Le blog de doc zaius

8 Avril 2011

L’idée d’intégrer des panneaux photovoltaïques dans la toiture d’une maison est un cauchemar d’ingénieur.

Les inconvénients sont si majeurs et évidents, que seul un shaddock pouvait avoir eu une telle initiative.

Face à un tel projet, le premier bureau de design venu peut avancer les objections suivantes:

- Vos panneaux vont être victimes de surchauffe.

En effet, la puissance reçue par l’installation atteint 1 KW/m2, ce qui fait environ 20 KW pour une installation moyenne.

La puissance électrique récupérés dépasse rarement 100 W/m2, et la puissance réfléchie, à peu près autant. Il reste donc 800 W/m2 de chaleur à évacuer, soit 16 KW au total.

Les panneaux intégrés au toit ne dissipent que par une seule face, c’est-à-dire très mal. La température de jonction va donc augmenter considérablement et flirter avec ( ou dépasser)  la valeur maximale préconisée par le fabricant.

La probabilité de panne va donc augmenter significativement et la durée de vie sera inévitablement réduite.

Conclusion du bureau d’études: Monsieur, je ne peux pas garantir les performances constructeur, il faudra prévoir un avenant au contrat.

- Votre installation aura un rendement déplorable.

En effet, les caractéristiques du fabricant de panneaux précisent que le coefficient de température de rendement  est de -0,4%/°C au-dessus de 20°C. Comme la température de fonctionnement de jonction va augmenter de 70 °C du fait du mauvais refroidissement, votre rendement  sera de 10% au lieu de 13% prévus.

Conclusion du bureau d’études: idem, voir ci-dessus.

- Votre toiture perdra son étanchéité.

En effet l’étanchéité d’une toiture est garantie par la continuité du matériel de recouvrement, tuiles ou ardoises. L’interruption de cette continuité crée une voie de pénétration des eaux de pluie. Il sera nécessaire de procéder à un réaménagement de la charpente et à la pose d’un dispositif permettant de retrouver l’étanchéité initiale tout en conservant l’isolation thermique de la toiture. Ces travaux devront être pris en charge par une entreprise spécialisée du bâtiment, qui fera un devis séparé.

Lesquels travaux ( techniquement justifiés) peuvent se voir refuser l’éligibilité au bénéfice du crédit d’impôt puisque la loi prévoit que l’étanchéité doit être assurée par les panneaux eux-mêmes et non par tout autre dispositif.

A cause de ces inconvénients, l’intégration au bâti devrait être réservée à des cas exceptionnels. La généralisation du procédé ne se justifie pas car elle est techniquement contre productive et peu fiable.

Quant à son emploi dans le simple but d’obtenir un meilleur tarif d’achat, il est tout à fait en dehors de la démarche énergétique ou écologique, il relève d’un choix de placement financier. Dans cette optique, il est préférable de placer son argent dans une assurance vie plutôt que de faire des trous dans son toit….

7 Avril 2011

Les bonnes gens s’imaginent candidement qu’il y aura un débat sur le nucléaire.

Et bien sûr que ce débat sera placé sous le signe de la transparence.

Pour se faire une idée de ce que ce mot signifie pour les autorités, il suffit de se rendre sur Google Earth.

Le Sud de la France est parfaitement net, comme l’était le reste du pays jusqu’à présent.

Mais, par un hasard extraordinaire, les endroits intéressants sont floutés.

la centrale du Blayais est invisible. Inutile également de chercher à voir Flamanville ou Fessenheim, qui étaient visibles les jours précédents.

Dépêchons-nous car Tricastin est encore visible, pour ceux qui veulent voit à quoi ressemble une centrale.

Voilà donc le genre de transparence à laquelle, bonnes gens, vous devez vous attendre…..

6 Avril 2011

La catastrophe en cours au Japon, mais aussi quelques «incidents» survenus dans d’autres centrales, notamment celle du Blayais, ont montré que l’un de principaux points faibles des installations est le refroidissement des réacteurs, particulièrement ceux qui sont dépourvus de tours de réfrigération et puisent leur eau directement dans la mer ou un cours d’eau.

Petit exemple: La centrale de Bugey.

Cette centrale est installée sur la rive droite du Rhône, et comporte quatre réacteurs de 900 MWe ( MW électriques ).

Les réacteurs 2 et 3 sont refroidis directement par l’eau puisée dans le fleuve. Les réacteurs 4 et 5 sont équipés de tours de réfrigération, et ne puisent donc dans le fleuve que l’eau nécessaire à la compensation des pertes de vapeur d’eau des tours.

Le rendement des réacteurs est d’environ 35%.

Donc pour obtenir 900 MWe, il faut dissiper  1 671 MW thermiques.

Soit 3342 MW thermiques pour les deux réacteurs 2 et 3.

Par arrêté Préfectoral, la centrale est autorisée à dissiper cette puissance dans le fleuve, à condition que le réchauffement de l’eau ne dépasse pas 7,5 °C ( un peu moins en été).

Le manuel du petit thermicien nous apprend que la capacité thermique massique ( chaleur spécifique) de l’eau liquide est 4 186 J/Kg/°K.

Un simple règle de trois montre que le débit de l’eau de refroidissement doit être de 106 m3/seconde !

Exactement le débit moyen de la Marne, ou la moitié du débit moyen de la Seine à Maison Alfort !!

La valeur réelle indiquée dans les relevés du Bugey est 86 m3/s en moyenne, les réacteurs ne fonctionnent pas toujours à la puissance max.

Avec un débit aussi extraordinaire, on imagine aisément les difficultés à surmonter et la puissance des pompes nécessaires.

Pour pomper cette eau et la forcer dans le circuit de refroidissement, la puissance nécessaire dépend en premier lieu de la hauteur.

Pour une dénivelée de 10 m, il faut au moins 10 MW !!!

On comprend mieux pourquoi les équipements à refroidir sont la plupart du temps en dessous du niveau moyen de l’eau du fleuve.

Dans une telle installation il y aura donc une grande vulnérabilité aux risques d’inondations. Si des précautions extrêmes ne sont pas prises pour faire barrage à l’eau, les circuits de commande des pompes seront noyés immédiatement et le refroidissement arrêté.

Si, par-dessus le marché, le réacteur ne peut pas être arrêté, c’est près de 3000 MW qui se dissipent dans l’enceinte de confinement qui contient la cuve et les générateurs de vapeur.

Les conséquences sont celles que l’on peut voir à Fukushima.

Ces installations comportent une autre vulnérabilité, qui est l’alimentation en énergie électrique. En effet, la formidable puissance des pompes nécessite une alimentation par une ligne spéciale à haute tension.

Une défaillance de cette ligne, ou de la station de commutation, entraîne l’arrêt des pompes principales.

Si le réacteur peut être arrêté, les pompes de secours peuvent suffirent à refroidir le réacteur arrêté ( ces réacteurs, même arrêtés, continuent à chauffer ) , grâce à des groupes électrogènes.

Ce fut le cas à la centrale du Blayais, où les groupes électrogènes ont dû fonctionner trois heures de suite pour relayer la ligne Haute tension défaillante….On imagine les conséquences si ces groupes n’avaient pas fonctionné…

Revenons au Bugey.

Les deux autres réacteurs, 3 et 5, sont refroidis par des tours réfrigérantes. Ils ne puisent dans le Rhône QUE  4 m3/s, soit la quantité nécessaire pour compenser la perte de vapeur d’eau qui s’échappe en haut des tours.

Le problème du pompage est donc très différent, on peut envisager de placer les installation à une plus grande hauteur, à l’abri des inondations.

On peut également choisir un site qui ne soit pas nécessairement au bord de la mer ou d’un fleuve important.

Le système des tours réfrigérantes paraît donc LA solution contre beaucoup d’ennuis.

Mais il y a deux inconvénients:

C’est notablement plus cher…

C’est trop visible dans le paysage….

Il faut donc faire des choix. Décider quel prix on est prêts à payer pour la sécurité, et quelles atteinte esthétiques à l’environnement sont acceptables.

30 Mars 2011

Le problème de l’énergie s’est invité au centre des débats, et il ramène au rang d’amusements de sous-préfectures les traditionnelles querelles autour de la laïcité, de la sécurité, et même de l’école.

C’est que nos concitoyens commencent à réaliser qu’il y a le feu au lac, et que leur train train quotidien pourrait bien être bouleversé dès lors qu’il y a du mou dans la filière énergétique.

Pour le français moyen, jusqu’à présent l’énergie c’était un truc abstrait ne concernant que quelques grands acteurs comme EDF, GDF, TOTAL, AREVA, lesquels faisaient leur affaire des aléas des marchés et des négociations avec les émirs du Moyen-Orient ou d’ailleurs, et mettaient à notre disposition une profusion de gaz, de pétrole et d’électricité pour un coût somme toute raisonnable. Le citoyen ne s’est jamais demandé d’où provenait l’essence qui coulait de la pompe, ou l’électricité qui arrivait à son compteur, ni ci cela pouvait avoir une fin.

Et puis, voilà que des hordes protestataires se sont manifestées sous des bannières écologiques, exigeant qu’il soit mis bon ordre à ce laissez aller énergétique, source de graves perturbations de l’environnement.

Leurs injonctions consistaient essentiellement en l’abandon des énergies fossiles carbonées et du nucléaire. Le plus vite possible.

Leurs arguments étant cohérents, il a été considéré que leur requête méritait d’être prise en compte. Aussi, une grande activité a-t-elle été déployée pour développer des solutions énergétiques propres et renouvelables, à même de remplacer les anciens produits puants et toxiques justement mis en cause.

C’est ainsi qu’il fut fait appel à l’énergie solaire et au vent, peu suspects de générer des troubles environnementaux, et surtout disponibles gratuitement, donc sans la nécessité de flatter quelque émir pour avoir accès au pactole. On alla même jusqu’à s’occuper du CO2 abusif pour le réinjecter dans les profondeurs.

De très belles réalisations éoliennes et solaires thermiques et photovoltaïques furent mises à la disposition du marché. Des industriels s’intéressèrent à la chose, des systèmes furent proposés aux éventuels clients.

C’est alors que nous vîmes surgir d’autres hordes ( peut-être les mêmes), tout aussi protestataires que les premières, bien qu’avec des revendications différentes. L’essentiel de leurs exigences est cette fois l’interdiction des éoliennes et des fermes photovoltaïques, avec des arguments tout aussi péremptoires. Et en surplus, abandon de la séquestration du carbone.

Notre citoyen observe avec effarement cette montée aux créneaux des contre tout, conscient que cette fronde tous azimuts, si elle est suivie d’effets, risque d’avoir pour principal effet un tarissement de ses sources habituelles d’approvisionnement.

En effet, sans être un expert de la chose énergétique, il comprend tout de même que si l’on supprime à la fois le pétrole, le gaz, le nucléaire, l’éolien, et le solaire, il va se passer quelque chose, surtout que personne, parmi les contestataires les plus acharnés, n’est en mesure de lui expliquer par quoi on allait remplacer tout çà.

Un sourde inquiétude monte donc au sein des masse consommatrices de produits éclairants, chauffants, fumants et pétaradants, les lendemains ne sont plus radieux, une menace pèse sur notre société d’abondance.

Nos hommes politiques ne sont pas indifférents à ce tumulte, surtout pour des raisons électoralistes, faut-il le souligner.

Les analystes patentés, comme le citoyen éclairé, savent bien sûr qu’il est impensable de couper le robinet énergétique sans provoquer un effondrement de la société. Personne ne prendra le risque de créer une pénurie pour réduire nos appétits. Le recours aux énergies de remplacement propres et durables est une démarches qui reçoit l’assentiment général.

Mais, parmi ces énergies, les seules qui sont acceptées par les poly contestataires sont l’hydraulique et la géothermie, bien incapables à elles seules de satisfaire les besoins.

Le solaire et l’éolien, portés aux nues dans les débats d’idées, sont vilipendés sur le terrain, accusés de porter atteinte à l’environnement, consommer de l’espace, être peu rentables, et autres joyeusetés.

La stratégie des décideurs politiques est donc toute tracée: Ne changeons rien aux habitudes, attendons que les poly contestataires se soient mis d’accord sur un programme énergétique cohérent, avant de démolir un système qui a le mérite d’exister. Il est urgent d’attendre…

C’est ainsi que EDF construit de nouvelles unités de production d’électricité thermique à flamme, et va probablement obtenir la prolongation des centrales nucléaires existantes, à part deux ou trois qui sont un peu limite. Il faudra bien lâcher un peu de lest….En souvenir de Fukushima.

Tout ceci est, bien entendu, pure fiction. La réalité sortira des urnes en 2012. Sera-t-elle différente ?

27 Mars 2011

Nos besoins énergétiques annuels sont aujourd’hui de l’ordre de 155 Mtep, ou encore 1 800 TWh .

Il serait évidemment souhaitable de réduire cet appétit, mais cela semble très difficile sans affecter la croissance, dont nous avons besoin.

Il faudra s’estimer heureux si le chiffre n’augmente pas trop d’ici 2020.

Le mix énergétique (consommation finale) est aujourd’hui (en 2009) composé de:

43% de pétrole, 

24% d’électricité,

20% de gaz naturel,

9% d’énergie renouvelables thermique.

4% de charbon.

(Source SOeS).

La consommation primaire a une physionomie différente, mais ce sont les besoins finaux qui nous intéressent ici.

On peut imaginer un mix énergétique différent en 2020-2030:

Le potentiel de croissance des énergies nouvelles est dans l’éolien et le solaire photovoltaïque et thermique . Il est donc logique de leur prévoir une large participation dans le mix, sous forme électrique, qui pourrait passer de 24 à 50%.

L’énergie renouvelable thermique pourrait passer de 9 à 25%, composée du Solaire thermique et de la géothermie.

Il resterait 25%  d’énergies fossiles, gaz et fuel dont les transports pourront difficilement se passer.

Sur la base de ces hypothèses ( évidemment purement théoriques) l’éolien et le photovoltaïque devraient fournir 900 Twh, c’est-à-dire la moitié des besoins.

C’est considérable, comme nous allons le voir.

Faute de données plus précises, on peut attribuer 50% à l’éolien et 50% au photovoltaïque.

LE PHOTOVOLTAIQUE / 450 TWh.

L’énergie solaire moyenne  reçue par une surface orientée au Sud et inclinée d’un angle égal à la latitude est d’environ 1 500 KWh/m2/an.

(1 200 à 1 760 KWh/m2/an selon l’emplacement géographique, et pour une surface orientée au Sud et inclinée d’un ange égal à la latitude).

Source: ADEME

Les panneaux PV actuels ont de très mauvais rendements. Il faut envisager l’utilisation de panneaux de nouvelle génération avec des rendements sur le site de 30% (Technologie multi jonctions et cellules à concentration).

L’énergie électrique recueillie en moyenne annuelle serait alors de

500 KWh/m2/an.

Pour avoir un potentiel de 450 TWh/an, il faudrait donc une surface de

900 km2.

Cette production pourrait être partagée entre d’une part des fermes photovoltaïques ( 60%) et d’autre part des installations en toitures ( 40%) en Résidentiel/ Tertiaire.

Fermes photovoltaïques: 540 km2, soit une ferme de 1,8 hectare par commune.

Toitures: 360 km2, soit 14 millions de toitures portant 25 m2 de panneaux.

Ces chiffres sont énormes, mais pas absurdes, dès lors qu’il s’agit d’assurer la survie énergétique.

N’oublions pas qu’une telle opération devra s’accompagner de dispositions très incitatives, par exemple établissement d’un quota d’énergie publique par logement, le reste devant être obtenu par une installation domestique, ou collective.

Notons également qu’un tel système ne peut raisonnablement fonctionner que s’il existe des dispositifs de stockage de l’électricité pour amortir le caractère aléatoire des fournitures.

L’EOLIEN:450 TWh.

Une éolienne offshore de 5 MW fournit en moyenne annuelle 15 GWh.

Beaucoup moins en version terrestre, environ la moitié.

Pour fournir un potentiel de 450 TWh/an, il faut de l’ordre de 30 à 40 000 éoliennes.

Là encore le chiffre est très important, mais les allemands en sont déjà à 20 000.

On voit qu’un tel plan est techniquement réalisable, même si une telle débauche de technologie envahissante peut heurter les esprits aujourd’hui.

Mais l’abandon du nucléaire est à ce prix, l’opinion doit savoir quelles sont les conséquences de ses choix.

LE THERMIQUE.

La croissance dans le thermique pourrait se faire grâce à des centrales solaires, dont le principe est connu depuis longtemps.

D’autre part, l’adoption de panneaux solaires hybrides permettrait de doubler la production des installations en ajoutant l’eau chaude à l’électricité.

La technologie permet donc le basculement vers un mix énergétique constitué à 75% d’énergies renouvelables décarbonées , mais au prix d’un envahissement significatif du territoire, que l’opinion n’est pas prête à accepter aujourd’hui.

Un long travail de pédagogie sera nécessaire pour obtenir un changement des mentalités.

Aujourd’hui on refuse dix éoliennes au large de nos côtes.

demain il faudra en accepter mille. Rendez-vous en 2020....