Puits de pétrole réutilisés: une nouvelle frontière du stockage d’énergie verte

La température moyenne mondiale de surface est déjà d’environ 1,2 °C au-dessus des niveaux préindustriels, provoquant des événements météorologiques extrêmes qui menacent 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 des combustibles fossiles étant une source principale d’émissions de gaz à effet de serre (GES) et de polluants atmosphériques. Cela a conduit au mouvement de transition énergétique, qui consiste à passer des combustibles fossiles aux sources d’énergie renouvelable, telles que le vent et le solaire.

La transition vers les énergies renouvelables s’accélère à un rythme soutenu avec pour objectif de créer un système énergétique zéro carbone d’ici 2050. 

L’essor des énergies renouvelables – mais avec un piège

La capacité de production d’énergie 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’année dernière représente en réalité 92,5 % de l’expansion totale de capacité et un taux record (15,1 %) de croissance annuelle.

« La croissance continue des énergies renouvelables que nous observons chaque année témoigne de leur viabilité économique et de leur déploiement facile. Chaque année, elles battent leurs propres records d’expansion, mais nous faisons également face aux mêmes défis de fortes disparités régionales et au compte à rebours alors que l’échéance de 2030 approche. »

– Francesco La Camera, Directeur général de l’IRENA

Parmi les types d’énergie renouvelable, l’énergie solaire a enregistré la plus forte expansion de capacité avec 32,2 %, atteignant 1 865 GW. Ainsi, le photovoltaïque solaire a augmenté de 451,9 GW l’année dernière, la Chine seule ajoutant 278 GW à l’expansion totale, suivie de l’Inde avec 24,5 GW.

L’énergie solaire a été suivie par l’énergie éolienne, qui a progressé 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 du stockage par pompage, a grimpé à 1 283 GW, encore une fois sous l’impulsion de la Chine. La bioénergie a également augmenté de 4,6 GW de capacité, la Chine et la France ajoutant chacune 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 avancer la transition énergétique, les énergies vertes comme le vent et le solaire sont intermittentes par nature. Cela nécessite de meilleures méthodes de stockage de l’énergie pour une utilisation ultérieure.

Comme solution, des chercheurs de Penn State ont proposé de réutiliser les puits de pétrole et de gaz épuisés pour le stockage d’énergie par air comprimé assisté par la géothermie (GA-CAES), ce qui pourrait augmenter l’efficacité des systèmes de stockage d’énergie de 9,5 %.

Selon l’auteur correspondant de l’étude, Arash Dahi Taleghani, professeur d’ingénierie pétrolière et de gaz naturel à Penn State:

« Le problème, c’est que parfois, lorsque nous avons besoin d’énergie, il n’y a pas de soleil ou pas de vent. C’est un obstacle majeur à l’expansion supplémentaire de la plupart des énergies renouvelables qui nous sont disponibles. C’est pourquoi il est très important de disposer d’une capacité de stockage pour soutenir le réseau. »

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

Le stockage d’énergie est essentiel à un système énergétique stable, fiable et durable. En capturant l’énergie produite pour une utilisation ultérieure, il permet l’intégration des sources renouvelables intermittentes, 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 diminue les émissions de gaz à effet de serre.

Ce n’est pas tout. Le stockage d’énergie favorise la résilience énergétique lors d’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. 

Ainsi, le stockage d’énergie est crucial pour atteindre un avenir énergétique durable et propre. Aujourd’hui, il existe différentes manières de stocker l’énergie, le stockage d’air comprimé (CAES) étant l’une d’elles.

Le CAES, comme son nom l’indique, est une technologie qui comprime l’air et le stocke. Son fonctionnement consiste à, lorsque la demande d’électricité est faible, utiliser l’énergie excédentaire pour comprimer l’air qui est ensuite stocké dans des réservoirs ou sous terre. Lorsque la demande d’électricité est élevée, l’air comprimé est libéré pour faire tourner une turbine et générer de l’électricité. 

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

En plus d’offrir un stockage à grande échelle et de 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 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 tels qu’une moindre efficacité en cycle complet, un temps de réponse plus lent et un coût d’investissement élevé. Par conséquent, la recherche dans ce domaine se concentre sur l’amélioration de l’efficacité et de la rentabilité des systèmes CAES. 

Les dernières recherches, soutenues par le Département de l’énergie des États‑Unis, se concentrent 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 considérablement mûri et plusieurs installations CAES ont été construites. Par exemple, les projets du Bethel Energy Center (324 MW) et l’usine CAES de McIntosh (110 MW) aux États‑Unis.

La plupart des installations CAES existantes sont cependant 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 aucune option de réutilisation. De plus, l’utilisation de combustibles fossiles pour faire expanser l’air engendre des émissions supplémentaires de GES et réduit l’efficacité du système.

Alors que l’A-CAES (stockage d’air comprimé adiabatique) résout ce problème en stockant la chaleur générée lors de la compression et en la réutilisant avant l’expansion, il n’existe qu’un nombre limité de telles usines pilotes en raison de son investissement initial plus élevé et de la nécessité de réservoirs haute pression avec une grande capacité de volume pour un stockage d’air très efficace.

Ainsi, la recherche a étudié la viabilité d’incorporer des 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’Environmental Protection Agency (EPA), on estime à 3,9 millions le nombre de 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 des eaux souterraines et de contamination du sol.

Pour résoudre ce problème, le gouvernement américain a entrepris plusieurs actions, dont 560 millions de dollars attribués à 24 États pour boucher, sceller et réhabiliter ces puits. La loi Infrastructure Investment and Jobs Act (IIJA) a également alloué 4,75 milliards de dollars pour remédier à ces puits et les surveiller à l’échelle nationale.

Cependant, malgré ces efforts, ces AOGW restent un grand défi pour le gouvernement. Réutiliser ces puits orphelins comme actifs pour les énergies renouvelables et les intégrer à la transition énergétique constitue 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 réutiliser 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 réservoirs CAES peu coûteux en les scellant et en convertissant leur structure. Elle propose également d’utiliser la chaleur géothermique souterraine pour réchauffer davantage l’air stocké et augmenter sa pression.

La recherche a été menée dans le cadre du Repurposing Center for Energy Transition (ReCET) de Penn State, qui vise à réutiliser les infrastructures énergétiques fossiles existantes pour des applications de transition énergétique, en particulier dans les communautés énergétiques héritées.

Une solution gagnant-gagnant pour toutes les parties prenantes

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

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

« Cette amélioration de l’efficacité peut être un facteur décisif pour justifier l’économie des projets de stockage d’énergie par air comprimé. De 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 chaudes souterraines. Cela éliminerait les coûts initiaux élevés de forage de nouveaux puits, pourrait augmenter leurs profits et rendre la technologie plus attrayante.

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

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

« Sans profiter de l’installation géothermique, vous ne pourriez pas obtenir des chiffres suffisamment encourageants. »

De plus, « le forage de nouveaux puits ne justifie peut-être pas l’économie de ce type de stockage. Mais en combinant ces deux facteurs, et en alternant modélisation et simulation, nous avons constaté que cela pourrait être une très bonne solution, » a ajouté Taleghani. 

En plus d’aider le CAES à jouer un rôle clé dans la transition énergétique propre en résolvant le problème de l’intermittence des sources renouvelables, la réutilisation des puits de pétrole et de gaz abandonnés peut également contribuer à atténuer les impacts environnementaux des puits épuisés. 

La réutilisation peut également offrir de nouvelles opportunités d’emploi dans les régions ayant une riche tradition industrielle énergétique. La Pennsylvanie en est un bon exemple, avec environ 300 000 puits abandonnés.

Les dommages à ces puits ou un colmatage inadéquat peuvent laisser échapper du méthane dans l’atmosphère et les eaux souterraines. Ainsi, la proposition de réutilisation des chercheurs consiste « à tuer deux oiseaux d’une pierre ». 

« Tout d’abord, nous scellons ces puits. Cela empêche toute fuite potentielle. Ensuite, si nous réutilisons ces puits pour le stockage d’énergie, nous utilisons toujours l’infrastructure déjà présente dans ces communautés. Cela peut potentiellement maintenir l’emploi dans la région et permettre aux communautés de faire partie du futur énergétique. »

– Taleghani

Quant à l’application concrète de cette approche, qui pourrait offrir une méthode rentable et durable de stockage de l’énergie renouvelable en utilisant les infrastructures existantes, sa mise en œuvre pourrait commencer d’ici 5 à 7 ans, sous réserve de recherches supplémentaires et d’approbations réglementaires.

Entreprise innovante

NextEra Energy, Inc. (NEE )

Entreprise leader dans le secteur de l’énergie propre, NextEra Energy est basée 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), la plus grande société d’électricité des États‑Unis. FPL fournit une électricité propre, abordable et fiable à environ 12 millions de personnes en Floride. Le mois dernier, FPL a soumis une demande de quatre ans à la Florida Public Service Commission (PSC) pour fixer de nouveaux tarifs une fois que son accord de tarif de base actuel se termine cette année. 

Selon la proposition, de 2026 à 2029, la facture habituelle de 1 000 kWh d’un client résidentiel serait environ 20 % plus basse qu’il y a deux décennies, ajustée à l’inflation. Pendant ce temps, les factures des petites et moyennes entreprises augmenteraient à un taux annuel moyen de 1 % à 5 %.

L’activité d’énergie propre de Next Energy — NextEra Energy Resources — est le plus grand producteur d’énergie renouvelable solaire et éolienne, ainsi que de stockage par batteries. L’entreprise génère également de l’électricité propre à partir de ses centrales nucléaires commerciales. Au total, sept unités sont 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 déclaré un revenu net selon les normes GAAP de 1,203 milliard de dollars, soit 0,58 $ par action, pour le quatrième trimestre 2024 et 0,53 $ par action sur une base ajustée.

Pour l’année complète 2024, le revenu net selon les normes GAAP était de 6,946 milliards de dollars, soit 3,37 $ par action, et le bénéfice ajusté était de 7,063 milliards de dollars, soit 3,43 $ par action, soit une hausse de plus de 8 % par rapport à l’année précédente.

« NextEra Energy a connu une année d’exécution exceptionnelle en 2024 », a déclaré le PDG John Ketchum, soulignant qu’elle a produit plus d’électricité et investi davantage dans les infrastructures énergétiques 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 maillon de la chaîne de valeur énergétique, NextEra Energy est bien positionnée pour capitaliser sur les opportunités qui s’offrent à elle et sur la demande accrue d’électricité qui se manifeste actuellement aux États‑Unis. »

Au moment de la rédaction, les actions NEE s’échangent à 69,73 $, en baisse de 2,73 % depuis le début de l’année. Le rendement du dividende versé par l’entreprise est assez attractif, à 3,25 %.

Plus tôt cette année, l’entreprise a annoncé ses projets d’augmenter sa production de gaz naturel et nucléaire afin de 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 à gaz et ravivé l’intérêt pour l’énergie nucléaire.

Pour répondre à cette demande, NextEra Energy s’est associée à GE Vernova (GEV ), dont la capitalisation boursière s’élève à 87,65 milliards de dollars (NYSE : GEV). 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’année dernière et devant être encore plus fortes cette année, car ils ont besoin d’énergie en continu.

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

« L’idée serait de cibler les clients à forte charge et de le faire de manière intégrée où nous pouvons combiner la production à gaz avec les renouvelables et le stockage par batteries. »

– Ketchum l’a déclaré fin janvier

NextEra a également entamé le processus de redémarrage de sa centrale nucléaire située en Iowa, le Duane Arnold Energy Center, qui a été fermée en 2019. À cet effet, elle a déposé une demande auprès de la Commission de réglementation nucléaire des États‑Unis pour un changement de licence et vise à la remettre en service d’ici la fin 2028.

L’été dernier, la NextEra Energy Foundation a également financé le centre doté d’IA d’un million de dollars de la Florida Atlantic University’s College of Engineering and Computer Science. Le projet comprend des écrans muraux, reproduisant le réseau intelligent de FPL pour les événements météorologiques sévères.

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

Les développeurs de centres de données recherchent une énergie à faible coût, une contribution à la décarbonisation et le bon emplacement pour accélérer la mise sur le marché. Au-delà, la fabrication de puces et l’industrie pétrolière et gazière s’électrifient également, entraînant une « demande électrique importante ». 

Dernières nouvelles sur NextEra Energy, Inc.

Conclusion

Le chemin vers les émissions nettes zéro implique les énergies renouvelables comme composante essentielle pouvant aider à réduire les combustibles fossiles en fournissant des sources d’énergie propres. Cependant, la révolution de l’énergie propre et verte nécessite des solutions de stockage d’énergie à grande échelle prometteuses.

Si le stockage d’énergie par air comprimé (CAES) offre la solution, il présente ses propres problèmes en termes de faible efficacité et de coût élevé. Mais les dernières recherches proposent une approche innovante pour réduire considérablement l’investissement initial et augmenter l’efficacité.

La réutilisation des puits de pétrole et de gaz abandonnés pour des applications de stockage d’énergie et l’intégration de l’énergie géothermique dans le système augmentent davantage l’efficacité et, en plus, réduisent les impacts environnementaux.

Cette nouvelle configuration représente une avancée significative dans les solutions énergétiques durables, offrant une voie vers des systèmes CAES plus propres et plus rentables ainsi qu’un avenir énergétique plus résilient et respectueux de l’environnement !

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