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Analyse du kWh d'électricité français, millésime 2012

15 Octobre 2013

Par Christian CARDONNEL – CARDONNEL Ingénierie
Expert en Confort Durable du Bâtiment

Des statistiques sur l’origine de l’énergie électrique

Le 1er Juillet 2013, RTE (Réseau Transport Electricité, filiale EDF) a mis en ligne les statistiques 2012 des consommations et des productions d’énergie électrique du réseau de transport haute tension géré par RTE.

Les différentes valeurs sont données dans un tableau Excel, au pas de la ½ heure, avec la consommation d’énergie en MW, les différentes productions (Fioul, Charbon, Gaz, Nucléaire, Eolien, Solaire PV, Hydraulique, Pompage, Autres et les Echanges Physiques avec les pays européens limitrophes en particulier). Ces données sont disponibles sur le site éCO2mix de RTE avec des cartes interactives et différentes informations sur les productions et le contenu CO2 du kWh électrique vu du réseau RTE.

D’autres données sont également disponibles sur le site ERDF qui gère les réseaux de distribution en moyenne et basse tension qui alimentent les points d’utilisations domestiques, résidentiels et tertiaires.

En particulier, la courbe Synchrone, heure par heure de la consommation du réseau ERDF, les pertes de distribution du réseau, l’évolution de la température extérieure de la France pondérée en fonction du poids des consommations en fonction des stations météos de Météo-France de référence (la station de Paris-Montsouris représente  11.25% de l’indice national, celle de Rennes 4.2%, …).

La littérature technique, le commissariat général au développement durable (CGDD – SOeS, bilan énergétique de la France en 2012, chiffres clés, les documents de références et repères …) donnent d’autres informations utiles qui corroborent les données EDF, des données sur l’énergie primaire, le CO2 (analyse du cycle de vie ACV), les performances énergétiques de la production d’énergie électrique.

Avec de l’organisation, du temps, l’analyse détaillée des différentes données, sous tableur Excel avec les fonctions tableaux dynamiques croisés en particulier, permet d’obtenir une image cohérente des productions, des consommations, de l’impact du climat, du contenu énergie primaire et CO2 du kWh d’énergie électrique produit et consommé en France en 2012.

Des informations bien utiles pour alimenter le débat sur le choix cohérent de l’énergie pour la conception et la réalisation de bâtiments au confort durable.

Depuis de nombreuses années, pour la réglementation énergétique du bâtiment, je milite pour l’affichage plus cohérent de l’énergie primaire, du rejet de CO2, de l’énergie renouvelable utilisée. Cette analyse apporte une petite contribution, ma vision des choses, mais je sais que le chemin technico-politique sera malheureusement encore long et tortueux pour aboutir à une vision cohérente.

Pour l’énergie électrique millésime 2012 qu’en est-il ?

L’analyse est complexe et sera détaillée dans un article Parole d’Expert à paraitre sur le site XPair.com en fin d’année.

En France, l’énergie électrique est assurée par un bouquet de production : les centrales nucléaires qui assurent l’essentiel, les barrages hydrauliques, les centrales thermiques (gaz, fioul et charbon), les EnR avec l’éolien et le solaire PV, puis en fonction du moment des échanges physiques avec les pays européens (positif, la France importe de l’énergie, négatif elle en vend) et du pompage (négatif) qui sert de stock tampon.

En fonction du niveau de puissance électrique du réseau RTE en TW, le tableau ci-dessous donne la répartition des productions :

repartition-production-energies.jpg

Avec une faible charge, le nucléaire tourne au mieux pour assurer le besoin, mais également du pompage et du transfert d’énergie vers nos voisins.

A forte charge, le nucléaire assure seulement 60% du besoin et les compléments sont fournis par les énergies fossiles, l’hydraulique et l’importation d’énergie des pays voisins.

En fonction des productions d’énergie électrique, on peut approcher le contenu énergie primaire et CO2 de chaque kWh électrique produit. Différentes sources d’informations donnent des valeurs en fonction du kWh d’énergie produit :

3 kWh ep (rendement de 33.3%) et  10 à 20 g de CO2 (en ACV analyse du cycle de vie selon les sources) pour le nucléaire,

2.85 kWh ep (rendement 35%) et plus de 800 g de CO2 pour la production thermique au fioul,

1 kWh ep et entre 10 à 60 g de CO2 (en ACV selon les sources) pour le solaire photovoltaïque

…. Le contenu énergie primaire et CO2 des kWh d’énergie importée ou exportée étant plus difficile à estimer.
Au global, pour les 486 TWh d’électricité qui transitent par le réseau RTE on arrive à un ratio moyen de 2.88 kWh ep et près de 75 g de CO2 par kWh d’électricité.

Le mixte de l’énergie électrique décortiqué

Au niveau du réseau ERDF, qui concerne plus les applications à basse tension (petite industrie, tertiaire et résidentiel) on dispose des données de la synchrone de la consommation, de l’évolution de la température extérieure moyenne de la France.

En analysant ces données, on peut tracer la courbe type de la charge du réseau ERDF en fonction de la température extérieure. On constate une valeur minimale de l’ordre de 30 TW vers 20°C et une charge qui évolue rapidement en fonction de la température extérieure ( plus de 70 TW à -5°C et 35 TW vers 25°C).

synchrone-erdf.jpg

On peut donc décomposer la charge ERDF en 2 parties :


  • La charge de base à 30 TW en moyenne
  • La charge climatique, qui dépend du climat

A noter que l’histogramme des températures extérieures représente une courbe Gauss, centrée sur la température moyenne de la France à 12°C, les extrêmes très froid et très chaud ne repésentent que quelques heures par an.

En fonction des productions d’énergie électrique, des pertes en ligne (réseau RTE de l’ordre de 2.5% et du réseau ERDF de 6 à 8.5% en fonction de la charge) on arrive à faire ressortir le contenu énergie primaire et CO2 du kWh climatique.

Des résultats pour le moins éloquents !

Pour la période de chauffage (de -5°C à +15°C), cette approche donne le résultat suivant :


ep-climatique.jpg

co2-climatique

Au niveau de l’énergie primaire, le coefficient est de l’ordre de 2.4 à 2.6 pour des températures extérieures inférieures à 5°C, par contre il augmente pour atteindre une valeur de 4 (compte tenu des pertes de distibution, transferts, production nucléaire avec une faible efficacité ...).

Au niveau du CO2, si la valeur l’ordre de 80 g est obtenue pour des températures entre 10 et 15°C, le contenu CO2 augmente rapidement par temps froid pour atteindre près de 250 g par -5°C.

Des résultats, qui restent à préciser, comme la notion de kWh électrique climatique qui dépend du climat.

Avec des courbes types de la valeur énergie primaire et CO2 en fonction du climat, on doit pouvoir mieux préciser l’impact des solutions de chauffage, voir de production ECS (la température de l’eau froide sanitaire et le besoin ECS dépendent du climat) en fonction du système mis en œuvre : effet Joule direct, Pompe à chaleur, Energie fossile (gaz condensation) ou solutions hybrides.

Tout cela sera précisé dans de prochains billets, à partir de l’analyse des données publiques et bien sûr ma vision des choses.


Rappelons cependant que l’abus d’énergie nuit gravement à notre futur, agissons ensemble pour être efficient !

Christian Cardonnel


Commentaires

  • Jean-Pierre
    23/09/2014

    La façon de raisonner de cette note de M. Cardonnel a l'apparence de la rationalité mais elle est spécieuse. Une première remarque a trait aux courbes-types de la charge du réseau ERDF en fonction de la température. Pour pouvoir être utilisées pour le calcul, sur l'année, de kWh ou de CO2, il faudrait qu'elles soient intégrables par rapport au temps. Or, elles ne le sont pas puisque la dérivée dt/dT présente un point singulier lorsque la température est maximale. Le raisonnement n'est donc pas mathématiquement correct. Une deuxième réserve tient au fait que la méthode suppose que l’on puisse établir une correspondance entre les ressources de base (resp de pointe) et certains usages qualifiés également de base (resp de pointe). Cette hypothèse de l’affectation biunivoque de ressources à des usages est contraire au principe de mutualisation des réseaux. A tout moment, les kWh produits se mélangent et il n’est pas possible d’attribuer les kWh d’une source donnée à un usage plus qu’à un autre. Les électrons ne sont pas tagués et leur destination n’est pas fléchée en fonction de leur origine. On voudrait ainsi faire croire qu’il y a de bons usages de l’électricité, ceux qui font appel à des KWh de base peu carbonés, et des mauvais, ceux dont la satisfaction requiert des kWh climatiques davantage chargés en CO2. Mais il faut y regarder de beaucoup plus près. La « base » ne correspond pas à un usage unique stable et continu sur l’année. C’est le résultat du foisonnement de multiples usages ayant des profils très différents. La stabilité de l’ensemble résulte d’un lissage statistique mais les usages pris isolément peuvent avoir des profils très différents. la méthode "Cardonnel" est une version simplifiée des méthodes marginales dont les paradoxes sont connus et qui ne permet pas de respecter les critères de cohérence que l'on peut exiger de toute méthode conventionnelle.

  • Philippe
    19/11/2013

    Le coefficient de conversion si j'en crois ce qui est écris serait de 4 pour l'électricité dans certaines conditions. C'est incroyable, alors pourquoi se limite-t-on à 2.58 dans la RT 2012?

  • yves
    24/10/2013

    @ Jérôme, Pour être parfaitement équitable dans cette affaire de démantèlement, il faut prendre en compte également le coût de la récupération et du stockage du CO² émis par l'électricité produite par les machines thermiques . Disons depuis un siècle. Le mot de pharaonique risque d'être faible ... yves

  • Jérôme
    17/10/2013

    Cette analyse est très intéressante. Cependant, une hypothèse majeure dans les calculs me semble hautement optimiste : 10 à 20 g de CO2 par kWh produit pour le nucléaire. Dans l'ACV le démantèlement des centrales a-t-il été sérieusement pris en compte ? Ou de la même façon que la question du démantèlement est généralement traitée par les acteurs du nucléaire français ? Certes la quantité de kWh produits par le nucléaire est pharaonique, mais le démantèlement risque de l'être plus encore.

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