Juillet 2010

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L’électricité dans les consommations d’énergie
L’électricité joue un rôle croissant dans les consommations d’énergie. Au fur et à mesure qu’on améliore l’isolation des bâtiments les consommations de chauffage baissent d’importance, alors que les autres consommations (éclairage et autres applications électriques) jouent un rôle croissant. Alors que 80% des appareils électroménagers tendent à avoir d’excellentes performances énergétiques (classement A+), le développement des ordinateurs domestiques et l’usage d’Internet compensent largement cette tendance à la réduction des consommations. Il est donc très important de situer les usages électriques.
C’est d’autant plus délicat que deux solutions se présentent pour la production :

• la solution centralisée, l’électricité étant produite dans des centrales souvent puissantes,
• et la solution décentralisée, qui consiste à produire l’électricité sur les lieux mêmes d’utilisation.

Nous ne traitons, dans ce livret, que des productions centralisées.

Les productions centralisées
Les productions classiques d’électricité reposent, pour l’essentiel, sur trois types de centrales :

• les centrales thermiques, à base de combustibles, utilisant des turbines : fiche nB34.2,
• les centrales hydrauliques : voir ci-dessous,
• les centrales nucléaires : voir ci-dessous,

auxquelles il faut aujourd’hui ajouter (outre des techniques plus subalternes) :

• les centrales éoliennes : fiche nB34.3,
• et les productions solaires : voir livrets nB32 et nB35, les productions photovoltaïques étant très voisines, que la génération soit centralisée ou non

La répartition des productions dans le temps
La planification de la production d’électricité ne peut pas simplement reposer sur la quantité d’énergie annuelle que telle ou telle source peut fournir, il faut en plus que cette énergie soit fournie aux bons moments, ce qui conduit à distinguer : les centrales de base et les centrales de pointe, le classement étant essentiellement basé sur la facilité de mise en route des centrales. En France les centrales de base sont essentiellement nucléaires.

Les centrales nucléaires
Les centrales nucléaires jouent un rôle très important dans les bilans français de production d’électricité : ce sont les centrales de base de référence. Il existera, en fait et dans les années à venir, deux parcs.
1. Le premier parc est celui des 58 réacteurs actuellement en opération, destinés à disparaître à assez long terme.
.2. Le deuxième parc - à venir - est celui des futurs réacteurs à eau pressurisée dits de troisième génération (EPR), dont les implantations sont en discussion au moment de la rédaction de ce livret.
La prise en compte de l’énergie nucléaire dans les dégagements de CO2 mérite quelque examen. En effet le fait, en France, de ne pas comptabiliser les énergies grises, obère les discussions sur l’énergie nucléaire, car oubliant le fait que cette énergie ne rejetant pas directement de CO2 à l’atmosphère, consomme de l’énergie lors de l’extraction, de la préparation et du transport de l’uranium.

Les centrales hydrauliques
Il s’agit là d’une production pouvant être de pointe. Avant l’introduction du nucléaire, EdF avait très fortement privilégié l’hydraulique, y faisant de la France l’un des plus importants d’Europe (après la Norvège) : de l’ordre de 2100 barrages dont 400 très importants, qui devraient être progressivement rénovés ces prochaines années. La situation est telle que le parc est proche de sa capacité maximale, l’ensemble étant saturé en sites disponibles. La seule solution consiste à augmenter les capacités de production (tout en améliorant les rendements) grâce au recours à de nouvelles turbines.
Pour redévelopper l’hydraulique française des grands et moyens barrages la solution s’impose : revoir et améliorer l’existant. Pour ce faire il s’agit essentiellement de remplacer les turbines et les roues existantes par des turbines de haute efficacité, une action déjà plus ou moins en train de se mettre en place . Avec un appel d’offres au moment de la rédaction de ce livret : les gains prévus sont de 30 % sur le rendement des turbines.

Les deux grandes catégories de centrales
Nous prendrons ici comme référence, non pas les installations de production électrique simple, mais les installations de production combinée de chaleur et d’électricité, dites de cogénération. Elles sont basées sur l’utilisation soit de turbines à vapeur, soit de turbines à gaz.

L’emploi des turbines à vapeur
Ces centrales utilisent deux modes de fonctionnement, les turbines (voir schémas ci-dessous) pouvant être :

• soit à contre-pression,
• soit à soutirage.

Avec le fonctionnement à contre-pression la totalité de la vapeur issue de la turbine basse pression (BP) est utilisée pour le chauffage, et la production de chaleur et d’électricité sont dépendantes l’une de l’autre. C’est donc un système manquant de souplesse, son intérêt essentiel résidant dans son relativement faible coût.
Avec le fonctionnement par soutirage, les besoins de chauffage et les besoins d’électricité sont plus indépendants. Il est assez facile, par exemple aux besoins de pointe en électricité, de réduire fortement la fourniture de chauffage. Toutes ces capacités sont largement utilisées dans les centrales classiques de chauffage urbain.

L’emploi des turbines à gaz
Avec ce système présentant de multiples avantages (voir plus loin) c’est la chaleur contenue dans les gaz issus de la combustion qui est utilisée pour le chauffage (voir schéma ci-dessous). Les principaux avantages notés sont les suivants : faible encombrement, faible coût, mise en température rapide. N.B. Les systèmes combinés (turbines à gaz + turbines à vapeur) sont également possibles.

Les coefficients de transformation
La multiplicité des techniques possibles rend difficile la fixation du coefficient dit de transformation en énergie primaire (voir le livret nB02 : le développement durable et l’énergie). Si l’on néglige l’énergie grise, en France ce coefficient vaudrait 2,58. Par contre, si l’on inclut l’énergie grise (préparation et transport du combustible) le coefficient, selon les performances des turbines, va se situer entre 2,9 (systèmes modernes performants) et 3,8 (systèmes plus anciens à base de combustible solide, ou certains systèmes de production combinée). C’est une des raisons pour lesquelles il peut subsister d’assez fortes divergences entre évaluations.

^ sommaire

Le développement des éoliennes
La France est souvent considérée comme l’un des pays européens qui, avec le Royaume-Uni, présente le potentiel le plus élevé d’utilisation de l’énergie du vent.
Avec une légère croissance, le taux de réalisation, en 2008, dépassera probablement l’installation d’un peu plus de 600 unités. Pour des raisons diverses les éoliennes de production centralisée d’électricité sont regroupées dans des «parcs éoliens». Fin septembre 2008 on comptait, en France, plus de 320 parcs de ce type.
Afin d’obvier au manque de sites suffisants il est probable que les parcs éoliens, jusqu’ici terrestre seront «off-shore», c’est à dire en mar. Et ce bien que le coût en soit plus élevés, environ le double du coût des éoliennes terrestres. Et bien que l’oimplantation de tels parcs suscite également des mouvements d’eopposition (chez les pêcheurs).

Les parcs éoliens
Actuellement, en France, les éoliennes sont presque toutes regroupées dans des «parcs» qui fournissent directement de l’électricité aux producteurs d’électricité. L’inconvénient essentiel de l’éolien étant dû à l’intermittence du vent, les promoteurs de parcs tentent de compenser, au moins en partie, ce défaut en multipliant les sites sur le territoire. De sorte qu’en France une gamme très étendue est prévue : certaines projections en prévoient 8000 d’ici une quinzaine d’années, mais cette perspective reste douteuses par suite des obstacles liés aux réactions des populations intéressées.
Ces parcs éoliens utilisent essentiellement (dans notre pays) des unités possédant les caractéristiques qui sont indiquées dans le livret :
nB33. L’énergie éolienne

L’organisation des parcs éoliens
Depuis mi-juillet 2007 l’Etat a créé le système des «zones de développement éolien» (ZDE), en dehors desquelles les éoliennes ne peuvent profiter du tarif d’obligation d’achat, seul susceptible d’assurer la rentabilité du système pour les propriétaires de terrains éventuellement concernés, et les collectivités locales en cause. Il s’agit là des éoliennes de forte production, d’au moins 150 m de hauteur dans les techniques actuelles.
De plus, depuis lors, la réalisation de parcs éoliens doit faire partie des installations classées (voir le livret nA 15. Les installations classées), avec un minimum de 5 éoliennes (15 dans une première option).
De toutes façons, pour qu’un aérogénérateur soit rentable, il faut que les vents soient suffisamment forts et réguliers, avec une moyenne annuelle d’au moins 5,5 [m/s]. Tout dépend de la région, et du site lui-même. Pour y parvenir il faut, schématiquement réunir les deux conditions qui sont indiquées dans le tableau ci-dessous. Une disposition qui est à la base des choix géographiques adaptés à la création de parcs éoliens.

SITES ÉOLIENS PRÉFÉRENTIELS
Région (carte ADEME disponible)	Sites
peu ventée	crêtes, collines à la rigueur
assez peu ventée	crêtes, collines, bords de mer ou de lac
moyennement ventée	crêtes, collines, bords de mer ou de lac, prairies dégagées
assez fortement ventée	crêtes, collines, bords de mer ou de lac, rase campagne
fortement ventée	tous sites, sauf très urbanisés

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