La majeure partie de l’électricité produite dans le monde provient de la combustion du charbon ou du gaz naturel. Le nucléaire, l’hydroélectricité, l’énergie éolienne et l’énergie solaire à faibles émissions constituent le reste de la production. (J’écris ceci du Québec, où l’électricité provient principalement de l’hydroélectricité.) En d’autres termes, pour la plupart des gens dans le monde, utiliser un kilowattheure d’électricité, c’est un peu comme brûler un peu de charbon ou de gaz naturel. Mais cela change rapidement : en 2025, l’Agence internationale de l’énergie montre que la part des sources à faibles émissions se rapproche des combustibles fossiles dans la production mondiale d’électricité.

Utiliser le charbon ou le gaz naturel pour produire de l’électricité signifie que la production de chaque unité d’énergie électrique (kilowattheures ou kWh) coûte de l’argent : il faut acheter le combustible. En revanche, une caractéristique commune de l’électricité à faibles émissions est que le coût marginal de production et de livraison est pratiquement nul.

• Les sources solaire, éolienne et hydroélectrique au fil de l’eau peuvent produire de l’électricité tant que le soleil, le vent ou l’écoulement de l’eau est disponible. Réduire la production ne réduit pas les coûts sociétaux.
• Pour l’hydroélectricité à réservoir («?grande hydro?»), c’est un peu plus compliqué. Il n’y a pas de frais d’exploitation pour ouvrir les vannes et générer plus, et pas d’économies à fermer. Cependant, la production épuise le réservoir en amont, de sorte qu’il peut y avoir un coût d’opportunité si cette énergie pouvait être vendue à des moments différents pour un prix plus élevé. Cependant, ces centrales hydroélectriques doivent aussi maintenir un débit minimal et la gestion de plusieurs centrales le long d’un réseau fluvial nécessite des compromis, de sorte qu’elles ne sont pas entièrement pilotables. Néanmoins, les coûts marginaux d’exploitation sont nuls.
• Les centrales nucléaires sont souvent conçues pour fonctionner à une puissance constante, avec des montées et baisses de puissance mesurées en jours. Certaines centrales nucléaires plus nouvelles peuvent mieux varier leur production, mais le seul coût supplémentaire est celui de l’uranium, qui est très petit. Réduire la production d’une centrale nucléaire ne réduit pas vraiment les coûts.
• Enfin, les coûts du réseau de transport et de distribution sont également fixes à court terme.

Ainsi, dans un système alimenté par des sources autres que fossiles, les coûts sont constants à court terme, du moins jusqu’à sa capacité de production ou de transport. Lorsque la demande s’approche de la capacité du système, les coûts marginaux augmentent soudainement. Pour équilibrer l’offre et la demande dans un système contraint, l’opérateur du système prendra des mesures coûteuses telles que :

• Démarrer des générateurs fossiles, tels que les centrales au gaz naturel, qui sont coûteuses à exploiter.
• Faire appel aux batteries en réseau, achetant cette énergie à certains taux précédemment convenus.
• Importer de l’électricité supplémentaire d’autres régions.
• Piloter des charges contrôlables, comme la climatisation et les chauffe-eau des clients résidentiels.
• Payer les grands clients industriels, comme les alumineries, pour réduire leur charge.

Ainsi, en fin de compte, un kilowattheure supplémentaire est soit «?gratuit?» (n’ajoute pas aux coûts du système), soit très coûteux (près de la capacité du système).

Cette caractéristique de tout-ou-rien soulève quelques questions pour la conception des tarifs et du marché.

Les tarifs réglementés sont conçus pour recouvrer les coûts du système, mais dans un système à faibles émissions, ils n’augmentent que pendant les périodes de pointe critiques, généralement quelques heures par an. Les tarifs de prix de pointe critiques et de remise de pointe critique peuvent donc être un meilleur signal pour les clients que les tarifs fixes selon l’heure de consommation appliqués 365 jours par an. (Les tarifs de pointe critique et les tarifs horaires peuvent être utilisés en même temps, surtout lorsque de grands générateurs non distribuables sont présents sur le système, comme en Ontario.) D’autre part, les tarifs en temps réel, qui varient constamment avec les coûts du marché, pourraient signifier que les clients sont confrontés à des prix extrêmement élevés pendant les pointes, ce qui peut conduire à l’injustice.

Dans de nombreuses régions, l’électricité est achetée et vendue dans un marché ouvert de l’énergie (mesurée en kWh, une unité d’énergie) entre les producteurs et les détaillants. Le coût marginal des générateurs fossiles fixe le prix de clôture du marché, les producteurs non émetteurs soumissionnant à zéro, sachant que tout montant supérieur à zéro est mieux que rien. Que se passe-t-il lorsqu’un système n’a que (ou presque que) des sources non émettrices?? Le prix de clôture reste à zéro la plupart du temps. Oups, ce n’est pas bon pour les affaires. Dans ces cas, un marché de capacité (mesuré en kW, une unité de puissance) peut être formé. Dans un marché de capacité, les producteurs sont payés pour la capacité potentielle qu’ils peuvent fournir pendant les périodes de pointe, que leurs actifs soient appelés ou non. Par conséquent, un plus grand nombre d’administrations compteront sur les marchés de capacité dans un avenir à faibles émissions. Une autre approche consiste à se passer entièrement des marchés et à opter pour un accord d’achat d’électricité entre une agence d’achat (ou un service public) et des producteurs d’électricité. D’autres approches mixtes peuvent également être trouvées dans le monde entier. Nous sommes encore en train d’apprendre à concevoir au mieux les marchés de l’électricité avec un réseau sans émission, et ce sujet est en évolution.

En fin de compte, attendez-vous à payer différemment pour l’électricité et les producteurs seront indemnisés différemment. Parfois, les prix de l’électricité seront moins élevés, mais parfois plus élevés qu’ils ne le sont actuellement. Cette transformation économique est similaire à certains égards à ce qui s’est passé dans les télécommunications. Il y a trente ans, nous payions pour chaque appel interurbain et chaque appel cellulaire, à des taux mesurés en dollars par minute dans le cas des appels internationaux. De nos jours, nous payons des frais fixes pour une énorme bande passante ou de grands blocs de données, et nous ne réfléchissons pas à deux fois avant de faire une vidéoconférence FaceTime avec des proches à l’étranger. Payons-nous moins pour les télécommunications?? Eh bien, pas vraiment dans l’ensemble, et c’est beaucoup plus compliqué, mais nous en obtenons beaucoup plus pour notre argent. La même chose se produira avec l’électricité.

Most of electricity generated in the world comes from burning coal or natural gas, with low emission nuclear, hydro, wind and solar making up the rest of the generation. (I’m writing this from Québec, where electricity comes mostly from hydro.) In other words, for most people in the world, using a kilowatt-hour of electricity is a bit like burning a bit of coal or natural gas. But that’s quickly changing: in 2025, the International Energy Agency shows that the share of low-emission sources is approaching fossil fuels in global electricity generation.

Using coal or natural gas to generate electricity means that producing each unit of electric energy (kilowatt-hours or kWh) costs money: one needs to buy the fossil stuff. In contrast, a common characteristic of low-emission electricity is that the marginal cost of generation and delivery is practically zero.

• Solar, wind, and run-of-river hydro may produce electricity as long as the sun, the wind or the flow of water is available. Turning off generation doesn’t reduce societal costs.
• For reservoir hydro (“big hydro”), it is a bit more complicated. There’s no out-of-pocket cost to open the valves and to generate more, and no savings to turn off. However, generating depletes the upstream reservoir, so there may be an opportunity cost if this energy could be sold at different times for a higher price. However, these hydro plants must maintain minimum flow and managing multiple plants along a river system requires trade-offs, so they aren’t fully dispatchable. Still, marginal operating costs are zero.
• Nuclear plants are often designed to run at a constant power, with ramp-up and ramp-down measured in days. Some newer nuclear plants can better vary their generation, but the only additional cost is that of uranium, which is very small. Reducing output of a nuclear generator doesn’t really reduce costs.
• Finally, the costs of the transmission and distribution grid are also fixed in the short run.

Thus, in a system powered by non-emitting sources, costs are constant in the short run, at least up to its generation or transmission capacity. When demand gets near the system capacity, marginal costs suddenly increase. To balance supply and demand in a constrained system, the system operator will take costly measures such as:

• Dispatching fossil generators, such as natural gas plants, which are costly to run.
• Dispatching grid batteries, buying this power at some previously agreed to rates.
• Importing additional electricity from other jurisdictions.
• Dispatching controllable loads, like HVAC and water heaters for residential customers.
• Paying large industrial customers, like aluminum smelters, to reduce their load.

So, in the end, an additional kilowatt-hour is either “free” (does not add to system costs) or very expensive (near system capacity).

This all-or-nothing characteristic raises a few issues for tariff and market design.

Regulated tariffs are designed to recover the system costs, which only increase during critical peaks, typically a few hours per year. Critical Peak Pricing and Critical Peak Rebate tariffs may therefore be a better signal to customers than fixed Time-Of-Use (TOU) tariffs applied 365 days a year. (Both critical peak and TOU tariffs may be used at the same time, especially when large non-dispatchable generators are present on the system, like in Ontario.) On the other hand, Real Time Pricing tariffs, which vary constantly with market costs, could mean that customers face extremely high prices during peaks, and this can lead to unfairness.

In many jurisdictions, electricity is bought and sold in an open energy market (measured in kWh, a unit of energy) between producers and retailers. The marginal cost of fossil generators set the closing energy market price, with non-emitting producers bidding at zero, knowing that any closing amount above zero is better than nothing. What happens when a system has only (or mostly) non-emitting sources? The closing price remains at zero most of the time. Oops, that’s not good for business. In those cases, a capacity market (measured in kW, a unit of power) may be formed. In a capacity market, producers are paid for the potential capacity they can provide during peaks whether or not their assets are called upon. Hence, more jurisdictions will rely on capacity markets in a low-emission future. Another approach is to get away with markets entirely and go with power purchase agreement between a purchasing agency (or utility) and power producers. Other, mixed approaches may also be found around the world. We are still learning how to best design electricity markets with a non-emitting grid, and this topic is ongoing.

In the end, expect to pay differently for electricity and producers will be compensated differently. At times, electricity prices will be less, but sometime higher, than they are now. This economic transformation is similar in some ways to what happened in telecommunications. Thirty years ago, we paid for each long-distance calls and cell calls, at rates measured in dollars per minute in the case of international calls. Nowadays, we pay a flat fee for the huge bandwidth or large data blocks, and we don’t think twice before doing a FaceTime videoconference with loved ones overseas. Do we pay less for telecom? Well, not really overall, and it’s a lot more complicated, but we get much more out of our money. The same thing will happen with electricity.