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2.2 La production d’énergie renouvelable
Au Canada, plus de la moitié de l'électricité est produite au moyen de sources renouvelables.
Introduction
Comme nous l'avons vu, l'électricité renouvelable est produite à partir de sources pouvant être exploitées en permanence sans s’épuiser et qui n’émettent généralement pas de gaz à effet de serre. Nous allons maintenant en apprendre davantage sur les différentes sources d'électricité renouvelable et sur la façon dont elles produisent cette électricité.
L’hydroélectricité
L'hydroélectricité consiste à exploiter l'énergie de l'eau vive ou des chutes d’eau. Étant donné que diverses régions du pays regorgent d’eau — et que leur topographie se prête bien à la réalisation de projets hydroélectriques très efficaces — l’hydroélectricité représente 60% de la production totale d’électricité au Canada.
Dans certaines régions du pays, le terme «hydro» est couramment utilisé dans un sens générique pour désigner l'électricité. Cela montre à quel point l'hydroélectricité occupe une place importante dans le bouquet des sources d'approvisionnement de ces régions. Toutefois, à proprement parler, ce terme ne désigne que l'électricité produite par une installation hydroélectrique.
Production hydroélectrique et stockage d’énergie
L'hydroélectricité est la seule source d'électricité renouvelable qui soit bien adaptée à l’approvisionnement de base, ce qui correspond à la quantité minimale d'électricité qui doit être constamment disponible. Les ressources doivent aussi être répartissables, c’est-à-dire que les gestionnaires de réseau peuvent décider quand utiliser l’hydroélectricité et quand stocker la production potentielle pour une utilisation ultérieure. Il existe deux grands types de projets de production d'hydroélectricité: les barrages et réservoirs et les projets au fil de l'eau.
Barrages et réservoirs
L'hydroélectricité est en grande partie produite par des projets qui utilisent un barrage pour créer un réservoir. L'eau est stockée dans le réservoir. La production peut donc se poursuivre même en saison plus sèche. On peut aussi la programmer pendant les périodes où d’autres sources d’électricité sont moins disponibles.
Les projets de stockage par pompage sont de plus en plus courants et fonctionnent essentiellement de la même manière que les projets de réservoir – la différence étant que l’eau est pompée pour être stockée dans un réservoir supérieur lorsque l’électricité est excédentaire ou à faible coût. Elle peut ainsi servir ultérieurement.
Ces deux types de projets hydroélectriques ont une bonne capacité de stockage et jouent donc un rôle important pour maintenir l’équilibre de l'offre et de la demande en électricité. Elle permet aussi d’intégrer au réseau de l’électricité produite à partir d’autres sources renouvelables, comme l’énergie éolienne ou solaire, tout en assurant la fiabilité de l’approvisionnement.
Au fil de l’eau
Les centrales au fil de l’eau sont une autre forme courante de projet hydroélectrique. Il s’agit d’exploiter directement l'énergie d'une rivière ou d'un ruisseau sans passer par un réservoir. Bien que ces projets n'aient pas de capacité de stockage, ils ont un faible impact et ajoutent à la diversité des sources de production. Ils sont également pertinents pour répondre aux besoins des régions éloignées et hors réseau.
Advantages
• Nombreux sites existants et potentiels au Canada
• Technologie bien établie
• Projets de longue durée avec faible coût d’exploitation
• Projets à échelle variable
• Bonne capacité de stockage
• Bien adaptée pour soutenir la production à partir de sources d’énergie intermittentes comme l’énergie éolienne
• Très faibles émissions de gaz à effet de serre
Inconvénients
• L'approbation réglementaire peut être coûteuse et prendre du temps
• Localement, il peut y avoir opposition à tout nouveau projet de développement
• S’il s’agit d’un nouveau projet, il faut généralement construire des lignes de transmission pour le raccorder au réseau
Production d’énergie éolienne
Les éoliennes captent l'énergie cinétique du vent, ou l’énergie provenant du mouvement. Le vent fait tourner les pales des rotors de turbine, qui sont fixées à un arbre de transmission. L’arbre de transmission fait ensuite tourner un générateur pour créer de l’électricité.
Les éoliennes sont de différentes tailles et peuvent être déployées selon différentes configurations. Au Canada, la plupart des éoliennes sont de type commercial et alimentent directement le réseau électrique. Pour l’instant, tous les projets sont sur terre, mais diverses propositions visent l’installation d'éoliennes en mer, principalement sur la côte atlantique.
Vitesse du vent
La quantité d'énergie est déterminée par la vitesse du vent. Bien que les pales des éoliennes semblent parfois se déplacer lentement, l'engrenage interne – semblable à celui d'une bicyclette – permet une production d'électricité efficace. Les éoliennes peuvent produire de l'électricité lorsque la vitesse du vent est de 10 à 80 kilomètres (km) par heure.
Faible coût
L'énergie éolienne est maintenant l'une des filières les moins coûteuses pour les nouvelles capacités de production d'électricité au Canada, et le déploiement de la production d’énergie éolienne a connu une augmentation considérable depuis dix ans.
Faible impact environnemental
La production d'électricité à partir de l'énergie éolienne ne génère aucune émission de gaz à effet de serre, aucune pollution de l'air ou de l'eau, et aucun déchet toxique ou dangereux.
L'énergie éolienne est une source d'énergie renouvelable et, bien qu'elle soit intermittente, la mise au point de systèmes de stockage de l’énergie et d'autres avancées technologiques améliorent notre capacité à l'intégrer dans les réseaux électriques sans nuire à la fiabilité de l’approvisionnement.
Avantages et inconvénients de l’énergie éolienne
Advantages
• Pas de frais de combustible • Pas d’émissions ni de déchets • Source d’énergie peu coûteuse et commercialement viable
Inconvénients
• Source d'énergie intermittente (il faut que le vent souffle) • Infrastructure de transmission supplémentaire parfois nécessaire pour relier les parcs éoliens dispersés • Préoccupations environnementales concernant le bruit, l'interaction avec les oiseaux et les problèmes d'utilisation des terres • Ne convient pas pour fournir une charge de base ou une production permanente En 2019, le Canada avait une capacité éolienne installée de 13 000 MW.
Production d’énergie solaire
Le soleil est la source d'énergie propre et renouvelable la plus abondante. Contrairement à d'autres filières, la production d'énergie solaire se fait sans turbines ou générateurs. Elle s'apparente davantage à la charge d'une batterie. Un panneau solaire contient des cellules photovoltaïques, dont le composant essentiel est le silicium. Le silicium, qui a des propriétés conductrices, absorbe la lumière du soleil et la convertit en électricité – d'abord en courant continu. Un onduleur intégré transforme ensuite le courant continu en courant alternatif qui peut être utilisé.
L'énergie solaire est déployée à grande échelle. Des panneaux solaires alimentant des objets tels que des panneaux de signalisation et des parcomètres sont devenus monnaie courante. De nombreux foyers et bâtiments commerciaux sont alimentés par des panneaux solaires installés sur le toit. L’électricité ainsi produite est parfois vendue au réseau.
La majeure partie de la production d'énergie solaire au Canada provient toutefois de centrales solaires à grande échelle. Elles produisent de l’électricité en grandes quantités, qui est ensuite vendue aux réseaux électriques provinciaux.
L'énergie solaire peut également être exploitée par d'autres moyens que les méthodes photovoltaïques ou PV décrits ci-dessus. Par exemple, les systèmes thermiques solaires captent la lumière du soleil et l'utilisent directement pour chauffer l'eau à la maison ou pour d'autres usages, sans convertir l'énergie solaire en électricité.
Avantages et inconvénients de l'énergie solaire
Advantages
• Pas de frais de combustible
• Pas d’émissions ni de déchets
• Fonctionne silencieusement et sans effets perturbateurs
• Convient pour les zones isolées qui ne sont pas branchées au réseau électrique
• Taille modulable - peut aller du simple toit à la grande ferme solaire
Inconvénients
• Infrastructure de transmission supplémentaire parfois nécessaire pour relier les projets dispersés
• La compétitivité des coûts reste un défi
• Source d'énergie intermittente, en particulier dans certaines régions
• Elle n'est pas bien adaptée pour fournir une production de base ou une production disponible en permanence.
• Les fermes solaires peuvent occuper une vaste superficie
• L’élimination des panneaux solaires arrivés en fin de vie représente un défi
Les gaz d’enfouissement et la biomasse sont deux méthodes de production d’énergie permettant d’exploiter des installations et des processus existants pour produire de l'électricité, qui est alors un produit dérivé.
La production d’énergie à partir de gaz d’enfouissement permet de transformer efficacement les déchets en une source d’électricité. Pour produire de l’énergie à partir de gaz d’enfouissement, on fore des puits dans les décharges afin de recueillir le biogaz, qui peut ensuite servir de source de combustible. Ce gaz - dont un composant important est le méthane - est produit naturellement lors de la décomposition des déchets organiques. Il est généralement brûlé à l'aide d'un équipement de production sur place pour produire de l’électricité.
Dans certains cas, les installations de production de gaz d’enfouissement sont aménagées par des compagnies d'électricité, ou leurs filiales, parfois en partenariat avec une municipalité; dans d'autres cas, par des entreprises privées qui désirent avoir une autre source de combustible dans leurs propres installations industrielles.
Le captage et la combustion des gaz d'enfouissement empêchent le méthane de s'échapper dans l'atmosphère, ce qui est très avantageux sur le plan écologique, puisque le méthane est 20 fois plus puissant que le dioxyde de carbone en potentiel de réchauffement de la planète, et les décharges sont responsables d'un cinquième des émissions de méthane au Canada.
Avantages
• Capture le méthane qui, autrement, serait libéré dans l'atmosphère
• Permet de tirer profit d'un lieu de collecte des déchets autrement non productif
Inconvénients
• La qualité du méthane peut varier, ce qui nécessite un traitement pour le rendre utilisable
Production d’énergie tirée de la biomasse
La production d’énergie tirée de la biomasse consiste à produire de l'électricité en brûlant des matières organiques. Cela produit de la vapeur à haute pression qui actionne une turbine produisant de l'électricité. Les plantes, le bois et les déchets organiques sont les matériaux de biomasse les plus couramment utilisés pour produire de l’énergie. Citons par exemple les sous-produits agricoles de faible valeur comme la paille, la sciure et d'autres déchets de bois, les flux d'ordures ménagères et les carburants à base d'alcool.
La biomasse fait partie des sources d'énergies renouvelables, car son énergie est produite par l’action du soleil et les matières végétales utilisées peuvent repousser assez rapidement. Les plantes et les arbres absorbent le dioxyde de carbone de l'atmosphère et le convertissent en biomasse au cours de leur croissance. Ce même dioxyde de carbone est libéré lorsque les végétaux se décomposent ou sont brûlés (ce qui signifie qu'il n'y a pas d'augmentation nette des émissions de carbone au cours du cycle de vie complet de la plante).
Par exemple, l'utilisation de la biomasse est importante dans l'industrie des produits forestiers. Les sites de fabrication utilisent souvent de la sciure de bois (autrement inutile) et d’autres résidus pour combler une bonne partie de leurs besoins en électricité et en chauffage.
Avantages
• Source d'énergie fiable et non intermittente
• Transforme en combustible des déchets potentiels
• Source de revenus pour les fournisseurs de biomasse
Inconvénients
• Coûts de combustible et d'exploitation élevés
• Nécessite un grand espace et une infrastructure importante
• Certains impacts environnementaux négatifs (par exemple, rejets de cendres et de particules)
Production d’énergie marémotrice
L'énergie marémotrice est une forme d'hydroélectricité. L'énergie du mouvement des marées est convertie en une forme d'énergie utilisable. L'énergie marémotrice est produite lorsque les marées font tourner des turbines immergées ou lorsque leur énergie est exploitée par un «barrage» construit sur un bras de mer. On peut obtenir une production similaire en immergeant des turbines dans des rivières en mouvement.
Bien qu'elle ne soit pas encore largement utilisée, l'énergie marémotrice a du potentiel. Le Canada s'est employé à tester les technologies de production d'énergie marémotrice, notamment en Nouvelle-Écosse, où la baie de Fundy offre des hauteurs de marée exceptionnelles.
Une station expérimentale de production d'énergie marémotrice - l'une des rares de ce type dans le monde - a fonctionné pendant une longue période dans la baie de Fundy. Aujourd'hui, le Centre de recherche océanique de Fundy pour l'énergie est le principal centre d'essai au Canada pour la technologie de l'énergie marémotrice.
Avantages
• Les coûts devraient diminuer au fur et à mesure que la technologie se développe
• Source d'énergie verte intermittente, mais prévisible
Inconvénients
• Il faut investir dans la recherche et le développement pour avancer
• Coûts d'investissement initiaux élevés
• Risque d'intrusion dans la vie et les écosystèmes marins
Production d’énergie géothermique
L'énergie géothermique consiste à exploiter la chaleur interne de la croûte terrestre pour produire de l'électricité. La production géothermique est surtout utilisée dans les régions à forte activité volcanique et tectonique. L'Islande et la Californie sont parmi les pays qui produisent des quantités importantes d'électricité en exploitant la chaleur de sources géothermiques.
Les pompes à chaleur géothermiques ou les systèmes d'échange de température - qui peuvent servir à la fois à chauffer et à refroidir des bâtiments - sont relativement courants au Canada aujourd'hui. La géothermie n'est pas encore utilisée pour produire de l'électricité, mais cela pourrait bientôt changer.
En 2021, le gouvernement fédéral a annoncé un investissement dans le projet de développement géothermique de Clarke Lake, dans le nord-est de la Colombie-Britannique. Ce projet, entièrement détenu et dirigé par des Autochtones, devrait devenir l'une des premières installations de production d'électricité géothermique commercialement viables du pays, et générer entre 7 et 15 MW d'électricité.
Avantages
• Source d'énergie fiable et non intermittente
• Faibles coûts d'exploitation
• Pas d’émissions ni de déchets
Inconvénients
• Coûts d'investissement initiaux élevés
• Infrastructure de transmission supplémentaire parfois nécessaire pour relier les projets dispersés
Vérification des connaissances
Production d’énergie solaire : Les propriétés du silicium permettent de convertir la lumière du soleil en électricité
Production d’énergie éolienne : Des turbines convertissent l’air en mouvement en électricité.
L’hydroélectricité : L’énergie cinétique de l'eau en mouvement est convertie en électricité
Production d’énergie à partir de gaz d’enfouissement : Le biogaz produit par les déchets est brûlé et converti en électricité.
Production d’énergie tirée de la biomasse : La matière végétale est brûlée pour produire de l'électricité
Production d’énergie marémotrice : Des turbines immergées dans l’océan produisent de l'électricité
Production d’énergie géothermique : L’électricité est générée en puisant l'énergie thermique interne de la croûte terrestre
