En ces temps de dénigrement électoralistes des ressources électronucléaires où l’on voit d’anciens chevaux-légers de la droite chiraquienne, candidats virés au vert, surfant sur la vague d’émotion issue des calamités japonaises, il est peut-être opportun de rappeler les contraintes physiques qui pèsent sur la conversion d’une ressource énergétique intermittente en une ressource de base mobilisable 24 heures sur vingt quatre. Bien entendu ce genre de considération n’intéresse quasiment personne puisque les concepts d’éolien et de solaire qui rappellent les vacances en planche à voile constituent à eux seuls un argument pertinent. Remplacer ce truc qui irradie et qui explose (vu à la télé) remplacé par la plage…le pied!
Et pourtant! Toute ressource énergétique présentant un taux de charge (C = ratio entre le nombre d’heures opérationnelles pondérées à 100% de la puissance nominale sur les 8760 heures annuelles) inférieur à un, doit être dimensionnée en conséquence pour assurer un service continu. Prenons l’exemple plutôt favorable de l’éolien offshore en Mer du Nord. Il est vendu pour assurer l’équivalent de pleine charge 3500 heures par an ce qui conduit à un taux de charge moyen annuel de 3500/8760= 40% (remarque: l’éolien français présente un taux de charge moyen de 22% publie RTE). Tout élève de classe préparatoire aux Grandes Écoles (ancien niveau des classes du Certificat d’Études et du terrible problème des baignoires qui se remplissent et se vident à la fois) vous apprendra que pour convertir cette énergie intermittente en ressource continue il sera nécessaire d’installer au moins une puissance de génération Pi qui sera 1/0,4=2,5 fois supérieure à la puissance P continue désirée.
Entre la génération et l’utilisation il sera nécessaire d’installer un moyen de stockage en tampon (voila la baignoire) qui stockera l’énergie intermittente non utilisée pour la restituer durant les périodes sans vent ou sans soleil. Bien sûr cette opération stockage-génération présente un rendement électrique global R inférieur à un.
En écrivant que l’énergie stockée annuellement qui est proportionnelle à (Pi-P) x C doit être au moins égale à celle délivrée corrigée du rendement de stockage-génération qui est proportionnelle à P/R x (1-C) on peut établir que la puissance à installer Pi doit être au moins égale ou mieux supérieure au résultat donné par la relation:
Pi > P + P (1-C)/RC
Alors pour poursuivre notre exemple on va supposer qu’avec l’énergie éolienne on va produire par électrolyse de l’hydrogène avec une tension d’électrolyse industrielle de 2,5V et que cet hydrogène stocké et comprimé sera utilisé dans une batterie de Piles à Combustible en remplacement des éoliennes défaillantes avec une tension de cellule de 0,9V. On voit que le rendement électrique global du cycle production d’hydrogène, compression, génération sera inférieur à 0,9/2,5= 36% que nous allons choisir forfaitairement à 33% (les deux tiers de l’énergie générée par les éoliennes sont transformés en chaleur dans l’électrolyse et dans la PAC). Le calcul réalisé avec C=0,4 et R=0,33 montre qu’il faudra au moins installer une puissance éolienne 5,5 fois supérieure à la puissance continue désirée et en parallèle d’une unité de stockage génération de puissance nominale.
Remarques: certains comme le Fraunhofer proposent une étape supplémentaire de synthèse de méthane avec l’hydrogène et du CO2 (FIGI). Ce méthane est donc stockable, compatible avec le biogaz allemand et utilisable dans des centrales thermiques à cycle combiné. Avec cette étape chimique supplémentaire le rendement électrique global aurait du mal à excéder les 33%.
Bien sûr dans ce calcul simple il n’y a aucun stock de sécurité pour assurer la jointure en cas d’absence de vent prolongée.
A tout individu clamant haut et fort qu’il faut sortir du nucléaire, posez lui une seule question simple: Comment? S’il vous répond vent ou soleil demandez-lui de vous faire un devis.
Je vous rappelle pour vos calculs que le nucléaire français a généré en 2010 une énergie électrique de 415 TWh (sur un total de 551 TWh produits), ce qui fait une puissance moyenne à remplacer de 415/365/24 = 47 GW avec des pointes d’énergie en hiver pouvant atteindre sur un mois les 44 TWh soit une puissance moyenne de 44/31/24= 59GW.
Le 25 Avril 2011
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