autres applications de production d’énergie hors réseau.
L’hydrogène en tant que partie de l’écosystème énergétique. Image utilisée avec l’aimable autorisation du département de l’énergie des États-Unis
Lorsque l’hydrogène est produit à partir de sources d’électricité sans carbone, telles que l’éolien et le solaire, le carburant à l’hydrogène est sans émission de carbone, l’eau étant le seul sous-produit de son utilisation. Cependant, le défi consiste à produire de l’hydrogène propre de manière rentable afin qu’il puisse être largement adopté en tant que source de carburant.
Dans un avenir moins dépendant des combustibles à base de carbone, les spécialistes de l’énergie se tourneront vers l’hydrogène et d’autres carburants alternatifs, tels que l’ammoniac, pour remplacer le diesel marin. Ces carburants ajouteront une dimension importante à l’écosystème énergétique et continueront d’être au cœur des investissements publics et privés en 2024 et au-delà.