Couple Eolien et Solaire, capricieux et instables, cherchent compagnons sûrs et flexibles pour relation équilibrée. Thermiques acceptés, si bien verts.
10 Janvier 2018
L'électricité intervient partout, soit comme acteur principal dans les applications spécifiques (Communications, Informatique, Eclairage, Electroménager, Audiovisuel, Robotique, Matériel médical, Chemin de fer, Voiture électrique, Domotique, etc), soit comme complément indispensable d'applications utilisant d'autre sources d'énergie, y compris dans le Résidentiel-Tertiaire (Les chaudières à Gaz ou à mazout ne fonctionnent plus sans électricité, ni même les poêles à granulés), ainsi que dans l'Industrie, les PME, la Sidérurgie, les chaînes du froid, les climatisations, les étuves, la production de l'Aluminium, la fabrication des voitures, etc.
Même si elle ne représente "que" le quart de notre consommation d'énergie finale, l'électricité est donc bien le cœur de nos sociétés, la clé qui donne accès à la technologie dont nous sommes hélas devenus dépendants, y compris pour notre santé et notre sécurité.
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Aujourd'hui, notre secteur de la production d'électricité n'est pas concerné par les impératifs de la lutte contre le réchauffement climatique, essentiellement dirigée contre les émissions de Gaz à effet de serre (GES).
En effet, l'électronucléaire et l'Hydraulique, qui fournissent 90% de nos besoins d'électricité, ne sont pas émetteurs de GES.
La question du retrait ou du maintient de la production électronucléaire n'a donc rien à voir avec la croisade prêchée par le GIEC (IPCC) contre les émissions de GES (GHG).
(Lequel GIEC n'a d'ailleurs jamais émis de fatwa contre l'électronucléaire).
Ce retrait ou ce maintient constitue un choix culturel, qui n'en demeure pas moins critique car il conditionne le développement des moyens de production d'électricité de ce siècle, et des suivants.
En effet, tant que l'électronucléaire fournira sans faiblir ses 60 GW, aidé de l'hydraulique, le tout sans émissions de CO2, la France n'a nul besoin d'éolien ni de solaire, elle aurait plutôt besoin de biocarburants et de biogaz pour remplacer les produits pétroliers et le gaz naturel.
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C'est d'ailleurs pourquoi notre effort actuel porte surtout d'une part sur les économies d'énergies dans ces secteurs ( Consommation des véhicules, isolation thermique des bâtiments, recherche de l'efficacité énergétique dans toutes les applications) et d'autre part sur les incitations à l'électrification des transports et à l'utilisation des PAC (Pompes à Chaleur) lorsque c'est techniquement possible.
Ceci pour échapper à la dictature des Hydrocarbures fossiles et du Gaz naturel aujourd'hui importés en totalité, tout en réduisant les émissions de CO2, et d'autre part réduire significativement la consommation finale d'énergie par l'amélioration des rendements (Une voiture électrique consomme trois fois moins d'énergie qu'un modèle à essence, et une PAC bien étudiée offre les mêmes performances).
En contre partie, la mise en œuvre de cette stratégie se traduira par un accroissement de la demande d'électricité, qui verra renforcé son rôle d'élément clé duquel dépendra la bonne marche de la maison France.
En conséquence il ne faudra pas trop espérer voir baisser la consommation finale d'électricité, on ne peut pas avoir à la fois le beurre et l'argent du beurre.
( 30 Millions de voitures électriques consommeront 80 TWh par an, et les PAC ne seront pas en reste).
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Par ailleurs, et pour des raisons qui n'ont rien à voir avec la lutte contre le changement climatique (au contraire), l'éventualité d'un retrait du nucléaire doit être de plus en plus envisagée, mais dans une perspective qui n'est pas forcément celle de la lutte contre le réchauffement de la planète, en particulier en ce qui concerne les plannings.
La catastrophe de Fukushima est venue renforcer la prise de conscience du risque majeur constitué par cette technologie, dont les jours sont désormais comptés, du moins on peut l'espérer.
Les allemands ont réagi promptement en arrêtant huit réacteurs nucléaires et en programmant l'arrêt complet du parc pour 2022.
Il est vrai qu'ils s'y étaient bien préparés* en développant un parc important de renouvelables en éolien (y compris offshore), et solaire photovoltaïque, ainsi qu'un ensemble d'installations de méthanisation conséquent.
(et aussi en poussant un peu leurs centrales thermiques au lignite, mais çà il ne faut pas le répéter…nobody's perfect).
*En Allemagne, la part des énergies renouvelables dans le mix énergétique était de 17,6% en 2 015, alors qu'elle n'était que de 4,5% en France…
Dans le même temps la France s'est prononcée, à plusieurs reprises et sous trois Présidents, pour une réduction à 50% de la part du nucléaire dans le mix électrique en 2030 (on parle même de 2025), mais sans donner de gage* sur le sérieux de cette décision, et sans dire ce que sera le mix électrique à cette date, ce qui fait de cette annonce un chef d'œuvre de langage abscons, qui restera longtemps dans les annales.
* On attend toujours le décret qui actera la fermeture d'une centrale, ou de plusieurs, on peut rêver.
Encore une manifestation de l'exception culturelle française…
Il faut reconnaître qu'il n'est pas facile d'envoyer à la ferraille un outil de production efficace, qui fournit sans faille plus de 75% de nos besoins électriques, pour le remplacer par un autre entièrement à développer, dans une technologie nouvelle dont le modèle économique est inconnu, et dont la production est tributaire du Soleil et du vent alors qu’on ne sait pas stocker l’électricité.
Il faut s'attendre à une très forte réluctance du secteur, peu enclin à cautionner ce qui ressemble à un sabordage un peu précipité.
Surtout en l'absence d'une embarcation de sauvetage crédible…
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Qui a dit que l'électricité ne se stocke pas ?
Aujourd'hui nous avons de l'électricité "à gogo", mais aussi des stocks considérables.
Ces stocks sont constitués par le combustible qui est dans les réacteurs nucléaires, auquel s'ajoute le combustible de réserve, de quoi produire normalement pendant deux ou trois ans, et probablement davantage en comptant les produits qui traînent à la Hague, ce qui nous met à l'abri des risques de black-out.
L'importance de ce stock "avant production" a échappé aux observateurs pressés de se débarrasser d'une technologie condamnée sans recours.
Le retrait du nucléaire nous placera dans l'obligation de rechercher une autre solution pour garantir nos réserves de sécurité électrique.
Le concept de réserves implique l'existence d'un moyen de stockage, qui ne peut être que le Biogaz en l'occurrence.
En effet, plutôt que chercher à stocker l’électricité en noyant les français sous l’eau des barrages (J’en connais qui l’ont fait…) il est quand même plus simple de stocker du gaz à partir duquel on fabriquera de l’électricité…
Bien sûr il faudra que ce gaz soit vert.
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Avant de lancer des grands travaux pour essayer d'atteindre le saint Graal de l'énergie verte, il convient d'abord de se fixer des objectifs, c'est du moins l'usage, sauf chez les shadoks.
Aujourd'hui notre énergie, y compris pour le nucléaire, est obtenue avec des produits dépendant à 90% de l'étranger.
(Le minerai d'Uranium n'est pas collecté en France, jusqu'à preuve du contraire).
Les 10% restant sont constitués d'hydraulique et d'un peu de renouvelables.
Il faut donc décider si l'on continue comme çà ou si on tâche de réduire cette dépendance, jusqu'à quel niveau, et avec quel planning.
Si l'on choisit de continuer dans la dépendance quasi-totale comme aujourd'hui, notre transition énergétique se bornera à trouver d'autres fournisseurs, qui nous vendront des bio carburants et du Bio gaz, et nous fabriquerons notre électricité avec des centrales thermiques à Bio Gaz, ou bien nous l'achèterons directement à des producteurs étrangers grâce à des capacités accrues d'échanges transfrontaliers, y compris par les liaisons sous-marines en cours de construction.
C'est effectivement une option sérieusement envisagée, même si elle ne dit pas son nom. Certains évoquent le Maghreb comme source possible d'électricité solaire, et la Norvège pour l'électricité hydraulique…
On parle même de la Norvège comme « batterie » de l’Europe.
Par contre si nous décidons de réduire notre dépendance à par exemple 50% en 2050, et 20% en 2080, alors nous avons du pain sur la planche.
(Surtout si cette décision concerne non seulement l'électricité, mais aussi les autres besoins énergétiques).
Assez curieusement la nécessité de ce choix, pourtant décisif, ne semble pas tourmenter les Gouvernements successifs, si l'on en juge par l'absence totale de déclaration officielle sur le sujet de la part des ministres concernés.
En fait on parle bien de parts d'énergies renouvelables dans le mix énergétique, mais sans préciser d'où viendront ces quantités d'énergie.
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Pour remplacer l'électronucléaire, le respect des bonnes mœurs nous enjoint de ne faire appel qu'à des énergies vertes.
Pour cela diverses solutions existent:
- L'éolien.
- Le solaire photovoltaïque.
- Les centrales solaires à concentration.
- L'hydraulique.
- Les centrales thermiques vertes.
- Les centrales géothermiques.
L'enjeu est simple:
Il faut pouvoir fournir 400 Millions d'Ampères de courant de pointe, avec un courant moyen de 270 Millions d'Ampères.
(92 GW crête, pour 62 GW en moyenne).
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Aujourd'hui la part des énergies renouvelables dans le mix énergétique français s'élève à 4,5% : 86 TWh sur 1 890 TWh.
Elles sont évidemment surtout présentes dans le mix électrique, où leur part s'élève à 17,5 % :
12% Hydroélectricité.
4% Eolien.
1,5% Solaire photovoltaïque.
L'Hydroélectricité étant peu susceptible de croissance importante, tout l'effort devra être fourni par l'éolien et le solaire.
Pour éviter de trop charger la mule, il faudra trouver du renfort.
Il n'est pas nécessaire de chercher bien loin pour constater que ce renfort ne peut venir que des centrales thermiques à Gaz, biogaz évidemment.
C'est donc le trio Eolien, Solaire, et thermique, qui tirera la charrette de la transition.
Ce n’est pas un scoop, car on ne voit pas très bien à qui d’autre faire appel une fois éliminés le nucléaire, le charbon, le fuel, et le gaz naturel fossile, et après avoir constaté que les sites propices à l’hydraulique sont déjà occupés.
Les allemands ne s'y sont pas trompés, qui développent avec vigueur la filière de Méthanisation dont la production est déjà significative.
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Avant d'investir massivement (car il faudra investir massivement) dans l'une ou l'autre de ces filières, il convient de décider d'une part quel niveau d'indépendance énergétique est recherché, et d'autre part quelles sont les filières les mieux adaptées aux ressources naturelles de notre pays.
Il est évident que l'on ne peut pas faire n'importe quoi n'importe où, sous peine de disperser les ressources financières pour un résultat désastreux en pompant comme les Shadoks.
Ce n'est pas par hasard que la Norvège fabrique 98% de son électricité à partir de centrales hydrauliques, il suffit de regarder une carte pour comprendre.
Ce n'est pas par hasard que les pays de la mer du Nord ont développé une production éolienne offshore importante, c'est grâce à l'existence d'un plateau continental très favorable à cette filière (fonds marins de faible profondeur loin des côtes).
Ce n’est pas par hasard que l’Islande exploite largement la Géothermie.
Ce n’est pas par hasard que l’Espagne est très en avance sur le Solaire.
Chaque zone géographique est prédisposée à un type d'exploitation des ressources naturelles.
Le solaire au Sud, l'éolien au Nord, l'hydraulique à la montagne, est un raccourci un peu sommaire, mais qui traduit une certaine réalité.
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Dans notre pays il est difficile d'identifier une filière privilégiée.
Nous sommes donc « condamnés » à faire un peu de ceci, un peu de cela, sans avoir le « choix du Roi ».
Sachant donc qu'il nous faudra faire feu de tout bois, même si le risque est grand de disperser nos efforts, et que nous devrons fabriquer au moins notre électricité nous-mêmes, on peut imaginer un mix électrique de ce type:
20% éolien offshore.
10% éolien terrestre.
30% solaire ( Photovoltaïque + ?)
15% Hydraulique.
25% Thermique CCG (TAC+TAV) avec Biogaz.
L'éolien offshore a paru un temps la solution d'avenir, en raison de l'importance de notre littoral et de l'efficacité énergétique de la filière.
Mais les contre indications sont vite apparues:
Des zones littorales fortement peuplées et très touristiques, entraînant un rejet par les populations pour des installations proches des côtes, et des conflits d'usage croissant avec le nombre des machines.
Par ailleurs, loin des côtes l'importance des fonds de notre plateau continental rend obligatoire la technique flottante, considérablement plus onéreuse et techniquement compliquée, entraînant des coûts de construction et d'exploitation vertigineux et donc une rentabilité plus que problématique.
Il faut 3 300 éoliennes offshore de 10 MW pour produire 100 TWh annuellement (20% de notre consommation).
Ces machines doivent être espacées de 1 km. Il faut donc occuper une superficie de plus de 1 000 km2 !
C'est faisable, mais pas sans l'adhésion des populations riveraines et des professionnels de la mer.
Et sous réserve de trouver le modèle économique compatible avec l'environnement concurrentiel du marché européen.
(Les consommateurs français ne sont pas prêts à voir doubler le prix de leur électricité).
L'éolien terrestre contribue déjà, très modestement en France, à la production d'électricité verte, mais la nécessité de limiter à 2 MW la puissance des machines, et la relative rareté des sites à la fois disponibles, accessibles et régulièrement ventés, conduit à un facteur de charge moyen relativement faible, environ 15%.
Et compte tenu des problèmes d'acceptabilité, le potentiel de croissance est limité, même si les coûts de production sont attractifs par rapport aux autres solutions.
L’Allemagne a su mettre en place un modèle économique auquel les populations ont adhéré, saurons-nous faire de même ?
L'autre solution, complémentaire de l'éolien, est le photovoltaïque, dont la simplicité apparente laisse penser à une sorte de "Jackpot" dans lequel une faible mise peut garantir un rapport de casino.
Faire un peu de photovoltaïque est une chose. En faire 150 TWh est une autre paire de manches.
Car si l'on décide de faire de l'électricité renouvelable, il ne faut pas raisonner "dé à coudre" mais "wagon citerne".
150 TWh c'est juste 30% de nos besoins, donc une quantité raisonnable sans plus dans un objectif de 50% d'indépendance énergétique.
Aujourd'hui la production photovoltaïque atteint 8 TWh environ.
Passer de 8 à 150 TWh est faisable, mais en changeant de modèle et de méthodes de financement.
Par contre il faudra oublier le mécanisme d’obligation d'achat, qui ne correspond à aucun modèle économique:
Le citoyen producteur vend à prix élevé son électricité à EDF, qui se fait rembourser la différence par la Caisse des dépôts, qui récupère les sommes grâce à la CSPE, laquelle est payée par le producteur citoyen, c’est très exactement ce qu’on appelle « pomper comme les Shadocks » Ceci est vrai aussi pour l'éolien évidemment.
L'électricité devra être payée à son vrai prix, il faudra choisir entre l'indépendance ou le souk de Marrakech.
Et ce sera peut-être le choix le plus difficile.
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L'Hydraulique sera très difficile à booster en France, la plupart des sites éligibles sont déjà utilisés, et les impératifs de protection de l'environnement et de la biodiversité interdisent des extensions significatives.
(Les cicatrices de Sevens seront longues à se refermer).
Nous ne parlons pas des STEP, qui sont des installations de stockage et non de production. Elles auront cependant leur rôle à jouer.
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Moins prestigieux que l'éolien ou le solaire, mais plus efficaces dans la continuité, les centrales thermiques vertes sont appelées à jouer un rôle majeur dans le futur mix électrique, et ceci pour plusieurs raisons:
La première raison est en rapport avec le concept de réserves de sécurité définies par l'AIE et légalisées au niveau de chaque pays après les crises pétrolières des années soixante-dix.
Il s'agissait alors de pallier les risques de rupture des approvisionnements suite à des crises géopolitiques.
La transition énergétique a pour second objectif de diminuer notre dépendance énergétique. Les risques de rupture d'approvisionnements n'auront pas disparu pour autant, ils auront changé de nature.
Il s'agira cette fois de compenser les baisses de production éolienne et solaire consécutives à une météorologie durablement défavorable.
La nécessité de constituer des stocks demeure donc évidente.
Mais l'électricité éolienne ou solaire ne se stocke pas*, du moins avec les moyens dont nous disposons aujourd'hui, et pour les volumes qui seraient nécessaires.
*Sauf l'électricité nucléaire, faut-il le rappeler encore.
Par contre les biocarburants et le biogaz se stockent sans problème dans les réservoirs contenant aujourd'hui les stocks de sécurité de produits pétroliers et de Gaz naturel.
La seconde raison de faire appel aux centrales thermiques vertes réside dans leur qualité d'installations de production de base. Leur capacité à fournir de l'électricité ne dépend pas des conditions météorologiques, et peut s'appuyer sur les stocks du réseau.
EDF développe actuellement le nouveau type de centrales à gaz utilisant la cogénération et offrant des rendements de près de 60 % (Centrales à Cycle Combiné CCG).
Ces centrales sont constituées d'une turbine à combustion (TAC) entraînant un premier alternateur, suivie d'une turbine à vapeur (TAV) fonctionnant avec la chaleur récupérée de la TAC, et entraînant un second alternateur.
Grâce à la TAC, une telle centrale peut être opérationnelle en un temps très cours, de l'ordre de douze minutes, ce qui lui confère une flexibilité au moins aussi performante que celle des centrales hydrauliques.
Ce type de centrales est appelé à constituer l'essentiel du soutient à l'intermittence des renouvelables, en complément de l'hydraulique, dont le développement est rendu difficile par le manque d'acceptabilité par les populations, et par les contraintes écologiques de protection de l'environnement et de la biodiversité.
Un autre avantage des centrales thermiques CCG est leur aptitude à fonctionner indifféremment avec du gaz naturel ou du biogaz, donc d'assurer une transition progressive vers la décarbonisation de la production électrique.
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Quelle puissance pour le parc thermique ?
Le parc thermique de relève aura deux rôles principaux:
Le premier rôle est celui qui est déjà joué aujourd'hui par les parcs thermiques et l’hydraulique: permettre à la production de suivre les variations de la demande, qui fluctue en fonction des besoins autour de la valeurs moyenne de 60 GW environ (Aujourd'hui).
Cette puissance moyenne de 60 GW est actuellement fournie par le nucléaire et l'hydraulique.
Autour de cette valeur moyenne de 60 GW, Les fluctuations de la demande peuvent atteindre aujourd’hui +/- 30 GW, ce qui nécessite de faire appel non seulement au thermique, mais aussi à l'hydraulique, aux STEP, et dans les cas extrêmes utiliser les importations et les capacités d'effacement.
L'autre rôle (nouveau) du parc thermique sera de compenser, en plus, les fluctuations de la production intermittente éolienne et solaire qui viendra s'ajouter aux fluctuations de la consommation, sans qu'elles soient nécessairement synchronisées.
Il faut donc s'attendre à devoir construire un parc thermique relativement important.
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La puissance installée du parc de centrales thermiques dépendra de plusieurs facteurs:
- Le niveau de la demande de puissance sur le réseau.
Aujourd'hui elle est de 60 GW en moyenne, avec des pointes "régulières" de 90 GW, et des "pics" pouvant atteindre près de 100 GW.
Pour faire face à cet appétit colossal des consommateurs, RTE dispose d'une puissance installée de 130 GW, sachant qu'une partie ne sera pas forcément disponible au moment critique, ou sera disponible mais pendant seulement un court moment, c'est le cas de l'hydraulique en particulier.
L'évolution de la demande électrique est un sujet controversé. C'est un peu comme le réchauffement climatique, il y a différents "modèles" selon les hypothèses retenues.
Il y aura une amélioration de l'efficacité énergétique, donc une tendance à la baisse.
Il y aura une croissance le la population et du nombre de ménages, donc une tendance à la hausse.
Il y aura un développement du concept de l'autosuffisance énergétique, donc une tendance à la baisse de l'énergie demandée au réseau.
Il y aura une généralisation du transport électrique et des pompes à chaleur, donc une forte tendance à la hausse.
Il y aura la mise en œuvre du réseau intelligent qui, grâce au Linky, induira une tendance à la baisse des pics de puissance.
Chacun peut faire son marché dans toutes ces tendances, le plus sage est de s'en tenir à une consommation à peu près constante, avec peut-être une baisse des pointes de puissance grâce à une meilleure gestion du réseau.
Les données essentielles seront donc la demande moyenne de puissance et ses fluctuations.
- Le second facteur sera la puissance installée en renouvelables éolien et solaire, et surtout l'énergie produite annuellement, la courbe de puissance disponible, et donc ses fluctuations dans le temps, en temps réel.
- Le troisième facteur sera l'énergie et la puissance disponibles de la production hydraulique, ainsi que les constantes de temps des différentes sources et leur flexibilité.
( Centrales de lacs, éclusées, au fil de l'eau, hydroliennes, marémotrices, et STEP).
La compilation de ces données permettra de connaître le profil de puissance nécessaire pour "faire l'appoint", et donc adapter le parc de centrales thermiques à ce besoin.
Cette adaptation sera évidemment progressive, fonction du programme de retrait du nucléaire, du programme de développement des renouvelables "électriques", de la courbe d'évolution de la demande, et du contrôle du pic de consommation.
On peut s'attendre à un besoin de puissance d'électricité thermique autour de 20 à 30 GW voire bien davantage.
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Un autre intérêt des centrales CCGT est leur coût d’investissement modeste comparé aux autres moyens de production.
Ce coût est annoncé à 0,5 Millions euro par MW installé.
Sachant que le facteur de charge est d’environ 85%, ce qui représente une charge d’investissement de 0,6 Millions euro par MW produit.
Dans le cas de l’éolien offshore, la charge d’investissement est de l’ordre de 14 Millions euro par MW produit.
( Investissement 5 M euros/MW installé, et 35% de facteur de charge).
Evidemment dans un cas le vent est gratuit, dans l’autre il faut acheter ou fabriquer le gaz.
Il faudrait donc ajouter au coût d’une centrale CCGT le coût d’investissement des installations de production de gaz, et/ou le prix du gaz lui-même s’il est acheté.
L’écart resterait quand même largement en faveur des centrales thermiques.
C’est un point qui ne manquera pas d’intéresser les investisseurs le moment venu.
D’autant plus que la filière Biogaz est à l’abri des conflits d’usages du territoire et ne porte aucun préjudice à l’environnement ou à la biodiversité.
Le problème est :
Quelles sont nos capacités de production de Biogaz, par rapport à notre consommation actuelle de gaz naturel ?
Et question subsidiaire:
Quelles sont nos capacités à réduire significativement notre consommation de gaz ?
Mais, comme dirait l’autre, ceci est une autre histoire…