Exploiter la puissance cachée de la Terre : un aperçu mondial de la production d'énergie souterraine

La quête de sources d'énergie durables et fiables est un impératif mondial. Alors que le solaire, l'éolien et d'autres énergies renouvelables gagnent du terrain, la production d'énergie souterraine représente une alternative et une approche complémentaire convaincante. Ce domaine innovant puise dans les ressources naturelles et les formations géologiques de la Terre pour produire et stocker de l'énergie, offrant des avantages uniques en termes de stabilité, d'utilisation des terres et d'impact environnemental.

Qu'est-ce que la production d'énergie souterraine ?

La production d'énergie souterraine englobe une gamme de technologies qui utilisent les ressources ou les espaces souterrains pour la production et le stockage d'énergie. Les principales catégories comprennent :

• Énergie géothermique : Extraire la chaleur de l'intérieur de la Terre pour produire de l'électricité ou fournir un chauffage direct.
• Pompage-turbinage souterrain (UPHS) : Stocker de l'énergie en pompant de l'eau vers un réservoir souterrain et la libérer pour produire de l'électricité en cas de besoin.
• Stockage d'énergie par air comprimé souterrain (CAES) : Comprimer de l'air et le stocker sous terre pour une libération ultérieure afin d'entraîner des turbines et de produire de l'électricité.
• Stockage souterrain d'hydrogène (UHS) : Stocker de l'hydrogène dans des cavernes souterraines pour une utilisation ultérieure dans la production d'électricité ou à d'autres fins.

Énergie géothermique : puiser dans la chaleur interne de la Terre

L'énergie géothermique est une forme mature et largement adoptée de production d'énergie souterraine. Elle exploite la chaleur interne de la Terre, qui est constamment renouvelée, ce qui en fait une ressource renouvelable et durable.

Types de ressources géothermiques

• Ressources hydrothermales : Ces ressources impliquent des réservoirs naturels d'eau chaude ou de vapeur souterrains. Elles sont classées en :
• Hydrothermie à haute température : Utilisée pour la production d'électricité, généralement trouvée dans les régions volcaniques.
• Hydrothermie à basse température : Utilisée pour des applications de chauffage direct comme le chauffage urbain, les serres et l'aquaculture.
• Systèmes géothermiques améliorés (EGS) : Les EGS, également connus sous le nom de systèmes géothermiques stimulés ou géothermie sur roches chaudes et sèches (RCS), impliquent la création de fractures artificielles dans des roches chaudes et sèches en profondeur pour permettre à l'eau de circuler et d'extraire la chaleur. Cela élargit le potentiel géographique de l'énergie géothermique.
• Pompes à chaleur géothermiques (PAC) : Utilisent la température constante du sol peu profond pour chauffer et refroidir les bâtiments. Elles ne sont généralement pas considérées comme de la production d'électricité, mais contribuent de manière significative à l'efficacité énergétique.

Production mondiale d'énergie géothermique : exemples et tendances

L'énergie géothermique est utilisée dans de nombreux pays à travers le monde. Voici quelques exemples notables :

• États-Unis : Le plus grand producteur mondial d'électricité géothermique, avec une capacité importante en Californie, au Nevada et dans l'Utah. Le champ géothermique des Geysers en Californie est un excellent exemple de ressource hydrothermale à haute température.
• Indonésie : Possède d'importantes ressources géothermiques en raison de sa situation le long de la ceinture de feu du Pacifique. Elle développe activement de nouvelles centrales géothermiques pour répondre à ses besoins énergétiques croissants.
• Philippines : Un autre pays au potentiel géothermique abondant, avec de nombreuses centrales géothermiques en service.
• Islande : Un pionnier dans l'utilisation de l'énergie géothermique, l'utilisant pour la production d'électricité, le chauffage urbain et diverses applications industrielles. L'énergie géothermique fournit une part importante des besoins énergétiques de l'Islande.
• Kenya : Un producteur géothermique de premier plan en Afrique, avec un développement important dans le champ géothermique d'Olkaria.
• Nouvelle-Zélande : Utilise l'énergie géothermique à la fois pour la production d'électricité et pour des applications directes.
• Turquie : Développe rapidement sa capacité géothermique, avec de nombreuses nouvelles centrales en cours de développement.

Avantages de l'énergie géothermique

• Renouvelable et durable : La chaleur interne de la Terre est une ressource pratiquement inépuisable.
• Énergie de base : Les centrales géothermiques peuvent fonctionner en continu, fournissant un approvisionnement énergétique de base fiable, contrairement aux énergies renouvelables intermittentes comme le solaire et l'éolien.
• Faible empreinte au sol : Les centrales géothermiques nécessitent généralement moins de terrain que d'autres formes de production d'énergie.
• Faibles émissions : L'énergie géothermique produit beaucoup moins d'émissions de gaz à effet de serre que les combustibles fossiles.
• Applications d'utilisation directe : L'énergie géothermique peut être utilisée directement pour le chauffage, le refroidissement et les processus industriels.

Défis de l'énergie géothermique

• Limitations géographiques : Les ressources hydrothermales à haute température sont concentrées dans des régions spécifiques, bien que les technologies EGS élargissent le potentiel géographique.
• Coûts initiaux élevés : La construction de centrales géothermiques peut être à forte intensité de capital.
• Durabilité des ressources : La surexploitation des fluides géothermiques peut entraîner l'épuisement des réservoirs si elle n'est pas gérée correctement.
• Sismicité induite : Les opérations EGS peuvent potentiellement déclencher des séismes mineurs, nécessitant une surveillance attentive et des mesures d'atténuation.
• Préoccupations environnementales : Les fluides géothermiques peuvent contenir des minéraux et des gaz dissous qui nécessitent une élimination appropriée.

Pompage-turbinage souterrain (UPHS) : une solution de stockage d'énergie durable

Le stockage de l'énergie est crucial pour intégrer les sources d'énergie renouvelables intermittentes dans le réseau et assurer sa stabilité. Le pompage-turbinage souterrain (UPHS) offre une solution prometteuse pour le stockage d'énergie à grande échelle.

Comment fonctionne l'UPHS

L'UPHS implique deux réservoirs à des altitudes différentes. Pendant les périodes de faible demande d'énergie ou de production excédentaire d'énergie renouvelable, l'eau est pompée du réservoir inférieur vers le réservoir supérieur, stockant ainsi de l'énergie potentielle. Lorsque la demande d'énergie est élevée, l'eau est libérée du réservoir supérieur vers le réservoir inférieur, s'écoulant à travers des turbines pour produire de l'électricité.

Dans les systèmes UPHS, au moins un de ces réservoirs est situé sous terre, soit dans une caverne naturelle, soit dans un espace excavé artificiellement. Cela offre plusieurs avantages :

• Utilisation réduite des terres : Les réservoirs souterrains minimisent l'empreinte en surface de l'installation de stockage.
• Bénéfices environnementaux : L'UPHS peut réduire l'impact environnemental par rapport au pompage-turbinage de surface conventionnel, qui nécessite souvent la construction de barrages sur les rivières et l'inondation de vallées.
• Avantages esthétiques : Les réservoirs souterrains sont visuellement discrets.
• Potentiel d'intégration avec les infrastructures existantes : L'UPHS peut être intégré à des mines ou des tunnels souterrains existants, réduisant ainsi les coûts de construction.

Projets et potentiel mondiaux de l'UPHS

Bien que l'UPHS soit une technologie relativement naissante par rapport au pompage-turbinage conventionnel, plusieurs projets sont en cours de développement ou à l'étude dans le monde :

• Allemagne : Plusieurs études ont exploré le potentiel de conversion de mines abandonnées en installations UPHS.
• Suisse : Possède des conditions géologiques idéales pour le développement de l'UPHS.
• Australie : Explore l'UPHS comme moyen de soutenir son secteur en pleine croissance des énergies renouvelables.
• États-Unis : Enquêtent sur les opportunités d'UPHS dans divers États.
• Chine : Investit activement dans le pompage-turbinage, y compris les options souterraines.

Avantages de l'UPHS

• Stockage d'énergie à grande échelle : L'UPHS peut fournir d'importantes capacités de stockage d'énergie, allant de centaines de mégawatts à plusieurs gigawatts.
• Longue durée de vie : Les installations UPHS peuvent fonctionner pendant plusieurs décennies, offrant une solution de stockage d'énergie à long terme.
• Stabilité du réseau : L'UPHS peut aider à stabiliser le réseau en répondant rapidement aux fluctuations de l'offre et de la demande d'énergie.
• Complémentaire aux énergies renouvelables : L'UPHS peut stocker l'énergie renouvelable excédentaire générée pendant les périodes de production de pointe et la libérer en cas de besoin.
• Impact environnemental réduit (par rapport au PHES de surface) : Moins de perturbation des terres en surface et de l'habitat.

Défis de l'UPHS

• Exigences géologiques : L'UPHS nécessite des formations géologiques adaptées à la construction de réservoirs souterrains.
• Coûts d'investissement élevés : La construction d'UPHS peut être à forte intensité de capital.
• Considérations environnementales : Une attention particulière doit être accordée aux impacts environnementaux potentiels de la construction souterraine et de l'utilisation de l'eau.
• Disponibilité de l'eau : L'UPHS nécessite une source d'eau fiable.

Autres technologies de production d'énergie souterraine

Au-delà de la géothermie et de l'UPHS, d'autres technologies de production d'énergie souterraine émergent :

Stockage d'énergie par air comprimé souterrain (CAES)

Le CAES consiste à comprimer de l'air et à le stocker dans des cavernes souterraines, telles que des dômes de sel ou des aquifères. Lorsque de l'électricité est nécessaire, l'air comprimé est libéré, chauffé et utilisé pour entraîner des turbines, produisant de l'électricité. Le CAES traditionnel dépend du gaz naturel pour chauffer l'air. Le CAES adiabatique avancé (AA-CAES) stocke la chaleur générée lors de la compression et la réutilise lors de la détente, améliorant l'efficacité et réduisant la dépendance aux combustibles fossiles.

Stockage souterrain d'hydrogène (UHS)

L'hydrogène est exploré comme un vecteur d'énergie propre. Le stockage souterrain d'hydrogène dans des cavernes de sel, des réservoirs de pétrole et de gaz épuisés ou des aquifères est considéré comme un élément clé d'une future économie de l'hydrogène. L'hydrogène stocké peut ensuite être utilisé dans des piles à combustible pour produire de l'électricité, ou pour d'autres applications. Les défis incluent les fuites d'hydrogène et le maintien de la pureté de l'hydrogène stocké.

Centrales électriques souterraines (Centrales en caverne)

Dans certains cas, des centrales électriques conventionnelles sont construites sous terre, généralement dans des cavernes. Cela peut offrir des avantages en termes d'utilisation des terres, d'impact environnemental et de sécurité. Ces centrales peuvent utiliser une variété de sources de combustible, y compris les combustibles fossiles, l'énergie nucléaire ou même la biomasse.

L'avenir de la production d'énergie souterraine

Les technologies de production d'énergie souterraine ont le potentiel de jouer un rôle important dans la transition énergétique mondiale. Alors que le monde cherche à décarboner ses systèmes énergétiques et à renforcer la sécurité énergétique, ces technologies offrent plusieurs avantages convaincants :

• Stabilité accrue du réseau : Les technologies de production d'énergie souterraine, en particulier la géothermie et l'UPHS, peuvent fournir une alimentation de base et un stockage d'énergie, aidant à stabiliser le réseau et à intégrer les sources d'énergie renouvelables intermittentes.
• Utilisation réduite des terres : Les installations souterraines minimisent l'empreinte en surface des infrastructures énergétiques, libérant des terres pour d'autres usages.
• Sécurité énergétique renforcée : Les ressources souterraines peuvent fournir une source d'énergie fiable et disponible localement, réduisant la dépendance aux combustibles importés.
• Impact environnemental plus faible : Les technologies de production d'énergie souterraine peuvent réduire les émissions de gaz à effet de serre et d'autres impacts environnementaux par rapport aux combustibles fossiles.
• Innovation et avancées technologiques : La recherche et le développement continus réduisent les coûts et améliorent l'efficacité des technologies de production d'énergie souterraine.

Conclusion

La production d'énergie souterraine n'est plus un concept futuriste. C'est une composante viable et de plus en plus importante du paysage énergétique mondial. À mesure que les technologies mûrissent et que les coûts diminuent, la production d'énergie souterraine est appelée à jouer un rôle crucial dans la création d'un avenir énergétique durable et résilient. L'adoption de ces approches innovantes de la production et du stockage d'énergie sera essentielle pour répondre aux demandes énergétiques croissantes du monde tout en minimisant l'impact environnemental et en garantissant la sécurité énergétique. Le potentiel d'exploiter la puissance cachée de la Terre est immense, et sa pleine réalisation promet un avenir énergétique plus propre, plus fiable et plus durable pour tous.