Les 5 principaux types d'énergie renouvelable Principes, coûts, efficacité et guide d'utilisation à domicile

Les cinq principaux types d'énergies renouvelables modernes utilisées principalement pour la production d'électricité sont les suivants : L'hydroélectricité, l'énergie éolienne, l'énergie solaire, la bioénergie (énergie de la biomasse/biocarburants) et l'énergie géothermique.

En 2023, les énergies renouvelables représentaient près de 30% de la production mondiale d'électricité. Parmi elles, l'hydroélectricité représentait 47%, l'énergie éolienne 26%, l'énergie solaire 18%, la bioénergie 8% et l'énergie géothermique 1%.

La Chine a représenté 32% de l'électricité renouvelable mondiale, suivie par les États-Unis (11%), le Brésil (7,0%), le Canada (4,7%) et l'Inde (4,3%).

D'ici 2030, la production mondiale d'électricité renouvelable devrait atteindre 17 000 TWh (60 EJ), soit une augmentation de près de 90% par rapport à 2023. À cette date, les énergies renouvelables représenteront 46% de l'électricité mondiale, dont 30% pour l'éolien et le solaire photovoltaïque.

Cet article fournit une analyse approfondie des principes de production d'énergie, de la distribution mondiale, de l'efficacité technologique, des niveaux de coûts et des tendances futures de ces cinq types d'énergie renouvelable, tout en offrant des recommandations claires aux ménages urbains et ruraux pour la sélection de systèmes d'énergie renouvelable appropriés.

Hydroélectricité

En 2023, l'hydroélectricité représentera 47% de la production mondiale d'électricité renouvelable.

L'hydroélectricité est une méthode de production d'électricité qui consiste à exploiter l'énergie potentielle et cinétique de l'eau en mouvement pour actionner des turbines. Les types les plus courants sont l'hydroélectricité de barrage, l'hydroélectricité de dérivation et l'hydroélectricité marémotrice.

L'hydroélectricité est pratiquement exempte de carbone et ne produit qu'une pollution minimale pendant son fonctionnement. Toutefois, la construction de grands barrages peut entraîner des perturbations écologiques (telles que l'interruption de la migration des poissons et la submersion des zones humides) et provoquer des déplacements de population.

L'installation d'un système hydroélectrique à domicile nécessite une source d'eau constante et stable (avec une hauteur de chute et un débit suffisants) et est soumise aux lois sur la régulation de l'eau, ce qui la rend très peu pratique pour la plupart des ménages.

En 2023, la fourchette des coûts pour la construction et la mise en service de projets hydroélectriques à petite et grande échelle se situait entre 2 820-18 700 USD/kWLes projets de plus grande envergure entraînent généralement des coûts plus élevés.

Efficacité de la production d'électricité

Les systèmes hydroélectriques modernes sont très efficaces, avec des rendements allant jusqu'à 90% ou plus. Comparée à l'énergie solaire (environ 20%) et à l'énergie éolienne (environ 30%), l'énergie hydroélectrique est remarquablement efficace.

Distribution mondiale et croissance future de l'hydroélectricité

En 2023, la Chine détiendra 29-31% de la capacité hydroélectrique mondiale, générant 1 245 à 1 303 TWh, ce qui en fait le plus grand producteur d'hydroélectricité au monde. Il est suivi par le Brésil, le Canada et les États-Unis, tous riches en ressources hydriques.

Bien que la capacité hydroélectrique mondiale continue d'augmenter, son taux de croissance s'est ralenti. Les projections indiquent que la croissance dans les années 2020 sera de presque 25% plus lent que le taux d'expansion observé au cours de la décennie précédente.

Énergie éolienne

En 2023, l'énergie éolienne représentera environ 28% de la production mondiale d'électricité renouvelable. Le principe consiste à utiliser le vent pour faire tourner les pales d'une turbine qui, par l'intermédiaire d'un multiplicateur, augmentent leur vitesse de rotation, entraînant ainsi un générateur pour produire de l'électricité.

Les types de parcs éoliens les plus courants sont les parcs éoliens terrestres et les parcs éoliens en mer. Les parcs terrestres sont généralement situés dans des zones ouvertes plates ou surélevées, tandis que les parcs offshore sont installés en mer, où les vents sont généralement plus forts et plus stables.

L'énergie éolienne ne produit pratiquement aucune émission pendant son fonctionnement et est considérée comme l'une des sources d'énergie les plus propres. Cependant, certaines préoccupations existent concernant l'impact visuel, la perturbation de la migration des oiseaux et le bruit. En ce qui concerne le bruit, nombreux sont ceux qui le comprennent mal ou l'ignorent, mais en réalité, il n'en est rien, un parc éolien fonctionnant à une distance de 750 à 1000 pieds ne produit pas un bruit plus fort que celui d'un réfrigérateur de cuisine ou d'une pièce relativement calme.

La puissance des éoliennes commerciales va des petites unités résidentielles d'environ 5 kW aux grandes turbines à l'échelle de l'entreprise jusqu'à 5 MW. Les petites turbines résidentielles ne coûtent que quelques centaines de livres, alors que les turbines industrielles peuvent coûter des millions. En 2023, le coût levé de l'électricité (LCOE) pour l'éolien terrestre se situait entre 1 300 et 2 500 USD/kW, en fonction de l'emplacement et de l'échelle.

Les éoliennes sont généralement utilisées dans un cadre industriel ; pour un usage résidentiel, de petites éoliennes peuvent être installées sur les toits, mais cela dépend des politiques locales d'aménagement du territoire et des conditions de vent.

Efficacité de la production d'électricité

La technologie actuelle de l'énergie éolienne permet de produire de l'électricité à partir de vitesses de vent d'environ 2,68 mètres par seconde. L'efficacité de la conversion varie généralement de 20% à 40%ce qui est nettement inférieur à l'énergie hydroélectrique mais supérieur à l'énergie solaire.

Distribution mondiale et croissance future de l'énergie éolienne

Selon les données de l'Agence internationale pour les énergies renouvelables (IRENA) et du Conseil mondial de l'énergie éolienne (GWEC), la Chine représentera en 2023 39% de la capacité éolienne totale installée dans le monde, possédant la plus grande capacité éolienne terrestre au monde et dépassant le Royaume-Uni en termes de capacité éolienne offshore. Les autres pays importants sont les États-Unis, l'Allemagne et l'Inde.

On prévoit que d'ici 2030, le secteur de l'énergie éolienne atteindra un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 8,8%, la capacité éolienne installée mondiale augmentant de 981 GW.

Énergie solaire

En 2023, l'énergie solaire représentera environ 15% de la production mondiale d'électricité renouvelable. En raison de la baisse rapide des coûts, de la souplesse du déploiement et de la quasi-absence d'émissions pendant l'exploitation, l'énergie solaire est devenue la technologie d'énergie renouvelable qui connaît la croissance la plus rapide.

Le principe de fonctionnement de l'énergie solaire est le suivant : les photons de la lumière du soleil excitent les électrons dans les panneaux solaires - principalement constitués de matériaux semi-conducteurs tels que le silicium - ce qui permet aux électrons de circuler dans le sens voulu sous l'effet d'un champ électrique, générant ainsi un courant qui est converti par un générateur d'énergie solaire. onduleur en courant alternatif pour une utilisation domestique ou sur le réseau.

Bien que la fabrication des panneaux solaires produise une empreinte carbone, l'électricité propre générée par chaque panneau au cours de sa durée de vie compense largement cette empreinte.

Les systèmes photovoltaïques (PV) se sont généralisés grâce à la facilité d'installation et à la baisse du coût des composants. En 2023, les systèmes photovoltaïques à grande échelle s'élèvent en moyenne à 800-1 200 USD par kW, les systèmes résidentiels coûtant légèrement plus cher.

Efficacité de la production d'électricité

Les panneaux photovoltaïques commerciaux atteignent généralement un rendement de 18%-22%, les produits à haut rendement dépassant 25%, et certains développeurs atteignant un rendement de presque 40%. Bien que le rendement soit nettement inférieur à celui des autres énergies renouvelables, la commodité et le faible coût de l'énergie solaire en font le choix privilégié des utilisateurs résidentiels.

Distribution mondiale et croissance future de l'énergie solaire

La Chine est en tête de la fabrication et de l'installation des panneaux solaires, suivie des États-Unis, du Japon, de l'Allemagne et de l'Inde. L'Agence internationale de l'énergie (AIE) prévoit que l'énergie solaire deviendra la première source d'électricité au monde d'ici 2050.

Entre 2024 et 2030, l'énergie solaire photovoltaïque devrait représenter 80% de la croissance de la capacité renouvelable mondiale, grâce à de nouvelles fermes solaires à grande échelle et à l'augmentation des installations commerciales et résidentielles sur les toits. Selon l'AIE, la production d'électricité solaire photovoltaïque dépassera celle de l'hydroélectricité d'ici 2029, devenant ainsi la plus grande source d'énergie renouvelable.

Énergie géothermique

L'énergie géothermique exploite la chaleur interne de la Terre pour produire de l'électricité ou du chauffage. Des puits sont forés pour accéder à l'eau chaude ou à la vapeur souterraines, qui actionnent des turbines pour la production d'électricité ou sont utilisées pour le chauffage des bâtiments.

Les systèmes de pompes à chaleur géothermiques à faible profondeur fonctionnent sans émettre de poussière, de déchets ou de CO2 et ne nécessitent pas de chaudières, de tours de refroidissement ou de stockage de combustible, ce qui en fait des solutions de chauffage et de refroidissement respectueuses de l'environnement.

Bien que l'énergie géothermique génère de petites quantités de polluants dans l'air et dans l'eau, ses émissions de CO2 ne représentent qu'environ 1/35e de celles des centrales électriques au charbon.

Le développement de l'énergie géothermique nécessite une exploration géologique et des forages importants, ce qui se traduit par des investissements initiaux élevés. En outre, la répartition inégale des ressources géothermiques et les défis techniques augmentent les coûts. En 2023, le coût des pompes à chaleur géothermiques était de 4 589 USD, soit près de 1 200 USD de plus qu'en 2022.

Efficacité de la production d'électricité

L'efficacité de la production d'énergie géothermique varie généralement de 10% à 20%, en fonction de la température et de la technologie.

Distribution mondiale et croissance future de l'énergie géothermique

Les ressources géothermiques sont principalement concentrées le long des limites de plaques tectoniques telles que la ceinture de feu du Pacifique et les ceintures géothermiques de la Méditerranée et de l'Himalaya. Les États-Unis, l'Indonésie, les Philippines, la Turquie et la Nouvelle-Zélande sont les pays les plus avancés en matière de développement géothermique.

Les progrès technologiques ont ouvert de nouvelles perspectives pour l'énergie géothermique, ce qui pourrait en faire un choix privilégié dans le monde entier et parmi les entreprises. À mesure que la technologie s'améliore et que les coûts des projets diminuent, l'énergie géothermique pourrait satisfaire jusqu'à 15% de croissance de la demande mondiale d'électricité d'ici 2050.

Énergie de la biomasse

L'énergie de la biomasse provient des résidus agricoles, du bois et des déchets organiques et peut être utilisée pour le chauffage, la production d'électricité ou la production de biocarburants. Si elle est correctement gérée, la biomasse est considérée comme neutre en carbone, car le CO₂ libéré lors de la combustion est absorbé par les plantes.

Les systèmes de pompes à chaleur géothermiques à faible profondeur fonctionnent sans émettre de poussière, de déchets ou de CO2 et ne nécessitent pas de chaudières, de tours de refroidissement ou de stockage de combustible, ce qui en fait des solutions de chauffage et de refroidissement respectueuses de l'environnement.

Du point de vue des coûts, la biomasse n'est pas particulièrement bon marché. En 2022, le coût d'installation moyen mondial était de 2 162 USD par kW, soit quelques centaines de dollars de moins que l'hydroélectricité.

La biomasse est également relativement coûteuse aux États-Unis, où la combustion directe est la méthode la plus courante pour produire de la chaleur à partir de la biomasse. Les coûts d'installation des petites centrales électriques à biomasse varient entre 3 000 et 4 000 USD par kW.

Efficacité de la production d'électricité

La cocombustion de biomasse avec d'autres combustibles permet d'obtenir des rendements allant jusqu'à 45%, ce qui en fait la méthode de production d'électricité à partir de biomasse la plus rentable.

D'ici 2050, la part de la biomasse dans la production d'électricité pourrait passer de 1,3% actuellement à environ 3%-5% (IEA ETP, 2006), selon les hypothèses retenues.

Par rapport au potentiel total estimé de la biomasse (10% à 20% d'approvisionnement en énergie primaire d'ici 2050), cette contribution à l'électricité est relativement faible, mais la biomasse est également précieuse pour le chauffage et la production de carburant pour les transports.

FAQ sur les énergies renouvelables

Quels systèmes d'énergie renouvelable les ménages peuvent-ils installer ?

• Résidences urbaines et suburbaines: Systèmes solaires photovoltaïques (PV), avec en option des pompes à chaleur géothermiques.
• Résidences rurales/agricoles: Systèmes photovoltaïques ou combinaison de systèmes photovoltaïques et de chaudières à biomasse.
• Plateau/zones montagneuses éloignées: Priorité aux systèmes photovoltaïques, avec l'hydroélectricité comme option si les conditions le permettent.

Quelle est la plus grande source d'énergie renouvelable ??

Actuellement, l'hydroélectricité est la plus grande source d'énergie renouvelable au monde, représentant près de 50% de la production mondiale d'électricité renouvelable, avec un rendement supérieur à 90%. Certaines organisations prévoient que d'ici 2029, l'énergie solaire dépassera l'hydroélectricité pour devenir la première source d'énergie renouvelable au monde.

Quelle est l'importance de l'utilisation des énergies renouvelables ??

• Réduire les émissions de carbone et atténuer le changement climatique.
• Assurer un approvisionnement énergétique durable sans dépendre des combustibles fossiles.
• Renforcer l'indépendance énergétique.
• Réduction des coûts d'exploitation à long terme.

Les énergies renouvelables transforment rapidement le paysage énergétique mondial. Qu'il s'agisse de l'hydroélectricité hautement efficace, de l'énergie éolienne et solaire en croissance rapide, ou de la biomasse et de l'énergie géothermique, chaque technologie a ses points forts et ses défis. Cette transformation touche tous les aspects de la vie, du niveau mondial à celui des ménages, des politiques aux technologies.

Pour les ménages, le choix d'un système d'énergie renouvelable approprié peut non seulement réduire les dépenses énergétiques à long terme, mais aussi contribuer à la protection de l'environnement. La prochaine décennie est une fenêtre critique ; saisir les incitations politiques, la maturité technologique et les tendances à la réduction des coûts sera la meilleure occasion de s'orienter vers un mode de vie à faible émission de carbone.