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Bilan quantitatif des modes de production d’énergie électrique

Par M. Reyne,
le dimanche 2 février 2014

A la veille des rencontres devant décider la transition énergétique de la France, il est bon de préciser les paramètres à prendre en compte pour permettre une comparaison équitable des différents systèmes potentiels existants.

Consommation énergétique pour électricité en 2011 (%)
France Monde
Nucléaire 74,1 13
Thermique 10,8 67
Hydraulique 12,3 16
Renouvelable hors hydraulique [1] 2,8 4

> On notera la marginalité des énergies renouvelables, malgré un accroissement récent, et la difficulté à long terme d’une substitution possible.

Réserves estimées (en années, par rapport au rythme de consommation actuel)
Bois non mesurable (forte dispersion)
Pétrole 40 à 50 ans + avec pétrole profond
Gaz 60 à 80 ans + doublé avec gaz de schistes
Charbon quelque 100 ans
Nucléaire  100 ans (avec uranium enrichi),
Fission davantage avec surgénérateur, et illimité avec fusion
Hydraulique non limitées, mais variations saisonnières
Eolien et solaire illimitées, mais intermittentes et variables selon le lieu
Limitée ( 100 ans et +) Longue durée (100 à 1.000 ans) Illimité (renouvelable)
Pétrole Géothermie Hydraulique
Gaz Nucléaire (surgénérateur) Eolien
Charbon Solaire
Nucléaire (classique) Biomasse
Nucléaire (fusion)

> Hors énergies fossiles, les réserves sont toutes supérieures à une durée de vie humaine.

Puissances unitaires installées (pour un système)
Thermique (Centrale) 200 à 800 MW (Chine et Russie, jusqu’à 5.000 MW)
Hydraulique (Centrale) 200 à 800 MW, (3 Gorges-Chine : 18.000 MW )
Nucléaire (1 réacteur) 900 à 1.400 MW
Eolien 0,5 à 8 MW
Solaire quelques kW à 20 MW

En ordre de grandeur comparatif de production 1 réacteur REP d’environ 1.000 MW est équivalent à :
2 à 5 centrales thermiques
3 à 5 gros barrages
3.000 éoliennes terrestres, et 1.500 en mer (en puissance réelle)
5 à 6 millions m2 de panneaux PV (en puissance réelle)
N.B. : On ne peut pas généraliser davantage, chaque installation étant spécifique

Surface occupée (pour une installation de base classique)
Centrale nucléaire 0,2 km2
Solaire PV champ de panneaux d’environ 100 km2
Hydroélectricité retenue d’eau de 300 à 400 km2
Eolien champ d’éoliennes de 500 km2
Biomasse surface de 3000 km2

> D’où l’encombrement du sol nécessaire aux installations d’énergies renouvelables

Disponibilité des systèmes

C’est une donnée très importante pour une installation énergétique. Elle caractérise sa fiabilité de fonctionnement, en particulier pour une production électrique.
Elle s’exprime en heures de fonctionnement annuel, on trouve ainsi pour les différents systèmes :

. Centrale à flamme (gaz et charbon) : 8.000 heures/an
. Barrage hydraulique : réserve d’eau des barrages 2.000 h/an. (a priori non limité, mais fonction du climat et de la pluviosité)
. Nucléaire : 7.500 heures/an ( taux disponibilité de 80 à 85 %)
. Éolien terrestre : 2.000 heures/an ( 3.000 h, sur mer)
. Solaire PV : 1.000 heures/an (900 h Bretagne à 1.400 h Corse)

> Ce qui montre qu’éolien et solaire ne peuvent pas constituer des énergies indépendantes, ni massiques, mais seulement d’appoint.

Rendement des installations

C’est le rapport entre l’énergie reçue par le système, essentiellement sous forme thermique, à celle utilisable pour l’utilisation (électrique, mécanique ou thermique). Pour les énergies intermittentes, ceci n’a pas vraiment de sens intrinsèque puisqu’on ne peut pas mesurer un rendement à l’arrêt (il traduit donc la disponibilité).

Valeurs courantes :
Moteur thermique = 35 à 40 %
Moteur électrique = 80 à 85 %
Centrale à flamme = 35 à 40 %, jusqu’à 50 % avec cogénération [2]. Et jusqu’à 60 % prévu, nouvelles centrales à gaz
Centrale nucléaire = 30 %, 35 % pour EPR
Centrale hydraulique = 80 %
Eolien terrestre = 20 à 25 %, 30 à 35 % en off shore ( pour vents de 10 à 25 m/s)
Solaire PV = 10 % (Si amorphe) à 15 à 20 % (Si cristallin), mais rien la nuit
Pile à hydrogène = 60 %

> On constate le très faible rendement du photovoltaïque, indice d’une technique pas encore mûre.

Délais de démarrage

Centrale à gaz : quelques minutes
Nucléaire : 2 à 3 jours
Hydraulique : instantané

Les longévités de fonctionnement

Ou, durée de vie estimée :

Centrales à flamme, et nucléaire : 30 à 40, voire 60 ans
Barrage hydraulique : 100 ans et plus
Eolienne, et capteur solaire : 20 à 25 ans

Coût de revient

Il faut bien retenir l’ordre de grandeur de ces chiffres, en relatif, et différentier le coût de revient du prix de vente qui tient compte des subventions accordées

en €/MWh par rapport au nucléaire
Nucléaire 39 à 42 [3] 1
Gaz 70 à 80 1,8 à 2
Charbon 60 à 70 1,5 à 1,8
Hydraulique 35 (grosse) à 80 (petite) 0,8 à 2
Eolien terre 70 à 90 1,7 à 2
Eolien mer 120 à 140 2,8 à 3,3
Photovoltaïque 200 à 300 5 à 7,5
Biomasse 110 à 120 2,7 à 3
Emission de CO2
grammes-KWh kg équivalent carbone par tep (selon Manicore : moyennes)
Charbon 750 à 1.100 1.123
Pétrole 850 840
Gaz 400 à 500 700
Photovoltaïque 50 à 150 316
Eolien 3 à 22 32
Nucléaire 6 19
Hydraulique 4 13
Biomasse (bois) 13 à 350 (sans replantation) 7 (replantée)

Les « Verts » pensent qu’il suffit de développer les énergies nouvelles particulièrement l’éolien et le solaire. Or, on sait que ceux-ci fonctionnent de façon intermittente et diffuse.

- L’éolien pour produire doit recevoir un vent dans une gamme de vitesses allant de 15 à 90 km/h. En deçà il ne crée pas de courant et au-delà on doit mettre les pales « en drapeau » pour arrêter le rotor de façon à ne pas le détruire. En fait, au mieux, on ne fournit de l’électricité au réseau que 2.000 h/an sur terre, et 3.000 h/an en mer (soit un rendement de 25 à 35 %, une année = 8.640 h).

- Le photovoltaïque ne fonctionne pas la nuit, et peu les jours ou le ciel est voilé. On évalue son rendement à environ 10 % de l’ensoleillement reçu qui, en France, représente 1.000 à 1.500 KWh/m2/an, en allant du Nord au Sud. C’est en fait une activité régionalisée qui doit rester proche du lieu de consommation.

Ainsi, dans les 2 cas, on doit leur associer un autre type d’énergie pour assurer une continuité de l’électricité car celle-ci ne se conserve pas (ou très mal), et bien sûr, créer des lignes électriques (réseaux) pour relier ces systèmes, dispersés sur le territoire, jusqu’aux lieux d’utilisation.

Si l’on exclut le nucléaire (détesté par les « Ecolos »), pour ces sources d’appoint obligatoires il ne reste plus que le thermique et l’hydraulique.

- Les systèmes à flamme (fuel, gaz, et charbon) génèrent du CO 2 incompatible avec les engagements internationaux pris pour réduire cette pollution. De plus ces combustibles doivent être importés, d’où un accroissement du déficit commercial de notre pays, qui ne dispose ni de pétrole, ni de mines (*).

- Et, les sites propres à utiliser l’hydraulique sont pratiquement saturés en France.

> On voit donc mal comment se passer de l’atome, qui reste notre point fort (massif et sans CO 2) et que l’on peut sécuriser tout en restant à un coût de revient qui ne dépassera pas 50 €/MWh, c’est-à-dire le plus économique de la zone Euro.

Mais on peut aussi hypocritement faire plaisir aux « Verts » et couler notre bilan économique avec le peu d’industrie qui nous reste, car, contrairement à une croyance populaire et entretenue, le vent et le soleil ne sont pas gratuits.

(*) Il est bon de constater que l’Allemagne, qui a opté pour la sortie du nucléaire, s’inquiète pour sa compétitivité et que le débat y est très vif sur le coût du « tournant énergétique » prévu… Avec la faillite du solaire (que l’on pouvait prévoir sous ce climat : abandon de Siemens), et la difficulté d’accroître l’investissement en éolien marin qui impose de construire un nouveau réseau TNT… à quoi s’ajoutent encore, avec le recours important au charbon, un niveau de pollution au CO 2 devenu inacceptable.

Enfin, et ceci est fondamental, il existe une corrélation parfaite entre PIB et consommation d’énergie disponible. D’où, sans développement énergétique pas de relance industrielle, et donc, pas de croissance.

Ceci est vital pour disposer d’industries lourdes (sidérurgie, métallurgie, chimie, cimenterie, verrerie, papeterie), bases de toutes les autres… ce qui exclut à la fois l’éolien et le solaire incompatibles avec la demande massique et leur intermittence. Comme de plus les ressources naturelles s’épuisent, que l’énergie nouvelle doit être décartonnée et d’un coût accessible (alors que les sites propres à l’hydraulique sont saturés en France et dans l’UE), que reste-t-il pour satisfaire à nos besoins : le nucléaire pour l’essentiel.

Sinon, nous coulons : la physique restant plus forte que les discours des politiques.

(*) Avec 2 évolutions possibles, l’EPR (bientôt actif) et le surgénérateur (projet « Astrid » qui pourrait brûler la plupart des déchets nucléaires). Puis, à plus long terme, ITER si la faisabilité est démontrée.
Le parc nucléaire mondial en exploitation est d’environ 440 réacteurs installés dans 31 pays. Plusieurs dizaines de réacteurs sont en construction ou en projet à ce jour. Ces derniers concernent des pays qui ont des réacteurs en exploitation et qui souhaitent développer ou relancer la construction de réacteurs (principalement la Chine, l’Inde, les USA, le Royaume-Uni, l’Afrique du Sud, le Brésil, des pays de l’Europe de l’Est…). Les projets de construction de réacteurs concernent aussi de nouveaux pays souhaitant accéder au nucléaire (par exemple, l’Algérie, les Emirats arabes unis, l’Arabie Saoudite, la Jordanie ou le Maroc).


[1= éolien, solaire, géothermie, méthanisation

[2La cogénération consiste à produire simultanément dans une même installation de l’électricité et de la chaleur.

[3coût C3P : coût comptable complet = 39,8 €/MWh, coût recalculé et actualisé d’après la Cour des comptes = 49,5 €/MWh, pour les réacteurs actuels

Messages

  • Excellent article de synthèse très bien documenté et présenté. Attention 2 coquilles : vers la fin énergie "décarbonée" et non décartonnée. plus près du début EPR et non "REP".
    L’idéal serait de compléter avec l’aspect investissement (combien mettre au jeu à chaque fois ?) et désinvestissement puisqu’il est souvent question du coût de démantèlement des centrales nucléaires. A ce propos qu’en est-il de l’éolien par exemple ? (Sommes-nous en train de reconstruire le Mur de l’Atlantique ?).
    Données faibles également sur la géothermie et sur sa disponibilité.
    Au total un grand merci.

  • Cette étude est assez bien faite .
    J’ai quand même 2 remarques à formuler
    1.hydroélectricité : il convient de distinguer les barrages au fil de l’eau ( exemple ceux installés dans la vallée du Rhône ) des barrages réservoir (exemple Malpasset de sinistre mémoire) : dans le premier cas "tout ce qui entre ressort" , la production est directement liée au débit du fleuve - tout comme celle d’une éolienne est liée à la vitesse du vent- et il n’est pas possible de la réguler .
    Dans le 2ème cas, l’opérateur est maître des "lâchers" d’eau et peut donc quand le réseau le requiert mettre instantanément la centrale en production( c’est le seul cas envisagé dans l’étude) .
    2.coût de production
    c’est un peu risqué d’annoncer des coûts sans préciser comment ils sont calculés .En simplifiant , ces coûts sont la somme de frais fixes et de frais proportionnels
    Les frais fixes sont fonction du montant des investissements et des frais financiers ( lesquels varient dans le temps et constituent un paramètre important pour les moyens de production à forte densité capitalistique - hydraulique , nucléaire) On peut ajouter à ces frais fixes l’amortissement des frais de démantèlement
    Les frais proportionnels sont liés au coût du combustible ( gaz ou fuel) et ont une très grande volatilité .
    Donc présenter un tableau sans l’assortir de commentaires est un peu sommaire .

  • une bonne compilation/synthèse de chiffres disponibles sur le web, et en particulier sur le site d'EDF mais certains m'interpellent :

    un réacteur ne nécessite que 0.2km² ? donc juste à côté du réacteur, on peut mettre une maison d'habitation ?

    le nucléaire est l'énergie la moins chère ? avec ou sans les subventions versées par l'état depuis 50 ans ? en intégrant le démantèlement ? je rejoins les remarques de D.Fischer sur les couts des énergies mais pour le nucléaire , il est très hasardeux d'avancer des chiffres : rien que pour la construction d'un EPR sur quelques années, EDF se plante (x2 ou x3), alors estimer le coût de sa construction jusqu'au démantèlement sur 50 à 100 ans....par prudence, je mettrais x10 sur 50 ans...donc le nucléaire est l’énergie la plus chère. Vous pouvez le contester et il peut y avoir débat entre x2 et x10 mais ce qui est indiscutable, c'est que c'est l’énergie la plus dangereuse et la plus risquée...et de loin.

    Dans le livre "No impact Man", on peut lire : est ce qu'un cadre travaillant dans le nucléaire accepterait d'enfouir les déchets nucléaires sous sa maison familiale ?...et pourquoi les assureurs exclus les accidents nucléaires de leur contrats ? Il n'y a que les écolos que ça interpelle ?

    Autre phrase étonnante de l'article : "On constate le très faible rendement du photovoltaïque, indice d’une technique pas encore mûre."
    Oui mais 15% de rendement d'une énergie qui est gratuite et perdue. Le rendement d'un panneau PV ne sert qu'à comparer 2 panneaux entre eux, pas à comparer avec d'autres moyens de production d'energie. Pour le PV, c'est le coût de production des panneaux et le ratio de l'energie necessaire à sa production par rapport à l'energie qu'il va produire dans sa vie qui sont intéressants.

  • Monsieur Reyne,

    Votre analyse approfondie est très intéressante puisque qu’elle se base sur des chiffres détaillés. Malheureusement à l’heure d’internet il est très facile de les contester en ayant un tant soit peu de bon sens.

    Reprenons donc vos chiffres tableau par tableau. Je ne vais analyser ici que les "erreurs" (en connaissance de cause ou non) de comparaison entre éolien et nucléaire. Sachez avant toute chose que je ne suis pas du tout pour l’arrêt total du nucléaire au profit des renouvelables que je pense être une aberration économique et une dérive écolo. Mais plus pour un mix énergétique intelligent (smart grid).

    1er tableau : ici juste une mise à jour des chiffres : Nucléaire 72.3 % ;Renouvelables hors hydro 7.1 % (source : Bilan RTE 2016).

    2ème tableau : RAS

    3ème tableau : Puissance unitaire par système éolien : en moyenne en France, une éolienne à une puissance de 2 MW et la majorité des parcs oscille entre 4 et 10 machines donc plutôt de 8 à 20 MW (le plus gros parc terrestre français actuel : Parc éolien de Fruges 140 MW)

    4ème tableau : c’est là que les grosses erreurs commencent. Une éolienne a une emprise comprise entre 15 et 30 ares (soit entre 0.0015 et 0.003 km²) chemins d’accès compris. Il vous suffit d’aller sur Geoportail et de le mesurer par vous même pour vérifier (www.geoportail.gouv.fr/), très simple, j’encourage les gens à le faire, ou à demander à des agriculteurs ou propriétaires concernés. Pour ce qui est d’une centrale nucléaire, j’ai mesuré de la même façon 2 centrales relativement récentes, Civaux et Chooz. Elles ont une emprise de respectivement 1.1 et 1.05 km². Il y a deux réacteurs dans chacune d’elles donc l’emprise moyenne d’un réacteur est d’environ 0.5 km² (je suis prince avec vous et j’arrondi à l’inférieur). Pour l’éolien nous prenons le scénario défavorable avec 0.003 km² d’emprise (encore une fois, je suis sympa). Si maintenant on regarde combien d’éoliennes sont nécessaires pour atteindre l’équivalent de production d’un REP d’environ 1000 MW, il suffit de faire un produit en croix entre la production totale du parc éolien français et sa puissance installée et de la ramener à 1000MW. En 2016 (source RTE) le parc éolien à produit 20.7 TWh avec 10312 MW installé soit 2.01 TWh produit pour 1000 MW éolien, comparativement à 6.08 TWh produit pour 1000 MW nucléaire (384 TWh produit pour 63130 MW installé). Pour atteindre les 6.08 TWh du nucléaire, nous multiplions par 3 les 2.01 TWh d’éolien. Ce qui nous donne environ 3000 MW éolien installé pour atteindre l’équivalent de production de 1000 MW de nucléaire, soit 1500 éoliennes (1 eol = 2 MW, il faut suivre :D). Il suffit maintenant de multiplier 1500 par 0.03km² et on obtient ......... non pas 500 km² comme énoncé mais 45 km². Alors je suis d’accord que c’est toujours plus que les 0.5 km² d’un réacteur, mais avouez que ça fait un peu moins fuir le lecteur lambda qui cherche à se renseigner de manière neutre.

    Pour ce qui est de la disponibilité des systèmes dont vous faites référence, là encore RTE publie des chiffres officiels très détaillés, elle est d’environ 2500 h par an pour l’éolien et non 2000 (oscillation moyenne entre 2200 et 2800 h/an). Si on commence à arrondir de 500 h, c’est votre crédibilité qui en prend un coup.

    5ème tableau : Coût de revient, là dessus je ne vous en veux pas, vos chiffres ne sont surement pas à jour :). En France depuis 1 an, l’éolien est passé en système d’appel d’offres au prix du marché (fourchette comprise entre 55 et 65 € MWh). Et pour les plus petites installations (jusqu’à 6 éoliennes), en guichet ouvert à un tarif de rachat de 72 € du MWh. Donc ce n’est plus fourchette comprise entre 70 et 90 € mais bien entre 55 et 72 € du MWh. Quant au nucléaire, le dernier rapport de la cour des comptes indique un coût de 62.6 € pour le parc nucléaire actuel et un coût estimé entre 91 et 117 € pour le nouvel EPR de Flamanville. Là tout de suite, c’est moins sexy l’argument du "On voit donc mal comment se passer de l’atome". Et encore, je suis sympa avec vous, les chiffres sont en constante augmentation pour le nucléaire et en diminution pour l’éolien (cf : dernière fourchette des lauréats de l’appel d’offres allemand éolien de mai 2017 : de 52 à 58 €/Mwh, tous les chiffres encore une fois disponibles sur internet sur les sites officiels).

    6ème tableau : Les émissions de CO2, je n’ai pas trouvé de chiffres officiels donc je m’abstiens sur le sujet (contrairement à vous apparemment ;D).

    Donc pour conclure, un peu d’honnêteté intellectuelle ferait du bien à tout le monde je pense. Et s’il vous plait, arrêtez de prêchez des contre vérités en les faisant passer pour parole divine. Ou alors indiquez en début d’article : "ceci est un avis subjectif". Merci et bonne continuation.

  • Article dirigé, avec des chiffres maquillés, teinté d’animosité envers les les défenseurs d’énergie renouvelable alors que les infos sont délivrées telle des vérités universelles.

    Le manque d’objectivité est flagrant :
    > aucun argument contre le nucléaire ou le thermique (pourtant il y en a quelques uns)
    > seuls certains défauts des énergies renouvelables sont évoqués
    > la mention des "ecolos" avec ironie à peine déguisée
    > enfin des commentaires datant de 2014 sur un site "emploi2017"

    Bref, Allez bien vous faire enculer

    Johan

  • bonjour
    si on occupe 90% de grand sahra par panneaux solaire.est ce que peu remplacer les les reacteures nucleaires et thermique au monde entier ?

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