Résumé
1. Introduction
Le réchauffement climatique, la pollution de l'air et l'insécurité énergétique demeurent trois des plus grands problèmes auxquels le monde est confronté.
Le réchauffement global moyen de la Terre de 2011 à 2020 par rapport à 1850 à 1900 était d'environ 1,09 °C. Si rien n'est fait, et même si les émissions de CO2 restent constantes aux niveaux de 2020 au lieu d'augmenter, suffisamment de CO2 supplémentaire (500 milliards de tonnes) s'accumulera dans l'air pour réchauffer la Terre de 1,5 °C (avec une probabilité de 50 %) par rapport aux niveaux de 1850– 1900, d'ici 2032. Assez de CO2 supplémentaire (850 milliards de tonnes) s'accumuleront pour réchauffer la Terre de 2 °C d'ici 2041.
En 2019, 55,4 millions de personnes sont décédées dans le monde.
La pollution de l'air a contribué à environ 7 millions (12,6 %) des décès, ce qui en fait la deuxième cause de décès après les maladies cardiaques.
Parmi les décès dus à la pollution de l'air, 4,4 millions étaient dus à la pollution extérieure et 2,6 millions à la pollution intérieure. La pollution de l'air intérieur survient parce que 2,6 milliards de personnes brûlent des combustibles pour cuisiner et se chauffer à l'intérieur. La pollution de l'air cause également des centaines de millions de maladies (morbidités) chaque année. Les décès et les maladies surviennent lorsque les particules de pollution atmosphérique (principalement) et les gaz déclenchent ou exacerbent les maladies cardiaques, les accidents vasculaires cérébraux, les maladies pulmonaires obstructives chroniques (bronchite chronique et emphysème), les infections des voies respiratoires inférieures (grippe, bronchite et pneumonie), le cancer du poumon et asthme.
L'insécurité énergétique est le troisième problème majeur dû aux carburants du statu quo (BAU). L'insécurité énergétique survient pour au moins quatre raisons : la diminution de la disponibilité des combustibles fossiles et de l'uranium ; la dépendance à l'égard des centrales électriques et des raffineries centralisées ; la dépendance à l'égard de la nécessité d'un approvisionnement continu en carburant sujet à des perturbations résultant d'une guerre internationale, d'une guerre civile, d'embargos, d'interdictions et de conflits de travail ; et les dommages environnementaux dus à l'extraction continue et généralisée de carburant et à la pollution.
Il est postulé ici qu'une transition complète vers un environnement propre, électricité renouvelable éolienne-eau-solaire (WWS), chaleur, stockage, la transmission et le système d'équipement (Fig. S1, ESI †) réduiront considérablement ou élimineront ces trois problèmes et à faible coût.
Compte tenu de leur gravité et de leur croissance rapide, ces problèmes doivent être résolus rapidement. Idéalement, 80 % des problèmes seront résolus d'ici 2030 et 100 %, d'ici 2035-2050 (section 3.1). Compte tenu des objectifs de lutte contre la pollution de l'air et l'insécurité énergétique en même temps que le réchauffement climatique, la transition doit également éviter les émissions de polluants atmosphériques et améliorer la sécurité énergétique.
Pour ces raisons, nous n'incluons pas le captage du carbone (CC), le captage direct de l'air (DAC), la bioénergie (B), l'énergie nucléaire (N) ou l'hydrogène bleu (BH). Ces technologies augmentent ou maintiennent l'extraction de carburant constante (CC, DAC, BH), augmentent ou maintiennent la pollution de l'air constante (CC, DAC, B, BH), réduisent peu de CO2 tout en bloquant la pollution par la combustion (CC, DAC, B, BH), sont coûteux (CC, DAC, N), présentent de longs délais entre la planification et l'exploitation (N), ou sont porteurs d'effondrement, de prolifération d'armes, de déchets et de risques miniers
Étant donné que l'élimination de 80 % de toutes les émissions d'ici 2030 et de 100 % d'ici 2035-2050 avec WWS, sans ces technologies, évite un réchauffement de 1,5 °C (section 3.1), ces technologies non WWS ne sont pas non plus nécessaires.
De nombreux groupes de recherche ont examiné des systèmes 100% renouvelable
énergie (RE) dans un ou tous les secteurs énergétiques et ont trouvé
que les systèmes RE maintiennent le réseau stable à faible coût. Les plus étroitement liées à cette étude sont les études visant à faire passer 139 pays et 143 pays à 100% WWS dans tous les secteurs énergétiques tout en maintenant la stabilité du réseau. Tous les secteurs de l'énergie comprennent l'électricité, les transports, le chauffage/refroidissement des bâtiments, l'industrie, l'agriculture, la foresterie, la pêche et l'armée. Cette étude, qui examine une transition de 145 pays, améliore les études précédentes à plusieurs égards.
Premièrement, deux pays supplémentaires (Laos, RDP et Guinée équatoriale) sont inclus en plus des 143 études de pays. Aux fins de l'analyse de la stabilité du réseau, les 145 pays sont regroupés en 24 régions (tableau 1), comme dans les études portant sur 143 pays. Deuxièmement, les données brutes sur la consommation d'énergie finale pour chaque secteur dans chaque pays proviennent ici de 2018 (la dernière mise à jour) plutôt que de 2016 ou 2012. De même, les nouvelles données sur les coûts pour la production d'électricité, le stockage et les capacités installées sont utilisés.
Les nouveaux coûts, en particulier, sont inférieurs aux coûts antérieurs de plusieurs technologies WWS.
Troisièmement, une caractéristique unique importante de cette étude est le calcul et l'utilisation des charges de chauffage et de refroidissement des bâtiments dans le monde toutes les 30 secondes pendant trois années complètes, 2050-2052.
Les charges sont calculées en cohérence avec la production éolienne et solaire de chaque pays à l'aide d'un modèle de prévision météorologique/climatique. Dans les études de base précédentes, ces charges ont été estimées à partir des données journalières de chauffage et de refroidissement en degrés-jours.
Quatrièmement, des batteries de quatre heures sont concaténées ici pour fournir à la fois un stockage d'électricité de longue durée et une puissance de pointe instantanée substantielle. Parce que les coûts de la batterie ont chuté de façon spectaculaire et
étant donné que des batteries de quatre heures sont désormais facilement disponibles, il est désormais justifié d'inclure une plus grande pénétration des batteries que dans les études précédentes.
Cinquièmement, cinq nouveaux tests de sensibilité sont effectués. Dans l'un, la fraction du chauffage et du refroidissement urbains est augmentée dans les régions les plus chères, qui sont pour la plupart des petits pays et des îles, afin d'examiner l'impact de l'augmentation du chauffage et du refroidissement urbains sur le coût de maintien de la stabilité du réseau. Dans la seconde, les augmentations en pourcentage des coûts actualisés et annuels de l'énergie sont estimées lorsque les coûts des batteries sont supérieurs de 50 % à ceux supposés dans le scénario de base. Ce test de sensibilité est important car les coûts futurs des batteries devraient baisser mais sont incertains, et une grande partie du stockage de l'électricité est ici le stockage sur batterie. Dans le troisième test, le nombre maximal d'heures nécessaires pour déplacer une charge flexible vers l'avant dans le temps est réduit à partir d'une valeur de référence de huit heures pour voir combien d'heures de déplacement de charge sont réellement nécessaires dans chaque région. Si le temps maximum nécessaire est inférieur à huit heures, la mise en œuvre de la réponse à la demande devrait être plus simple que celle proposée ici. Dans le quatrième test, le coût de l'augmentation de la pénétration des véhicules électriques à pile à combustible à hydrogène électrolytique au détriment des véhicules électriques à batterie est examiné. Enfin, le coût d'une charge constante de jour et de nuit par rapport à la charge principalement de jour ou principalement de nuit des véhicules électriques à batterie est examiné.
Source:
https://web.stanford.edu/group/efmh/jacobson/Articles/I/145Country/22-145Countries.pdf
