Puits de pétrole réaffectés : une nouvelle frontière dans le stockage d’énergie verte

La température moyenne de la surface de la Terre est déjà d’environ 1,2 °C au-dessus des niveaux préindustriels, provoquant des événements météorologiques extrêmes qui posent un risque pour les humains, les animaux et les infrastructures.

Le secteur de l’énergie est l’un des principaux moteurs de la pollution et du réchauffement climatique, la combustion de combustibles fossiles étant une source principale d’émissions de gaz à effet de serre (GES) et de polluants de l’air. Cela a conduit au mouvement de transition énergétique, qui est un passage des combustibles fossiles aux sources d’énergie renouvelable, telles que le vent et le soleil.

La transition énergétique renouvelable se poursuit à un rythme soutenu avec pour objectif de créer un système énergétique à zéro carbone d’ici 2050.

L’essor de l’énergie renouvelable – Mais avec un piège

La capacité de puissance renouvelable a connu une augmentation massive en 2024, atteignant 4 448 gigawatts (GW), selon l’Agence internationale pour les énergies renouvelables (IRENA).

L’ajout de 585 GW l’an dernier représente en fait une part de 92,5 % de l’expansion de la capacité totale et un taux de croissance annuel record (15,1 %).

“La croissance continue des énergies renouvelables que nous constatons chaque année est la preuve que les énergies renouvelables sont viables sur le plan économique et facilement déployables. Chaque année, elles battent leurs propres records d’expansion, mais nous sommes également confrontés aux mêmes défis de grandes disparités régionales et de l’échéance imminente de 2030.”

– Directeur général de l’IRENA, Francesco La Camera

Parmi les types d’énergies renouvelables, l’énergie solaire a connu la plus forte expansion de capacité, avec 32,2 %, atteignant 1 865 GW. L’énergie solaire photovoltaïque a augmenté de 451,9 GW l’an dernier, la Chine ajoutant seule 278 GW à l’expansion totale, suivie de l’Inde avec 24,5 GW.

L’énergie solaire a été suivie de l’énergie éolienne, qui a augmenté de 11,1 %, bien que l’expansion ait légèrement diminué pour atteindre une capacité de 1 133 GW. Cette expansion a été dominée par la Chine et les États-Unis.

La capacité hydroélectrique, à l’exclusion de l’hydroélectricité de stockage par pompage, a atteint 1 283 GW, également dominée par la Chine. La bioénergie a augmenté de 4,6 GW de capacité, la Chine et la France réalisant chacune des ajouts de 1,3 GW. La Nouvelle-Zélande a mené l’expansion de l’énergie géothermique, qui a augmenté de 0,4 GW au total.

Bien que les sources d’énergie renouvelable offrent une voie prometteuse pour faire progresser la transition énergétique, les énergies vertes comme le vent et le soleil sont intermittentes par nature. Cela nécessite de meilleures façons de stocker l’énergie pour une utilisation ultérieure.

En tant que solution, des chercheurs de l’Université d’État de Pennsylvanie ont proposé de réaffecter les puits de pétrole et de gaz épuisés pour le stockage d’énergie à air comprimé assisté par la géothermie (GA-CAES), qui peut potentiellement améliorer l’efficacité des systèmes de stockage d’énergie de 9,5 %.

Selon l’auteur principal de l’étude, Arash Dahi Taleghani, qui est professeur de génie pétrolier et de gaz naturel à l’Université d’État de Pennsylvanie :

“Le problème est que parfois, lorsque nous avons besoin d’énergie, il n’y a pas de soleil ou il n’y a pas de vent. C’est un grand obstacle à une expansion plus poussée de la plupart des énergies renouvelables qui nous sont disponibles. C’est pourquoi il est très important d’avoir une certaine capacité de stockage pour soutenir le réseau.”

Solution de stockage d’énergie à grande échelle et à longue durée

Le stockage d’énergie est clé pour un système énergétique stable, fiable et durable.En capturant l’énergie produite pour une utilisation ultérieure, il permet l’intégration de sources d’énergie renouvelable intermittente, améliore la stabilité du réseau et maximise l’utilisation de l’énergie éolienne et solaire. Il réduit également la dépendance aux combustibles fossiles, ce qui réduit les émissions de gaz à effet de serre.

Ceci n’est pas tout. Le stockage d’énergie favorise la résilience énergétique pendant les événements météorologiques extrêmes et soutient l’électrification du secteur des transports. Il est également essentiel pour étendre l’accès à l’énergie dans les zones reculées et créer des opportunités économiques.

Le stockage d’énergie est donc crucial pour atteindre un avenir énergétique durable et propre. Maintenant, il existe différentes façons de stocker l’énergie, le stockage d’air comprimé (CAES) en étant une.

Le CAES, comme son nom l’indique, est une technologie qui comprime l’air et le stocke. Le fonctionnement est le suivant : lorsque la demande d’électricité est faible, l’énergie excédentaire est utilisée pour comprimer l’air, puis stockée dans des réservoirs ou sous terre. Lorsque la demande d’électricité est élevée, l’air comprimé est libéré pour alimenter une turbine et produire de l’électricité.

La technologie a été sérieusement étudiée et est commercialement disponible depuis plus d’un demi-siècle, grâce à sa capacité à stocker d’importantes quantités d’énergie pendant de longues périodes.

Outre l’offre d’un stockage à grande échelle et à longue durée, les systèmes CAES peuvent être facilement dimensionnés pour répondre à différents besoins de stockage d’énergie. De plus, ils utilisent de l’air propre et facilement disponible, ce qui en fait une technologie de stockage d’énergie verte. En conséquence, le CAES suscite un intérêt croissant de la part des investisseurs, des services publics et des gouvernements.

Bien sûr, il existe des inconvénients en termes d’efficacité de cycle inférieure, de temps de réponse plus lent et de coût initial élevé. En conséquence, la recherche dans ce domaine se concentre sur l’amélioration de l’efficacité et de la rentabilité des systèmes CAES.

La dernière recherche, soutenue par le Département de l’Énergie des États-Unis, se concentre sur l’augmentation de l’efficacité économique du CAES.

Une nouvelle approche du stockage d’énergie verte

Les méthodes de stockage d’énergie à grande échelle comme le CAES attirent beaucoup d’attention pour mieux équilibrer l’offre et la demande d’énergie.

Au cours des dernières décennies, les technologies CAES ont mûri de manière significative et plusieurs installations CAES ont été construites. Par exemple, les projets Bethel Energy Center (324 MW) et l’usine CAES de Mclntosh (110 MW) aux États-Unis.

La plupart des installations CAES existantes, cependant, sont diabatiques, note la nouvelle étude, publiée dans le Journal of Energy Storage.

Cela signifie qu’elles perdent de la chaleur pendant la compression et n’ont pas d’option de réutilisation. De plus, l’utilisation de combustibles fossiles pour étendre l’air entraîne des émissions supplémentaires de GES et réduit l’efficacité du système.

Alors que le stockage d’air comprimé adiabatique (A-CAES) résout ce problème en stockant la chaleur générée pendant la compression et en la réutilisant avant l’expansion, il n’existe que quelques installations pilotes en raison de son investissement initial plus élevé et de la nécessité de contenants à haute pression avec une grande capacité de volume pour un stockage d’air hautement efficace.

Ainsi, la recherche a étudié la viabilité de l’intégration de puits de pétrole et de gaz abandonnés (AOGW) dans le développement du CAES en utilisant des modèles conceptuels, mathématiques et numériques pour résoudre le problème.

Selon l’Agence de protection de l’environnement (EPA), il y a environ 3,9 millions de tels puits épuisés, offrant une opportunité massive.

Le nombre croissant de puits orphelins manque généralement d’entretien et de surveillance appropriés et présente un risque élevé de fuite de gaz à effet de serre, de pollution de l’eau souterraine et de contamination du sol.

Pour résoudre ce problème, le gouvernement américain a fait plusieurs efforts, notamment 560 millions de dollars alloués à 24 États pour boucher, couvrir et réaménager ces puits. La loi sur les investissements dans les infrastructures et les emplois (IIJA) a également alloué 4,75 milliards de dollars pour remédier et surveiller ces puits à travers le pays.

Cependant, malgré les efforts, ces AOGW restent un grand défi pour le gouvernement. Réutiliser ces puits orphelins comme actifs pour les énergies renouvelables et les intégrer dans la transition énergétique présente une solution solide à ce problème.

Après tout, ces espaces souterrains offrent plusieurs avantages uniques, tels que la stabilité et l’isolation naturelle, qui les rendent idéaux pour diverses technologies de stockage d’énergie. Les réaffecter revitalise les sites abandonnés, réduit l’empreinte carbone de la production d’énergie et peut même être intégré à d’autres systèmes énergétiques.

La recherche propose d’utiliser ces puits abandonnés comme contenants CAES peu coûteux en les scellant et en convertissant leur structure. Elle propose également d’utiliser la chaleur géothermique souterraine pour chauffer davantage l’air stocké et augmenter sa pression.

La recherche a été menée dans le cadre du Centre de réaffectation pour la transition énergétique (ReCET) de l’Université d’État de Pennsylvanie, qui vise à réaffecter les infrastructures énergétiques fossiles existantes pour les applications de transition énergétique, en particulier dans les communautés énergétiques patrimoniales.

Une solution gagnant-gagnant pour toutes les parties prenantes

Avec les coûts de démarrage limitant le développement commercial des installations CAES, les scientifiques ont proposé le système de stockage d’énergie à air comprimé assisté par la géothermie en utilisant des puits de pétrole et de gaz abandonnés, qu’ils ont trouvé capable d’améliorer l’efficacité de 9,5 %.

Cela signifie qu’une plus grande quantité d’énergie stockée dans ceux-ci peut être récupérée et transformée en électricité.

“Cette amélioration de l’efficacité peut être un facteur de changement pour justifier l’économie des projets de stockage d’énergie à air comprimé. En plus, nous pourrions éviter considérablement le coût initial en utilisant les puits de pétrole et de gaz existants qui ne sont plus en production. Cela pourrait être une situation gagnant-gagnant.”

– Taleghani

Réutiliser ces puits, qui ont perdu leur viabilité économique pour la production de pétrole ou de gaz, permettrait aux opérateurs d’accéder à la chaleur géothermique dans les formations rocheuses souterraines chaudes. Cela éliminerait les coûts importants de forage de nouveaux puits, pourrait potentiellement augmenter leurs profits et rendre la technologie plus attrayante.

Selon la recherche, la réaffectation des installations préexistantes améliore la viabilité économique, et l’utilisation de l’énergie géothermique du réservoir environnant augmente encore l’efficacité du système.

Un autre avantage de l’utilisation de ces puits chauffés est qu’ils pourraient potentiellement stocker plus d’énergie car, à mesure que la température augmente, l’air comprimé augmente de pression. L’équipe a utilisé des simulations de modélisation numérique pour constater que la mise en place de systèmes CAES dans ces puits orphelins améliore considérablement la température de l’air dans les systèmes. Selon Taleghani :

“Sans profiter de la configuration géothermique, vous ne pourriez pas obtenir suffisamment de chiffres encourageants.”

De plus, “le forage de nouveaux puits peut ne pas justifier l’économie de ce type de stockage. Mais en combinant ces deux facteurs, et en allant et venant à travers la modélisation et la simulation, nous avons trouvé que cela pourrait être une très bonne solution”, a ajouté Taleghani.

En plus de contribuer à ce que le CAES joue un rôle clé dans la transition énergétique verte en résolvant le problème de la nature intermittente des sources d’énergie renouvelable, la réutilisation des puits de pétrole et de gaz orphelins peut également aider à atténuer les impacts environnementaux des puits épuisés.

La réaffectation peut également offrir de nouvelles opportunités d’emploi dans les régions ayant une riche tradition dans l’industrie de l’énergie. La Pennsylvanie est un bon exemple, avec environ 300 000 de ces puits abandonnés.

Les dommages causés à ces puits ou leur obturation incorrecte peuvent provoquer des fuites de méthane dans l’atmosphère et les eaux souterraines. La proposition de réaffectation des chercheurs est donc “en réalité, frapper deux oiseaux d’une pierre”.

“Tout d’abord, nous scellons ces puits. Cela arrête toute fuite potentielle. Et puis, si nous réaffectons ces puits pour le stockage d’énergie, nous utilisons toujours les infrastructures en place dans ces communautés. Cela peut potentiellement maintenir l’emploi dans la région et permettre aux communautés de faire partie de l’avenir énergétique.”

– Taleghani

En ce qui concerne l’application dans le monde réel de l’approche qui pourrait fournir une méthode rentable et durable pour stocker l’énergie renouvelable en utilisant les infrastructures existantes, la mise en œuvre pourrait commencer dans les 5 à 7 prochaines années, sous réserve de recherches et d’approbations réglementaires supplémentaires.

Entreprise innovante

NextEra Energy, Inc. (NEE )

Une entreprise d’énergie verte de premier plan, NextEra Energy a son siège social en Floride et investit dans la production d’énergie renouvelable et les solutions de stockage d’énergie avancées, y compris les technologies CAES.

NextEra Energy possède Florida Power & Light Company (FPL), le plus grand service public électrique américain. FPL fournit une électricité propre, abordable et fiable à environ 12 millions de personnes en Floride. Le mois dernier, FPL a soumis une demande quinquennale à la Commission de régulation des services publics de Floride (PSC) pour fixer de nouveaux tarifs une fois que son accord de tarifs de base actuel prendra fin cette année.

Selon la proposition, à compter de 2026 à 2029, la facture habituelle de 1 000 kWh d’un client résidentiel serait d’environ 20 % inférieure à ce qu’elle était il y a deux décennies, ajustée pour l’inflation. Pendant ce temps, les factures des clients commerciaux de petite et moyenne taille augmenteraient à un taux annuel moyen de 1 % à 5 %.

L’activité énergie verte de Next Energy — NextEra Energy Resources — est le plus grand producteur d’énergie renouvelable à partir du soleil et du vent, ainsi que du stockage de batteries. L’entreprise produit également de l’électricité propre à partir de ses centrales nucléaires commerciales. Il y a un total de sept unités de ce type réparties dans le New Hampshire, le Wisconsin et la Floride.

En ce qui concerne les finances de l’entreprise, Next Energy, qui a une capitalisation boursière de 143,4 milliards de dollars, a rapporté un bénéfice net de 1,203 milliard de dollars, 0,58 dollar par action, pour le quatrième trimestre 2024 et 0,53 dollar par action en base ajustée.

Pour l’année complète 2024, le bénéfice net en base GAAP était de 6,946 milliards de dollars, ou 3,37 dollars par action, et les bénéfices ajustés étaient de 7,063 milliards de dollars, ou 3,43 dollars par action, soit une augmentation de plus de 8 % par rapport à l’année précédente.

“NextEra Energy a eu une excellente année d’exécution en 2024”, a déclaré le PDG John Ketchum, alors qu’il notait la production de plus d’électricité ainsi qu’un investissement dans les infrastructures énergétiques plus important que toute autre entreprise aux États-Unis.

En 2024, l’entreprise a mis en service environ 8,7 gigawatts de nouveaux projets d’énergies renouvelables et de stockage. Le PDG Ketchum a déclaré :

“Avec une expérience dans chaque partie de la chaîne de valeur énergétique, NextEra Energy est bien positionnée pour capitaliser sur les opportunités qui se présentent et sur la demande de puissance accrue qui se produit actuellement aux États-Unis.”

Au moment de la rédaction, les actions NEE sont négociées à 69,73 dollars, en baisse de 2,73 % depuis le début de l’année. Le rendement des dividendes versé par l’entreprise est assez attractif, à 3,25 %.

Plus tôt cette année, l’entreprise a annoncé ses plans pour étendre sa production de gaz naturel et nucléaire pour répondre à la demande croissante d’électricité. Le boom de l’IA a été le principal facteur de l’augmentation significative de la consommation d’électricité aux États-Unis, en plus de l’électrification croissante de l’économie. Cela a créé une demande pour de nouvelles centrales au gaz et a ravivé l’intérêt pour l’énergie nucléaire.

Pour répondre à cette demande, NextEra Energy s’est associée à GE Vernova (NYSE : GEV), dont la capitalisation boursière est de 87,65 milliards de dollars. Selon GE Vernova, les centres de données préfèrent le gaz au vent et au soleil, les commandes de turbines à gaz ayant plus que doublé pour atteindre 20 gigawatts l’an dernier et devraient être encore plus fortes cette année, car ils ont besoin de puissance en continu.

Avec l’aide du fabricant de turbines à gaz, l’entreprise répondra aux besoins de puissance des centres de données.

“L’idée serait d’aller après et de cibler les clients à forte charge et de le faire de manière intégrée, où nous pourrions combiner la production au gaz avec les énergies renouvelables et le stockage de batteries.”

– Ketchum a déclaré fin janvier

NextEra a également commencé le processus de redémarrage de sa centrale nucléaire du Iowa, Duane Arnold Energy Center, qui a été arrêtée en 2019. Pour cela, elle a déposé une demande de modification de licence auprès de la Commission de régulation nucléaire américaine et vise à la remettre en service d’ici la fin de 2028.

L’été dernier, la Fondation NextEra Energy a également financé le centre équipé de l’IA d’un million de dollars de l’Université de Floride Atlantic, College of Engineering and Computer Science. Le projet comporte des écrans du sol au plafond, reproduisant la grille intelligente de FPL pour les événements météorologiques extrêmes.

En avril, Ketchum avait également partagé le potentiel pour le marché des énergies renouvelables et du stockage d’énergie pour tripler de taille au cours des sept prochaines années par rapport aux sept précédentes, poussé par la demande croissante des centres de données.

Les développeurs de centres de données veulent une énergie à faible coût, une contribution à la décarbonisation et le bon emplacement pour la rapidité du marché. Au-delà de cela, la fabrication de puces et l’industrie pétrolière et gazière sont également en train de s’électrifier, conduisant à une “demande électrique significative”.

Dernières nouvelles sur NextEra Energy, Inc.

Conclusion

Le voyage vers les émissions nettes zéro implique les énergies renouvelables comme un élément essentiel qui peut aider à réduire les combustibles fossiles en fournissant des sources d’énergie propres. La révolution de l’énergie verte et propre nécessite cependant des solutions de stockage d’énergie à grande échelle prometteuses.

Alors que le stockage d’air comprimé (CAES) offre la solution, il a ses propres problèmes en termes d’efficacité faible et de coût élevé. Mais la dernière recherche offre une approche innovante pour réduire considérablement l’investissement initial et augmenter l’efficacité.

Réaffecter les puits de pétrole et de gaz abandonnés pour les applications de stockage d’énergie et intégrer l’énergie géothermique dans le système améliore encore l’efficacité et, en outre, réduit les impacts environnementaux.

Cette nouvelle disposition représente un progrès significatif dans les solutions énergétiques durables, offrant une voie vers la réalisation de systèmes CAES plus propres et plus rentables et un avenir énergétique plus résilient et plus respectueux de l’environnement !

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