A propos de l'intermittence des énergies renouvelables
Cette notion importante abordée dans la dernière version du livre sur
l’énergie « La Solar Water Economy » a été évoquée récemment par Emmanuel
Macron lors d’une interview à la télévision. Ceci dans le contexte du réchauffement
climatique. Cette notion doit être abordée calmement sans se cacher
la réalité des chiffres en regardant les choses en face. Cela en tenant
compte de la dangerosité du ‘’produire plus’’ et en observant ce qui se passe
dans Paris notre grande métropole. Sa densité urbaine étant selon l'INSEE de 20
000 habitants par kilomètre carré, chaque parisien ne dispose que de 50 m2
au sol. Lorsque l'on sait qu’un mètre carré de panneau solaire voltaïque fourni
annuellement 100 kWh électrique compte tenu de l'ensoleillement en région
parisienne, 50 m2 en fournissent 5000. Cela donne l’échelle. Il n’est bien
évidemment pas question de recouvrir tout Paris d’un gigantesque toit voltaïque.
Il va toutefois falloir se faire à l’idée que l’on ne pouvant se faire, il va
bien falloir annexer un morceau de Beauce en indemnisant intelligemment nos
agriculteurs. Vu la surface occupée par les rues et les terrains communaux il
ne resterait pas grand-chose pour chacun d’entre nous s’il n’y avait le fait
qu'avec l'empilage des logements chaque parisien disposerait sensiblement
de 30 m2 habitables sauf avis contraire de l'INSEE.
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Figure 1 Les déperditions dans le bâtiment tertiaire et résidentiel confondus
incluant l’eau chaude sanitaire représentent en France environ 42 % de
l’énergie primaire consommée, ce chiffre s’expliquant principalement par les
déperditions du bâtiment existant. On ne pourra pas changer significativement
ce pourcentage mais en faisant un petit effort sur l'isolation, il semble
raisonnable de dire que l'on doit pouvoir obtenir une déperdition moyenne
dans l'existant n’excédant pas 200 kWh thermique par m² habitable. (Elle
serait actuellement sensiblement égale à 240. |
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Cela correspond à une déperdition 4 fois supérieure à celle imposée dans le
neuf par la réglementation RT2012, soit dans le cas présent un
besoin thermique par parisien de 6000 kWh. Avec un COP de 6 assez facile à
obtenir avec un chauffage urbain thermodynamique prélevant son énergie
thermique renouvelable à la fois dans l'eau géothermal et dans l'eau superficielle
comme cela est décrit dans la "Solar
Water Economy", il ne faut plus que 1000 kWh électrique pour assurer
le chauffage de son logement au lieu de 6 000 comme cela est le cas avec
les radiateurs électriques. Il en reste donc maintenant 5000 kWh qui sont disponibles
par rapport à la situation antérieure. Il serait donc possible ainsi et grâce
au soleil de satisfaire le besoin énergétique sans démolir Paris vu qu’il n’est
pas recevable d’espérer généraliser l’isolation des immeubles parisiens par
l’extérieur.
La figure 2 ci-dessous compare quelle serait dans le cadre d’une telle
évolution de nos chaînes énergétiques la consommation d’énergie non
renouvelable actuelle avec ce qu’elle serait après modification. Ceci compte
tenu d’une répartition française combustion/effet joule qui devrait être proche
de 60% pour la combustion et de 40% pour l’effet joule*. En établissant le
pourcentage effet-joule combustion l’INSEE nous aiderait à mieux comprendre le
paysage énergétique français.
* Cette
répartition ne devrait en effet pas être trop éloignée de 60/40 vu que le
chauffage électrique par effet joule a connu en France une forte progression
entre les années 1990 et 2010 à tel point qu'en 2009, ce mode de chauffage
représentait 80% des systèmes de chauffage installés dans les logements neufs.
On estime que les résidences principales de plus de 8 millions de ménages sont
équipées de ce type de chauffage en France. La consommation voisine de 43,6 TWh
de ces logements correspondant à une consommation de 2650 kWh par habitant à
raison de 2,06 habitants par ménage. L'estimation évaluant cette consommation
par habitant à 3400 kWh (Voir la figure 7 de la Solar
Water Economy) peut se justifier par le fait que les
constructeurs ont été contraint d'améliorer l'isolation des bâtiments pour
compenser les piètres performances du chauffage électrique par effet joule.
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La figure 2 ci-dessus faite avec un COP de 5 permet de
comprendre l’intérêt de changer nos chaines énergétiques actuelles pour le
poste le plus énergivore du ménage : celui du chauffage du logement. Elle
montre que la consommation en énergie finale de 100 (à gauche de la flèche)
avec les chaines actuelles est notablement plus faible après conversion vers
la chaufferie hybride telle qu’elle est décrite dans le livre sur « La
Solar Water Economy »: -
au lieu d’être de 40 pour l’électricité celle-ci n’est plus que de 9+6 = 14
après conversion de l’effet joule vers la PAC à compresseur échangeant sur
l’eau soit 2,66 fois plus faible, -
au lieu d’être de 60 pour la combustion du gaz naturel celle-ci n’est plus
que de 15+10 = 25 après conversion soit sensiblement 2,4 fois plus faible On observe que la loi de
conservation de l’énergie est bien respectée dans mesure où la comparaison
étant faite sans modifier l’isolation des bâtiments on retrouve bien que les
déperditions thermiques dans ceux-ci sont les mêmes à gauche et à
droite de la flèche -
à gauche une déperdition égale à la quantité d’énergie finale 60 (gaz)+ 40
(électricité) = 100 -
droite et après
conversion : 15 + 10 = 25 pour le
gaz, 9 + 6 = 15 pour l’électricité majoré de l’énergie renouvelable prélevée
dans l’eau 36 + 24 = 60 soit une déperdition totale de 25 + 15 + 60 = 100 |
On observe qu’avec la chaufferie hybride ce n’est donc pas 6 fois moins
d’électricité mais ‘’seulement’’ 2,66 fois moins. Vu l’inertie actuelle il est
malgré tout probable que l’on passera par cette étape intermédiaire. Ceci
d’autant qu’au plus froid de l’hiver la chaufferie hybride évite de surcharger le réseau électrique.
L’étape hybride qui permettrait tout de même avec 25m² de panneaux solaire
voltaïque par parisien délivrant sensiblement 2500 kWh annuellement de disposer
d’un excédent électrique important correspondant sensiblement à 1600 kWh. Vu
qu’une année c'est 365 jours c’est près de 5 kWh d'énergie électrique qui sont
disponibles journellement pour recharger les batteries des voitures électriques
elles aussi hybrides logées dans le sous-sol des immeubles. Une énergie qui
peut facilement être stockée par une batterie de voiture hybride pendant sa
période d'inutilisation qui, on le sait, est proche de 90 % du temps total. Ceci
permettrait de satisfaire l'intermittence jour-nuit de la production solaire
voltaïque. Une intermittence jour-nuit du solaire voltaïque qui sera d'ailleurs
bien aidée par la constante de temps thermique élevée des immeubles. On
sait maintenant en effet que la constante de temps thermique d’un immeuble
en pierre ou en béton comme celui du "cas pratique" est supérieure à
2 jours alors que l’intermittence du panneau solaire voltaïque est limitée à
12h. Ceci aussi avec le fait que le besoin électrique en hiver diminue lors du
cycle de nuit sans incidence pour le confort en raison de cette constante de
temps thermique. De plus il est
possible en raison de la chaleur spécifique élevée de l’eau de stocker
l’énergie thermique nécessaire au besoin journalier en eau chaude sanitaire
pendant la nuit. Ceci moyennant l’utilisation d’un ballon tampon bien isolé en
consommant l’énergie électrique la nuit lorsqu’elle est abondante.
On observe à l’occasion de
cette étude que grâce aux excellentes performances de la « Solar Water Economy de l’enthalpie » il sera possible de réduire
significativement la quantité d’énergie électrique pour assurer le chauffage de
l’habitat de telle sorte qu’il sera
prochainement possible de satisfaire le besoin en énergie des villes sans faire
appel au nucléaire. Ceci en minimisant le recours aux éoliennes et à l’hydroélectricité. Voire même en diminuant le recours aux dispositifs tels
que la STEP de Grand’Maison construite depuis
de nombreuses années. Il faut toutefois reconnaître que cette STEP, avec ses
130 millions de mètres cubes d'eau disponibles à 1 000 mètres au-dessus de nos
têtes, c'est une énergie électrique disponible à la demande voisine de 300
millions de kWh. Et ceci en ayant la possibilité de fournir une puissance
équivalente à celle d'une centrale nucléaire pendant une petite semaine. Etant
donné que nous sommes 65 millions d'habitants en France c'est une énergie
sensiblement égale à 5 kWh qui peut être restituée journellement à chacun
d'entre nous par cette STEP. Comme on le voit il faudra peut-être construire
d'autres STEP mais force est de constater que le problème posé par
l'intermittence des énergies renouvelables naturelles pourrait bien être est un
faux problème particulièrement si l’on inclut l’aide des éoliennes et celle de
la « Solar Water Economy de l’hydrogène ». L’intermittence des
énergies renouvelable on le voit est loin d’être un problème insurmontable.
Pour la partie électrique le porte-parole du CSLT n'est pas électricien
mais il lui semble là aussi que l'autoconsommation et le stockage de l'énergie
électrique devrait résoudre beaucoup de problèmes. Le raisonnement va peut-être
paraître simpliste pour certains mais il s'est demandé afin de favoriser
l’autoconsommation si le compteur Linky
était capable de compter l'énergie électrique dans les deux sens. A savoir
l’énergie électrique qui rentre lorsque la capacité de production des panneaux
solaires est inférieure au besoin et celle qui sort dans le cas contraire. Vu
la volonté actuelle de nombreuses sociétés de concevoir des systèmes en
autonomie énergétique, il me semble qu’il y a là un marché porteur vu que
l’absence de concurrence est une niche pour celui qui entreprends. Une société compétente et expérimentée
devrait être capable en utilisant un langage assurément moins rapide que le
langage C++ devrait être capable de mettre en place dans un langage assurément
moins rapide que le langage C++ les algorithmes de
contrôle gérant le comportement des organes de puissance dans le temps d’un tel
système. Une société comme OILGEAR qui a été capable de gérer ce type de
programme pour les presses à forger a prouvé qu’elle a la maitrise des
dispositifs de contrôle type PLC pouvant assurer la
mise en œuvre de tels ensembles. Quoi qu'il en soit, une société comme OILGEAR
sait ce qu'il faut faire pour minimiser autant que faire se peut la
puissance d'entraînement des compresseurs. De plus :
- Elle maîtrise parfaitement la technologie des systèmes
électrohydrauliques en boucle fermée
- Son expérience du débit variable dans les systèmes de contrôle adaptés au
forgeage avec circuit hydraulique en dérivation peut être utilisée pour
contrôler avec précision le débit et donc la puissance du système
thermodynamique. (Voir les valves 3 voies et les compresseurs repère 8
constituants les composants
d’une pompe à chaleur à compresseur)
- Elle a l’expérience dans la conception de valves hydrauliques
complexes associées au respect de la fonction que l’on attend d’elles dans le
contexte d’un système.
- Elle honore les performances promises dans le contexte d’un contrat de performances
ce qui est important pour que le montage financier respecte le retour sur
investissement attendu du Maître d’ouvrage.
- Elle a aussi prouvé que l'on peut produire plus en consommant moins
d'énergie dans le domaine industriel des presses à forger et à filer.
L‘autoconsommation
Est-il encore besoin de revenir sur le
fait que l'eau et l'électricité sont complémentaires. De revenir sur le fait
qu'en refroidissant l'eau on peut chauffer l'habitat de l'Homme et inversement
le climatiser en la réchauffant. La loi de conservation de l'énergie nous a
appris en complément que grâce au chauffage thermodynamique l'énergie
électrique consommée pour chauffer cet habitat est franchement plus faible
que l'énergie thermique reçue. Bien que cet aspect n'ait pas été évoqué
dans la Solar Water Economy, cette
loi nous permet aussi de dire que l'énergie électrique consommée pour le
climatiser est faible comparativement à l'énergie thermique émise pour le
refroidir.
On va maintenant aborder le fait qu’il
va devenir plus facile et plus économique de consommer sa propre électricité.
Ceci en utilisant l’électricité que l’on produit soi-même avec ses panneaux
solaires voltaïques. Cette pratique, baptisée autoconsommation, est encore
marginale en France. Elle consiste pour un particulier ou une entreprise à
couvrir une partie de sa consommation électrique par des panneaux solaires
voire des éoliennes directement raccordées à ses équipements électriques et
installés chez lui. Ce mode de consommation étroitement associé à l’intermittence
des énergies renouvelable et au stockage de l’énergie est largement répandu
chez plusieurs de nos voisins européens et reste peu développée dans notre
pays. Cette pratique consiste actuellement pour un particulier à autoconsommer
localement son électricité en vendant éventuellement à EDF l'excédent de
production. Par manque de règles claires de la part de l'exécutif les particuliers et
les entreprises n'ont reçu de soutien réel de l'état que très récemment ce qui
ne les a pas vraiment incités jusqu’à présent à se lancer dans cette voie. Ceci
ayant pour effet de freiner le développement des énergies renouvelables. L'intérêt économique d'une telle solution
qui permettrait de réduire la part du nucléaire est pourtant là mais le
scepticisme de l‘individu à l’égard de tout ce qui est nouveau freine l’action.
Ceci alors que la baisse du coût des panneaux solaires et l’amélioration de
leur performance devraient pourtant encourager cette orientation.
L’association Enerplan représentant les industriels
annonce que seulement 15.000 foyers français
pratiqueraient l’autoconsommation complète du courant issu des panneaux
solaires sans vendre d’électricité au réseau. Quant aux plus gros équipements
professionnels destinés aux collectivités, ils sont encore moins nombreux et
leur passage à l'acte résultait plus d’une « Conviction personnelle en
faveur du solaire » que d'une incitation de l'état. Cela dit les choses
pourraient changer. Une série d’incitations ont été lancées dernièrement par l’état afin de créer un climat incitant les gros producteurs d’énergie à favoriser l’autoconsommation. La publication de texte réglementaires
encadrant la pratique de l’autoconsommation commence à voir le jour pour les bâtiments
industriels et tertiaires avec subvention à la clé. Ceci malheureusement encore
une fois sans tenir compte du besoin pressant des logements d'habitation. Cela
est infiniment regrettable vu que l'autoconsommation solaire est aussi
intéressante lorsqu’elle se fait dans le logement collectif ou à l’échelle d’un
quartier. Il semblerait pourtant qu'EDF ne soit pas opposé à cette orientation
vers la production locale et l’autonomie. Ceci dans la mesure où cette société
commencerait à proposer les techniques d’autoconsommation auprès des
particuliers. (Voir Enercoop). La vice-présidente du groupe Engie pourtant orienté vers le
gaz a compris que le développement de l'électricité solaire et sa consommation
locale peut être à la fois rentable non seulement pour sa société, mais aussi
pour ses clients professionnels, les bailleurs et indirectement pour les habitants. Engie préparerait
une offre dans ce sens pour les ménages. Ce développement pourrait être
favorisé également par les progrès techniques réalisées avec les dispositifs de stockage par
batterie qui permet d'améliorer la quantité d’électricité autoconsommée. Ceci
d'autant que le prix des batteries décroit sensiblement au même rythme que les
panneaux solaires ce qui pourrait compenser le fait que la durée de vie des
batteries serait encore assez limitée (semble-t-il 4 à 6 ans ?). La
production décentralisée pourrait donc devenir un projet et réaliste et viable.
Ceci particulièrement si l’on tient compte du fait que toute production
décentralisée a plus de chances d’être consommée sur place si le panel
local de consommateurs est plus large. L’autoconsommation suppose que la
production locale d'électricité auto-produite en excédent du besoin ou à
contrario venant du secteur dans le cas contraire soit comptabilisée par la
mise en place de compteurs électriques réversibles totalisant les
kWh sortants et rentrants. Dans
le cadre de la rénovation énergétique de l’habitat les néerlandais ont compris
l’intérêt résultant de l’implantation de panneaux solaires sur le toit les
habitations en constatant que la production annuelle équilibre en valeur
moyenne la consommation. Il faut dire que
ces pays sont très en avance sur nous concernant l'isolation des bâtiments et
sur les chaînes énergétiques utilisées pour les chauffer. Au travers des
différents paramètres associés à la rénovation thermique d’un immeuble en région
parisienne on se rend compte que l'autoconsommation n'est pas un leurre même
s'il est nécessaire que la production de l’énergie thermique soit associée non
seulement à l’eau chaude sanitaire mais aussi au chauffage. Ceci
particulièrement si l'on s'oriente vers une chaufferie hybride
combustion-chauffage thermodynamique associée à une isolation raisonnable
(immeubles sans balcons) qui diminue le besoin en électricité. On constate
toutefois que si l’habitat peut moyennant un sérieux effort au niveau des infrastructure
être en indépendance énergétique en valeur moyenne, il peut ne peut l’être
continuellement. Ceci même s’il y a un excédent d’autoproduction solaire en été
et en mi saison pendant des périodes prolongées compensant sensiblement le
manque hivernal pendant une période plus brève. Ceci sous-entend qu’un
mini-réseau local sera encore utile au plus froid de l'hiver. Même avec la
chaufferie hybride qui fonctionne pourtant en mode combustion au plus
froid de l'hiver il y a un manque pendant cette période. Le stockage de
l’énergie électrique excédentaire en été et sa restitution à la demande en
hiver serait bien utile en raison de l'alternance hiver-été du voltaïque. Il
ressort en effet que si les piles, voire le stockage par inertie mécanique sont
adaptés à l'alternance jour-nuit des renouvelables ces composants ne le sont
pas pour l'alternance été-hiver. Vu les niveaux de puissance et d'énergie
nécessaire en hiver et la difficulté de stocker de grosses quantités d’énergie
électrique il semble plutôt préférable de s’orienter vers la diminution du besoin global en énergie primaire résultant de l’amélioration des
performances de la génération thermique. Notre intérêt est d’associer intelligemment la combustion et
le chauffage thermodynamique pour diminuer le besoin en électricité.
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Figure 3 L’abaque
ci-contre montre la production d’électricité de panneaux voltaïques en
Allemagne. On remarque que la production électrique en période hivernale est
5 à 6 fois plus faible que celle en période estivale. |
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Pour venir au secours du voltaïque, et
satisfaire le besoin en énergie des villes en permanence l’hydroélectricité
assistée par l’éolien et les centrales classiques au gaz semble mieux à même de
lisser cette courbe que les STEP hydroélectriques. Ceci vu que la capacité de stockage de l’électricité de ces dernières est
plutôt hebdomadaire que mensuelle. Il y aurait bien aussi les piles
à combustible fabriquant de l’hydrogène sur le principe de la plateforme de recherche Myrte qui pourrait stocker l’énergie
sous sa forme hydrogène pour générer de l’électricité à la demande mais le cout
pour le contribuable de cette chaîne énergétique est telle qu’elle semble
malheureusement inenvisageable pour l’instant. Quoiqu’il en soit un débat
contradictoire pourrait bien conduire à reconnaître l’utilité de
l'autoconsommation non seulement pour la maison individuelle mais également
pour la copropriété. Mais Il faut se rendre à l’évidence, même après mise en
place de la « Solar Water Economy » le besoin en électricité restera
tel qu'il faudra aménager dans la périphérie des villes et sur les terrains
inondables des centrales solaire voltaïque voire même empiéter sur les terrains
agricoles non utilisés. Ceci en organisant une autoconsommation à l'échelle de
la région. Cette production locale par des centrales de production
voltaïques situées en périphérie de Paris devra à l’évidence prendre en
compte l'intermittence hiver-été du voltaïque renouvelables et les
importantes énergies mises en jeu. Et ceci même si le risque de surcharger le
réseau électrique au plus fort de l’hiver est nul avec la chaufferie hybride
par le fait que cette dernière est en mode combustion au plus fort de l’hiver.
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Figure 4 L’abaque ci-contre donne une vision de l’évolution du besoin moyen en
électricité d’un parisien au cours d’une année ainsi que de la production
d’une vingtaine de m² de panneaux solaires implantés en région parisienne. 1 chauffage-ECS* représenté avec un COP de 5, Pour justification, on peut se reporter aux
valeurs de consommation indiquées dans l’étude de la Solar Water
Economy. La production d’électricité voltaïque fortement influencée par les
saisons est en jaune. Parfois supérieure au besoin pendant la période
s’échelonnant du mois de mai au mois de septembre elle est inférieure à
celui-ci entre les mois de novembre et mars, la production étant sensiblement
égale au besoin les mois d’octobre et d’avril. L’autoconsommation (pourtour en trait rouge) représente sensiblement 70% du besoin. |
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*La question
peut se poser pour l'eau chaude sanitaire (ECS), de savoir s’il préférable de
prévoir un chauffe-eau avec des panneaux solaires thermique ou
une génération thermodynamique par PAC à compresseur. Les performances de
ces 2 chaînes énergétiques sont en effet comparables vu que qu’un panneau
solaire thermique a des performances sensiblement 5 fois supérieures à celles
du panneau solaire voltaïque alors qu’avec son COP de 5 une pompe à
chaleur aquathermique a des performances comparables. Pour des raisons
pratiques et en raison de la souplesse qu'apporte la
régulation électrique, l’évolution va
probablement se faire vers la PAC aquathermique à compresseur. C’est d’ailleurs
la solution qui a été retenue pour la chaufferie hybride évoquée dans ce livre
ainsi que dans la figure 2
ci-dessus.
** Moyennant un effort sur l’isolation à la
portée des immeubles existants difficiles à isoler après coup et l’usage d’une
chaufferie hybride GAZ-ENR, la puissance électrique maximum kWc d’origine
voltaïque du mois de juin peut être évaluée à environ 3 kW
Alors qu'il est totalement inenvisageable d'alimenter un chauffage
électrique du style effet joule en raison de la puissance élevée requise en
hiver, il est possible de le faire avec les pompes à chaleur à compresseur échangeant sur
l'eau. Ceci par le fait qu'avec ce type de PAC la puissance électrique requise
pour assurer cette fonction est 4 à 8 fois plus faible selon la température
requise à la source chaude. La puissance maximum nécessaire pour assurer le
chauffage en hiver devient alors pour un même besoin thermique à peine
supérieure à celle requise pour le besoin électroménager-éclairage ou à celle
utile au chargement des batteries de la voiture hybride. Ceci particulièrement
avec la chaufferie elle aussi hybride gaz électricité qui supprime la pointe de
puissance électrique pendant la période hivernale la plus froide. Cela selon
une technologie connue des chauffagistes en tant que PAC en relève de chaudière
à gaz. Avec ce type de chaîne énergétique la production photovoltaïque
excédentaire par rapport au besoin pendant la période estivale sera utilement
utilisée localement lorsque les piles à combustible seront capables de produire
l'hydrogène à un prix compétitif ce qui n'est pas semble-il encore le cas en
France. Entre les mois d’octobre et d’avril, l’intégralité de la production
d’électricité générée localement par le voltaïque peut être autoconsommée
localement mais la puissance disponible sur les panneaux solaires est
insuffisante pour assurer le besoin. Les technologies disponibles pour assurer
le complément manquant sont nombreuses. La production peut être assurée
relativement localement par l’éolien, la combustion des ordures ou par
l’hydrogène produite par les piles à combustibles. Ceci préférentiellement à la
production certes plus puissante mais plus éloignée des STEP et du
nucléaire. L'idéal serait de pouvoir stocker l’importante énergie électrique
excédentaire** pendant la période estivale
pour la récupérer en hiver. Le problème est que les capacités de restitution à
la demande des STEP comme celle de Grandmaison plutôt hebdomadaire que
mensuelle ne sont pas à l'échelle des énergies mises en jeu. Il y aurait bien les capacités qu'offrent les
piles à combustible et leur capacité à produire le combustible hydrogène,
le problème est dans l'état actuel des choses le prix prohibitif de cette
chaîne énergétique. L’abaque ci-dessus ne prenant pas en compte l’industrie et
l’agriculture cette production excédentaire pourrait être utilisée pour les
alimenter.
Les objectifs fixés par l'ONU
concernant la santé publique et les problèmes touchants nos écosystèmes ne
pourront être résolus qu’en abandonnant les chaînes énergétiques actuelles pour
produire l’électricité avec le nucléaire, nous chauffer et alimenter notre
voiture. La production décentralisée d’électricité solaire et la production
d'hydrogène aidée par la production électrique assurée par les éoliennes et
l’hydroélectricité pourrait jouer un rôle essentiel pour solutionner le
problème posé par l'intermittence des énergies renouvelables.
Ceci en :
- solutionnant le problème lié à l’épuisement progressif des énergies
fossiles
- aidant à respecter l’objectif de réduction
des émissions de gaz à effet de serre,
- offrant une perspective dans le délicat
équilibre à trouver en matière de choix énergétiques.
- participant à résoudre le problème de
l'intermittence été-hiver de l'énergie électrique solaire
- s'inscrivant dans l’abandon du nucléaire et
de la combustion des produits fossiles.
L'hydroélectricité et l'éolien confondus ne couvrant que
13% de la consommation totale d’électricité sur l'hexagone français il faudra
bien trouver une solution pour fournir le complément. Le soleil pourrait jouer
à ce sujet jouer un rôle essentiel. Mais il faut se rendre à l’évidence, compte
tenu des performances déplorables de nos chaînes énergétiques actuelles pour
nous chauffer et alimenter notre voiture les énergies électriques renouvelables
émanant du soleil avec le voltaïque et du vent avec les grosses éoliennes même
aidées par la combustion des ordures sont incapables de satisfaire notre besoin
en énergie pendant la période hivernale.
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Figure 5 et 6 Le
soleil et le vent en Europe |
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Ceci non seulement du fait de leur intermittence mais aussi pour des raisons
quantitatives. Jusqu’ici seules les technologies utilisées dans le nucléaire
par EDF étaient capables d’assurer cette fonction. Mais il faut maintenant se
rendre à l’évidence : la génération de l’énergie électrique nucléaire a
beau être maintenant parfaitement au point et les risques de contamination du
personnel travaillant sur les chantiers extrêmement faibles, il est clair que
le prix de revient du kWh électrique d'origine nucléaire est maintenant trop
élevé par rapport aux technologies concurrentes. Ceci en raison des
investissements énormes qui doivent être consentis au départ pour la mise en
place des centrales nucléaires nouvelle génération et le fait qu'il faut
ensuite :
- assurer impérativement leur sécurité
de marche
- stocker les déchets radioactifs qu'elles
génèrent
- financer leur entretien et leur démantèlement
en fin de vie
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La figure 7 ci-contre montre que l’autoconsommation (pourtour en trait rouge) représente
sensiblement 70% du besoin. Toutefois que même avec
la « Solar Water Economy de l’enthalpie
» l’autoconsommation de l’énergie solaire voltaïque n’est pas suffisante
pour satisfaire le besoin en énergie d'une ville comme Paris entre les mois
de novembre et février. Heureusement plusieurs solutions complémentaires
sont envisageables pour satisfaire le besoin en énergie pendant cette
période. -
L’implantation de
quelques centrales classiques basées sur la combustion du gaz naturel dans
des turbines comme celle toute neuve de 500 MW réalisée par General Electric
dans le nord de la France -
L’énergie délivrée par
les éoliennes qui fournissent une puissance électrique intermittente
malheureusement très dépendante* de la vitesse du vent. -
Les centrales de
combustion des ordures Les 3 méthodes ci-dessus
étant aidées par les capacités de stockage de l'énergie électrique à peine
hebdomadaires procurées par les STEP hydro-électriques malheureusement
souvent éloignées du lieu de consommation |
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*Très dépendante même puisque cette puissance est
proportionnelle dans la pratique au cube de la vitesse du vent. A ce sujet
le Syndicat des Energies Renouvelables (SER) ne pourrait-il afin d'y voir
un peu plus clair parler enfin en termes d'énergie fournie annuellement par
l'éolien plutôt que d'évaluer les capacités des parcs en puissance. Ceci pour
faciliter la comparaison de l'énergie produite par exemple par l'éolien
avec les autres modes de production de l'électricité. Un vent parfois trop
faible rend nécessaire la mise en place d’une notion de facteur de charge. Pour
comprendre prenons l'exemple du 3ème parc éolien français en termes
d'importance. Celui-ci serait de 75 MW installés. Il y a tout lieu de penser à
une notion de puissance nominale liée dans la pratique à la puissance maximum
qu'il est envisageable de produire avec ce parc éolien de telle sorte que l'on
soit parfaitement à l'abri de la casse. Si l'on en croit les prévisions de
production annuelle de ce parc de 183 000 MWh par an, la puissance moyenne
effective ne serait que de 20,9 MW. Cela pourrait alors signifier que
l’électricité produite en kWh par l'éolien en France peut être calculée à
partir d'un fonctionnement à pleine charge pendant seulement 2 440 heures
par an (sur 8 760 heures). Le facteur de charge attendu du parc éolien
français limité à environ 30% semble bien faible par rapport à des zones
ventées comme les zébrides. A noter toutefois qu’un
nouveau design de très grosse éolienne fabriqué par les américains aurait un
facteur de marche proche de 60%. Un exemplaire réalisé par General Electric en collaboration avec
Alsthom serait implanté prochainement en France.
Enfin il y aurait bien
cette méthode dite de la « Solar Water
Economy de l’hydrogène » consistant à stocker sur plusieurs mois l’énergie excédentaire
produite en été grâce au soleil. Ceci avec l’idée d’utiliser l’énergie
électrique solaire produite en excédent par rapport au besoin entre les mois de
mai et septembre afin de produire de l’hydrogène par électrolyse. Ceci de telle
sorte que cet hydrogène soit réutilisé l’hiver pour assure le complément
d’énergie nécessaire. (Voir la flèche de la figure 7) L’hydrogène peut en effet
être considéré comme un combustible ayant la capacité de produire de
l’électricité et de l’énergie thermique à la demande.
Ceci avec une chaîne énergétique utilisant l’hydrogène pour alimenter une
pile à combustible capable
de produire à la fois électricité et chaleur ou une turbine à gaz voire un moteur à combustion interne fonctionnant à hydrogène.
Ceci pour produire de l’électricité
avec un alternateur comme le fait une turbine hydraulique. La chaîne énergétique
serait du genre : Electricité
solaire estivale > stockage du type hydrogène comprimé > électricité
industrielle hivernale > chaleur principalement renouvelable. Le confort du citoyen en hiver serait alors
assuré grâce à la complémentarité
les deux "Solar Water
Economy" celle de « l'enthalpie » et celle de « l'hydrogène ». Vu la complexité de cette chaîne énergétique
et le coût de l’énergie rendue à l’utilisateur, l’idée selon laquelle cette génération pourrait satisfaire
des enjeux industriels importants par le fait que de nombreuses centrales
classiques arrivent en fin de vie est une utopie. La mise en place de la chaîne
énergétique consistant à produire de l'hydrogène à partir du solaire n’est d’ailleurs pas
véritablement d’actualité en France. La France avec la pile à combustible de
Michelin en produisant plus de 4 millions de kWh d'électricité en 24 000 heures
de fonctionnement ouvre cependant la voie. L'Allemagne a elle aussi perçu l'importance du marché
associé à la production d’hydrogène gazeux pour assurer le chauffage de
l'habitat. Nos voisins allemands sont
maintenant capables de transmettre et de produire à la demande des puissances
voisines de 1000 kW (un MW) en utilisant l’hydrogène. A noter aussi que la
société Engie semble être au cœur des évolutions qui se dessinent actuellement
dans ce domaine
L’aspect
financier
La fiscalité allemande semble mettre en
évidence que l’autoconsommation couplée au stockage devient plus intéressante
lorsque le courant réseau est onéreux à l’achat. Il faudra
toutefois prendre garde que la
fiscalité et les considérations financières ne sont pas l’essentiel vu que la
finalité est en finale de satisfaire le besoin c’est-à-dire le confort de
l’occupant en consommant un minimum d’énergie finale. Il faudra donc trouver un
juste milieu vu que à contrario on constate de la baisse du prix de vente du
kWh électrique en l’équilibrant sur celui du gaz pourrait être un facteur
favorable au développement du chauffage thermodynamique et à la production des
énergies renouvelables. Ceci pour la raison que cette orientation incite financièrement le maître d'ouvrage à investir. L’autoconsommation associée à la production locale de
l’électricité c’est la suppression des frais de transport et d’entretien du
réseau qui atteindraient un pourcentage important du prix de vente de 0,15 € le
kWh. (Proche de 70% selon certaines sources) Ceci
alors que le prix de revient du Mwh électrique d’origine nucléaire serait d’environ 60 € soit 0,06 € le kWh. Le prix du MWh
éolien serait quant à lui proche de 80 € le MWh soit 0,08 € le kWh. A ces coûts
de production, il faut ajouter les importants coûts de transport et de pertes
diverses en ligne et les frais de commercialisation.
Lorsque le prix de l’énergie électrique augmente, il n’y
a pas que l’autoconsommation qu’il devient intéressant de pratiquer pour le
chauffage de l’habitat : il devient alors aussi nécessaire de reconsidérer
avec attention la façon dont on la consomme. Ceci en reconsidérant les chaînes
énergétiques utilisées pour se chauffer à partir de l’énergie électrique comme
cela est indiqué sur la figure 2. Il
serait temps à ce sujet que la France reconnaisse l’erreur de la RT 2005.
Il faudra aussi tenir compte du secteur géographique de l'hexagone. Si
3 kWc produisent 3000 kWh / an en moyenne (calcul sur 1000h) ce
sera plutôt 2500 dans le nord et 4000 kWh / an dans le sud.
Il faudra enfin se méfier des prix pratiqués pour le stockage batterie dans
les foyers. Les offres et les prix
pratiqués par des sociétés comme SolarEdge, SolarWatts, Victron, LG dans une technologie Li-Ion ou LiFEPO4
sont certes maintenant intéressantes en tarifs mais peuvent fortement dépendre
de celui qui fait le devis !! Le problème pourrait être des devs
surévalués de la part des grosses sociétés. Avant de parler
de la rentabilité de l'autoconsommation, il faudra examiner soigneusement
les RARES BONS DEVIS en sa possession !
Les panneaux voltaïques seraient plutôt
rentables pour 6 et 9 kWc ! Quant aux 3 kWc les frais de raccordement élevés
sont dissuasifs alors les tout petit moyens seraient corrects (500Wc ou 1 ou 2 Kwc avec ou sans batteries). Pour ces circuits sans
batteries, il y a des gestionnaires d’énergies comme Energy Manager de SolarWatts qui permettent d’envoyer
pendant le jour le surplus d’électricité dans un ballon ECS par exemple. Et
ceci heureusement au travers d'une pompe à chaleur vu que le ballon électrique
effet joule est décidément dissuasif côté performance.
Des constructeurs comme Zeplug spécialisés dans les
bornes de recharge pour batteries de voitures hybrides vont avoir leur mot à
dire en ce qui concerne l’autoconsommation compte tenu du fait que les voitures
sont souvent parquées dans le sous-sol des immeubles. Ceci dans le cadre de
l’alternance jour-nuit du voltaïque constitué par les panneaux voltaïques en toiture complété par quelques
centrales voltaïque en périphérie des villes. Dans ce cadre le duo formé par
une isolation raisonnable associé au chauffage thermodynamique pourrait bien
être le duo gagnant pour la maison individuelle voire pour l'immeuble en termes
d’écologie, de pouvoir d’achat, d’économie et de lutte contre le CO2. Ceci s’il
est associé préférentiellement à une génération thermique échangeant l’énergie
renouvelable sur l’eau plutôt que sur l’air en excluant la pompe à chaleur
air/air en raison de son mauvais rendement. Et ceci bien que
paradoxalement ce type de PAC soit celui qui est paradoxalement le plus
installée actuellement probablement en raison de sa réversibilité.
*Dans le cadre
des problèmes associés au prix de l'énergie on peut dire en aparté qu’en raison
d'un soutien public à EDF et Areva c'est en France une aide de plus de 5 milliards d'€ qui est
versée à ces sociétés par l’état aux frais du contribuable.