•      Je reprends mes articles sur l’énergie, avec toujours l’idée de faire en fin de parcours une réflexion sur "Comment sauver le climat ?" ;
        Aujourd’hui je voudrais vous parler de l’énergie hydroélectrique.

        Evidemment ce que l’on connaît surtout, ce sont les barrages sur les cours d’eau et l’alimentation de turbines pour fabriquer de l’électricité. En terme de quantité, c’est le principal, mais le concept d’énergie hydroélectrique est beaucoup plus large. C’est l’énergie fournie par le déplacement de l’eau : cours d’eau, chute d’eau, vagues, courants marins, marées. Une hydrolienne -dont j’ai déjà parlé- serait à classer dans ce type d’énergie.

        L’utilisation de cette énergie est très ancienne de même qu’il y a eu les moulins à vent; il y a eu les moulins à eau; il en reste de nombreux vestiges, notamment en Bretagne : ils utilisaient le courant de rivières ou celui créé par la marée montante et descendante. Cette énergie mécanique servait à faire tourner une machine, sans intermédiaire électrique
        La première centrale électrique remonte à 1880 en Angleterre : elle servait à l’éclairage d’un domaine et ne produisait que 7kW de puissance, ce qui est négligeable.
        De nombreuses petites centrales ont existé, au fil des cours d’eau, produisant quelques centaines de kW ou quelques MW. Quelques rares étaient encore en activité il y a quelques années comme celle de l’arsenal de Tulle, en Corrèze. Mais actuellement la loi de transition énergétique essaie de relancer ces petites centrales en prévoyant un tarif de rachat de l’électricité en surplus, en général par construction de nouvelles installation, la rénovation des anciennes étant trop onéreuse. Actuellement les petites installations de moins de 10 MW, ont une puissance totale d’environ 2 GW et produisent environ 8 Twh/an.

        L’hydroélectricité a fait de gros progrès à partir de 1900 et les barrages importants se sont développés à partir de 1920.
        La France possède de très nombreux barrages  et a équipé 95% des sites envisageables. Il faut en effet non seulement avoir un cours d’eau, mais des rives capables de supporter les fondations du barrage, et une vallée qui puisse retenir l’eau sans destructions trop importantes.
        Il n’y a pas eu de grand barrage de construit depuis 2008 et la puissance totale installée est de 25,5 GW, produisant environ 70 TWh/an (1TW = 10 puissance 12 watts), sur les 540TWh/an que consomme la France, soit environ 12,5 %.
        Environ 82 % de la production française d'hydroélectricité est assurée par 4 régions :
             - Rhône-Alpes = 40 %

            - Provence Alpes Côte d'Azur = 16,3 %
            - Midi-Pyrénées = 15,3 %
            - Alsace = 11 %        
            - L’ensemble des autres régions = 17,4 %
        Le parc est constitué de plus de 2 400 centrales, mais 95 centrales de taille moyenne (50 à 600 MW) concentrent à elles seules 58 % de la puissance totale et 4 centrales de plus de 700 MW en représentent encore 17 % ; près de 1 600 installations ont moins de 1 MW et représentent seulement 1,8 % de la puissance installée.
        Près de 90 % des 2 400 centrales de France sont installées « au fil de l’eau », autrement dit turbinent l'eau d'un cours d'eau comme elle arrive, n'étant pas dotées d'un réservoir ; elles totalisent environ 7 500 MW installés (30 % du parc) et produisent 30 TWh en moyenne annuelle
        La France est classée en 2017 au 3e rang européen pour sa production hydroélectrique avec 10,1 % du total européen, et au niveau mondial, au 10e rang avec 1,3 % du total mondial, en 2013.

    L'énergie hydro-électrique
    L'énergie hydro-électrique     

     

     

     

     

     


         La puissance fournie par le barrage dépend essentiellement de deux facteurs : la hauteur de chute et le débit d’eau qui va faire tourner des turbines

        Dans des barrages sur de grands fleuves (le Rhin par exemple), la hauteur de chute est très faible et c’est le débit d’eau qui est primordial.
        Le schéma de fonctionnement est le même dans les deux cas, et correspond aux deux figures ci-dessous.
        L’eau est prise à une certaine hauteur dans le barrage et amenée par une conduite forcée jusqu’aux turbines couplées à un alternateur qui produit du courant alternatif. Un transformateur élève la tension de ce courant pour permettre le transport à distance aux moindres pertes par effet joule, sur les lignes haute tension.
        Un déversoir dans le barrage permet d’évacuer l’eau en surplus, notamment en période de crue.
        Par ailleurs un obturateur peut boucher tout ou partie des canalisations d’entrée des conduites forcées ce qui permet de moduler la production d’une centrale qui peut passer de zéro à sa puissance nominale en quelques minutes.
        Les dimensions et distances diffèrent.
        Dans un barrage au fil de l’eau la dérivation du fleuve est un véritable canal et les turbines se trouvent au fil de l’eau, en bas d’un barrage de très faible hauteur.
        Dans un barrage classique, la canalisation forcée est de faible longueur et a un débit important, les turbines étant près du barrage.
        Dans des barrages en montagne, en général de moindre hauteur, les canalisations forcées sont des tuyaux en acier de débit moindre, mais les turbines se trouvent à plusieurs centaines de mètres (voire des kilomètres) du barrage en bas de la montagne, avec des dénivelées de plusieurs centaines de mètres.
        Un mot aussi, des centrales de « pompage turbinage » (STEP = station de transfert d’énergie par pompage).
         Elle sont conformes au schéma ci-contre. Actuellement on se sert du supplément d’électricité disponible la nuit pour remonter de l’eau la nuit dans le réservoir supérieur , laquelle sera utilisée de jour, colle dans un barrage normal pour produire un supplément d’électricité.

        La France possède 6 stations qui permettent de stocker quotidiennement quelques dizaines de GWh.
        Le stockage hydraulique retrouve de l'intérêt pour gérer l'intermittence de la production solaire et éolienne, le courant intermittent de ces sources d'énergie pouvant être stocké par pompage.

        L’hydraulique dans le monde

         La particularité de l'hydroélectricité est sa répartition globalement homogène par continent dans le monde. Les pays producteurs en sont aussi les consommateurs, même si certains pays comme la France exportent un peu d’électricité.
        Comme on le voit sur les tableau ci-dessous, la Chine est de loin le plus grand producteur d’électricité hydro-électrique et possède sur le Yangzi-Jiang d’énormes barrages. Le plus grand « barrage des 3 gorges », mis en service en 2012, a une puissance de 22,5 GW et produit 100 TWh /an.
        Le Canada et le Brésil sont le seconds producteurs, mais avec moins de la moitié de production annuelle. grand barrage brésilien  a une puissance de 14 GW et produit également environ 100 TWh /an, et le plus grand barrage canadien  a une puissance de 7,7 GW et produit 26,5 TWh /an.

    L'énergie hydro-électrique
    L'énergie hydro-électrique

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

         L'hydroélectricité a une gros avantage : pas d'émission de CO2, grande souplesse d'utilisation pouvant s'adapter à la demande évoluante dans une journée, et disponibilité quasi permanente. Son coût est relativement faible.

         Ses inconvénients proviennent de la formation d'un lac derrière le barrage qui va engloutir la vallée et son contenu naturel et humain, et les conséquence sur la faune aquatique de l'interruption du cours d'eau, même si des "écluses à poissons" sont parfois mis en place (remontée des saumons notamment).

         Pour ne pas faire un article trop long, je publierai des photos de quelques barrages et leurs caractéristiques dans un prochain article, et j’y parlerai aussi, de l’usine marémotrice de la Rance.

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  •  

    Des couches ultra minces transparentes photovoltaïques
            Vous avez pu constater que je m’intéresse beaucoup aux problèmes scientifiques et pratiques du changement climatique et à tous les problèmes d’énergie, que ce soient les
    « anciennes énergies » encore utilisées de façon prépondérante, l’énergie nucléaire et la future énergie de fusion, et les « énergies vertes » très à la mode, mais dont certaines sont méconnues.

              Je fais en ce moment de nombreux articles à ce sujet.
              J’ai lu des articles sur de nouveaux types de panneaux photo-voltaïques et cela m’a paru intéressant.

     Je rappelle d’abord certaines caractéristiques du photovoltaïque :

               Une cellule photovoltaïque, (ou solaire), est un composant électronique qui, exposé à la lumière (c’est à dire à des photons), produit de l’électricité grâce à l’effet photovoltaïque. La puissance obtenue est proportionnelle à la puissance lumineuse incidente mais dépend du rendement de la cellule. Celle-ci délivre une tension continue et un courant électrique la traverse dès qu'elle est connectée à un circuit.

               Les cellules photovoltaïques les plus répandues sont constituées de semi-conducteurs, principalement à base de silicium (Si) et le plus souvent se présentent sous forme de petites plaques d’une dizaine de centimètres de coté. On les réunit sous forme de panneaux pour obtenir une source convenable d’électricité.

     Le problème des cellules solaires est quintuple : 

                         - il faut pour produire de l’électricité, qu’il y ait du soleil ou au moins une forte lumière. Il n’y a pas de courant la nuit et il y en a peu par temps couvert. Il faut donc stocker l’énergie correspondante si on veut un usage continu.
                         - leur rendement est faible bien qu’il ait fait de grands progrès : mille watts par mètre carré de panneau. Il faut donc d’énormes surfaces pour obtenir une puissance convenable. (1 km2 pour produire un GW)                  
                        - la tension produite est faible et il faut donc associer de nombreuses cellules pour avoir une tension suffisante.
                        - le courant produit est continu et donc pour le transporter, et éviter une trop grande perte par effet joule, il faut le rendre alternatif grâce à de onduleurs, ce qui diminue encore le rendement.
                              - de plus le rayonnement solaire est intermittent et le rendement purement météorologique est très médiocre (13% en moyenne en France)
                         - le raccordement au réseau électrique est extrêmement onéreux.

                Il en résulte que le courant produit est cher. Sans les subventions (qui sont payées par l’Etat et donc les contribuables) le photovoltaïque ne serait pas rentable.

               De plus les fiabilités des panneaux sont très variables, certains panneaux chinois étant d’une qualité catastrophique.

     L’utilisation du photovoltaïque est donc particulière :

               Le transport de l’électricité étant très onéreux, les surfaces nécessaires énormes, et l’obtention de voltages élevés problématique, la création de « centrales photovoltaïques est une aberration.
              Par contre le photovoltaïque est excellent pour alimenter de petits appareillages électroniques isolés et non raccordés au réseau : lampes, montres, appareils de mesure ou de communication, etc.. Mais pour avoir un un usage continu, il faut une batterie tampon.
              Un usage domestique dans des maisons ou dans des locaux industriels est intéressant s’il ne demande pas une forte puissance : chauffage de l’eau chaude sanitaire par exemple, mais pas le chauffage de la maison l’hiver.
              Il est évidemment intéressant dans des pays très ensoleillés et en des lieux isolés où il est difficile d’amener des lignes électriques : dans une îleou dans le désert  et en Afrique, pour tirer l’eau de puits et la purifier.

     Alors quoi de nouveau ?

               Deux industriels français viennent d’inaugurer la production unique au monde de panneaux solaires « souples », constitués de films organiques, sur lesquels on dépose la couche photovoltaïque des quelques nanomètres, composée de cuivre - indium - gallium - sélénium.                   
              Ils ont quelques nanomètres (quelques milliardièmes de mètre c’est à dire quelques millionnièmes de millimètres) d’épaisseur, sont souples et flexibles, transparents et faciles à poser. Ils peuvent même être colorés pour faire des éléments décoratifs.
              C’est utilisable bien sûr sur de petits appareils, mais le plus intéressant c’est de le poser sur des surfaces transparentes, de vitres de fenêtres par exemple.
              Le rendement est moins bon (100 W par m2), mais les surfaces possibles considérablement plus importantes et on peut utiliser ce courant pour de petites actions : ouvrir un store ou un volet roulant, les vitres d’une voiture, l’écran d’un micro-ordinateur, une alarme …

               Le problème est de baisser les coûts.

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  •            Il est difficile de trouver des chiffres comparatifs du coût de production d’électricité, selon les diverses filières de production, car les études qui partent des prix des contrats reposent sur des chiffres très variables, conclus dans des conditions différentes.

                La solution qui semble la plus satisfaisante est  d’essayer d’analyser le coût économique d’investissement, (amortissement), de fonctionnement (exploitation, entretien), et éventuellement d’approvisionnement en combustible.

                Je suis parti d’une analyse faite en 2017, par l’Union des Comités locaux de LYON, (UCIL), très complète et documentée, qui a utilisé cette méthode et dont je recopie les deux schémas ci-après.

               Le premier schéma est un coût de production sans tenir compte du raccordement au réseau. ( il y a deux coût pour le nucléaire l’un pour les centrales actuelles, l’autre pour les centrales de troisième génération à sécurité beaucoup renforcée- par exemple EPR.  Il y a également un poste « éoliennes + STEP - stockge de l’énergie par pompage d’eau)

     

    Comparaison des diverses filières de production d'électricité.

                Le coût de l’éolien est élevé, car son taux de disponibilité est faible (20% pour l’éolien terrestre, 40% pour l’éolien maritime), et son coût de maintenance plutôt élevé encore plus pour l’éolien maritime.

               Le coût du photovoltaïque est plus élevé que son coût de rachat par EDF, même si l’on peut extrapoler sur le fait que le coût d’investissement baissera dans l’avenir. En effet, son rendement énergétique reste faible. Son coût élevé provient du fait que le photovoltaïque ne produit qu’une faible partie de sa puissance nominale, compte tenu de la variabilité d’éclairement.
    Ce coût devrait baisser, par diminution du coût des panneaux et une amélioration du rendement des cellules.
               Le solaire par chauffage par des miroirs des sels fondus serait beaucoup moins cher, du fait de la plus grande durée journalière d'utilisation.

                Le coût des centrales au fioul est élevé à cause du coût du combustible, même s’il est au plus bas en ce moment.

               Le coût des centrales au gaz est l’un des plus bas, en raison du faible investissement nécessaire et du coût du gaz très bas en 2016. Les centrales CCG utilisent en parallèle une turbine classique à vapeur et une turbine à gaz, avec échangeur pour créer la vapeur

               Cependant, vu l’épuisement progressif des réserves, les combustibles thermiques (gaz, fioul) ont atteint leur maximum de production et les coûts de production devront fatalement remonter dans un avenir qu’il est difficile de fixer, car soumis à des décisions géopolitiques.

                Le coût de la filière charbon est l’un des plus bas, car le coût actuel du charbon est très faible. Cependant les réserves de charbon restent importantes (120 ans). Des études nombreuses cherchent à créer des centrales CCS, avec stockage du CO2 produit; Cela reviendrait évidemment nettement plus cher.

                L’appréciation de la filière des centrales utilisant la biomasse est complexe, car les solutions sont diverses. 

               Le coût du nucléaire est en augmentation dans les nouvelles centrales de 3ème génération (genre EPR), plus sûres mais plus complexes, notamment quant au refroidissement et au stockage du combustible (enseignements de Fukushima).

               Le deuxième schéma est un coût de production qui tient compte du raccordement au réseau.

                Il pénalise surtout les énergies éolienne et solaire, intermittentes, mais aussi pour l’éolien avec des sources de production nombreuses et éloignées.

     

    Comparaison des diverses filières de production d'électricité.

                En définitive, si elles n’étaient pas soutenues par les Etats (surtout en France), donc par les contribuables, les énergies dites renouvelables intermittentes seraient une mauvaise affaire pour les investisseurs pour le consommateur qui finance en France, le surcoût via une taxe fiscale, la CSPE, fixée à plus de 2 c€/kWh en 2016. 
               
    Et, n’en déplaise au écologistes, si ces énergies venaient à fournir une part importante de l’électricité, le bilan en CO2, serait faible, compte tenu de la nécessité de suppléer aux manques dus à leur caractère intermittent, par des centrales au gaz.
               De plus les décisions des gouvernements français successifs ont été pris uniquement sur de coûts de production, sans tenir compte du coût prohibitif de raccordement au réseau.

                La Cour des Comptes française a d’ailleurs critiqué sévèrement lapolitique énergétique (notamment en mars 2018).

               Elle chiffre le soutien public aux énergies renouvelables auquel s’est engagé l’Etat par les contrats signés avant 2017, au bénéfice des producteurs d’électricité d’origine éolienne et photovoltaïque, à 121 milliards, qui seront distribués à un rythme annuel qui va passer par un pic à 7,18 milliards en 2025 : « des charges importantes, durables et mal évaluées ».

               Elle considère qu’il aurait fallu « asseoir la politique énergétique sur des arbitrages rationnels fondés sur la prise en compte du coût complet des différentes technologies ». 

               La Cour des Comptes a calculé que le soutien à l’électricité photovoltaïque, est prohibitif, pour un résultat infime. Les seuls contrats signés avant 2010 pèseront, au total, lorsqu’ils seront arrivés à terme 8,4 milliards d’euros pour les finances publiques,  pour 0,7% de la production d’électricité.

               Ces dépenses publiques massives, prélevées sur les consommateurs via la facture d’électricité par une taxe sur leur consommation d’électricité, auraient du avoir deux objectifs raisonnables et justifiés: d’une part agir pour maîtriser les émissions de gaz à effet de serre, et d’autre part, contribuer à créer des filières industrielles générant de l’emploi sur le territoire national.
               D‘abord, le résultat est climatologiquement très faible, car il cible la production d’électricité au lieu de viser les secteurs les plus émetteurs de gaz à effet de serre, comme le chauffage ou les transports routiers. Comme le système électrique français, dont le socle est constitué du nucléaire et de l’hydro-électricité, est déjà décarboné à près de 95%, il ne peut donc constituer une cible efficace pour l’action climatique.
               Les finances consacrées à la production d’ électricité par le énergies renouvelables est dix fois supérieur à ceux consacrées au chauffage et au transport.
               Quant à la filière industrielle, la Cour montre que aucune industrie française de production n’a été développée et que la plupart des panneaux solaires et des éoliennes ont été achetés à l’étranger, et que l’éolien et le photovoltaïque n’ont créé que des emplois de montage et d’entretien (environ 20 000) et qu’en concentrant la dépense publique sur les énergies renouvelables thermiques (bois, géothermie, réseaux de chaleur, pompes à chaleur), on aurait pu davantage diminuer les émissions à effet de serre, et créer plus d’emplois durables.

                En définitive, la politique menée par les gouvernements successifs en matière d’énergies renouvelables a coûté très cher aux contribuables, sans avoir un effet significatif sur les émissions de gaz à effet de serre, et sans créer ni industrie, ni emplois de façon importante. En fait, son but essentiel était de conserver les voix des écologistes en diminuant la part du nucléaire, alors que cette énergie est moins chère et moins polluante.

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  • Produire l'électricité à partir de l'énergie solaire : aspects économiques.

     (la centrale photovoltaïque française de Toul-Rosières)

     

            Après les aspects techniques de l’énergie photovoltaïque, voyons en les aspects économiques

     L’énergie photovoltaïque dans le monde :

              Le photovoltaïque a produit environ 2,14 % de l'électricité mondiale en 2017.
              Le tableau ci-dessous donne par pays ayant fait effort dans le domaine solaire, d’une part la puissance totale installée fin 2017, et d’autre part la quantité totale annuelle d’énergie produite.

    Produire l'électricité à partir de l'énergie solaire : aspects économiques.

               La Chine produit 60% des cellules photovoltaïques dans le monde avec sept des plus grandes entreprises. Deux américains et une firme allemande/Corée se partagent une grande partie du marché restant, un certain nombre d’entreprises ayant fait faillite dans les années 2010, notamment allemandes et américaines.
              Le gouvernement français n’a pas su développer une industrie dans ce domaine.  La firme Evasol a fait faillite en 2012 et la firme Voltec-Solar n’a que de très faibles capacités, comparées aux grands producteurs mondiaux. EDF énergies nouvelles n’est pas un fabricant mais finance la construction d’installations.

     L’énergie photovoltaïque en France :

               Le photovoltaïque s’est développé en France à partir de 2000 grâce à des subventions importantes de l’Etat quant au kw acheté (ou excédentaire racheté) et donc payé par le contribuable, mais aucun effort n’a été fait pour developper la production de cellules et de panneaux.
              Il a fourni 9,2 TWh en 2017, soit 1,7 % de la production électrique.
              En termes de puissance installée, la France se situait en 2017 au 8e rang mondial et au 4e rang européen; mais en termes de puissance installée par habitant, elle se trouve reléguée au 15e rang
              Elle était au 7e rang des producteurs européens d'électricité photovoltaïque en 2017 avec 7,6 % de la production européenne, derrière l'Allemagne, l'Italie, le Royaume-Uni.
              Le « facteur de charge » (production réelle due aux interruptions par rapport à une production théorique) est faible : entre 10 et 15 %.
              Le graphique ci-dessous montre que les 3/4 des installations sont de petites installations individuelles de moins de 3 kW, mais qui ne représentent que 10% de l’énergie. Les centrales de puissance supérieure à 250 kW sont peu nombreuses mais représentent la moitié de l’énergie totale installée.

    Produire l'électricité à partir de l'énergie solaire : aspects économiques.

               La liste des centrales photovoltaïques françaises est donnée dans le tableau ci-dessous :

    Produire l'électricité à partir de l'énergie solaire : aspects économiques.

                Le développement du solaire individuel  a été encouragé par un système de soutien aux énergies renouvelables sous la forme de l'obligation d'achat de ces énergies par les fournisseurs d'électricité à un tarif réglementé (institué par la loi no 2000-108 du 10 février 2000) ; le surcoût de ce tarif réglementé par rapport au prix de marché est remboursé au fournisseur d'électricité grâce à une taxe sur les factures d'électricité dénommée contribution au service public de l’électricité (donc payée par le consommateur).
                Le coût de ce système ayant été fortement critiqué par les autorités de contrôle financier et l’Europe ayant essayé d’harmoniser les aides, plusieurs modifications de ces tarifs ont eu lieu, à la baisse, mais par contre l’Etat a lancé de nombreux appels d’offres, non seulement pour des installations importantes, mais aussi pour des installations moyennes  sue des bâtiments.
                A titre d’exemple voici les tarifs d’achat consentis en  2014, extrêmement avantageux par rapport au prix du marché (et donc payés par le consommateur). Ils ont baissé actuellement d’environ 10 % (source : Eurostat81):  
                            
    - ménages (2500 à 5 000 kWh) : 16,71 c€/kWh TTC

                            - professionnels (< 20 MWh) : 16,42 c€/kWh TTC;
                            - petits industriels ( 20 à 500 MWh) : 13,63 c€/kWh TTC;
                            prix de gros sur le marché : 4 à 5 c€/kWh (fourchette années 2010-2013).
                Une loi en préparation devrait instituer une prime à l’investissement, mais une réduction du tarif de rachat de l’électricité en surplus à 6 c€ le kWh.
                Compte tenu de ces mesures, le prix de production de l’énergie photovoltaïque serait du même niveau que celui de la fourniture EDF ou autre, de l’ordre de 15c€ compte tenu des multiples taxes, mais le retours d’investissement restent de l’ordre de dix ans..

    Les coûts de cette énergie :

                 Il faut distinguer le coût des investissements et celui du kWh.
                
    L’ADEME, en 2012, donnait les coûts approximatifs suivants des investissements : - 2,2 à 3,5 €/W pour des systèmes de puissance nominale inférieure à 3 kW, mais des frais d’intégration aux structures du bâtiment peuvent augmenter ce coût.

                            - 1,5 à 4 €/W pour un système en toiture inclinée ou terrasse de puissance supérieure à 36 kW ;
                            - 1,8 à 3,2 €/W pour une centrale au sol de puissance supérieure à 1 MW.
     Ces coûts ont baissé du fait de la diminution du prix des panneaux solaires. 

                Le coût du kWh est assez variable, car il dépend du montant de l’investissement, de la durée de l’amortissement (en fonction de la longévité des matériels) et du rendement climatique fonction de l’ensoleillement.
                Wikipédia donne des indications qu’on peut résumer ainsi :
                             - pour une installation domestique, un prix de revient selon la quantité produite (donc de l’ensoleillement) compris entre 13 et 24 c€ le kWh.
                            - pour des centrales anciennes le prix du MWh en France était de l’ordre de  380 €/MWh en 2014
                Mais la baisse des coûts des panneaux solaires entraine une baisse de ces coûts dans des pays ensoleillés : 100 €/MWh et 66 €/MWh dans le sud du pays, en France, 80 €/MWh en Afrique ou en Inde, voire 40 €/MWh au Chili et 48 €/MWh à Dubai. Un projet dans le Emirats Arabes Unis aurait été proposé à 30 €/MWh pour une centrale de 800 MW. On peut se demander si ces deux derniers cas ne sont pas du dumping.

                 Bref il est difficile d’évaluer le coût économique du solaire, car les chiffres du marché sont très variables, les conditions des contrats et les lieux d’exploitation étant très différents.
                Par ailleurs ces coûts sont estimés sans celui du raccordement au réseau, ni, dans le cas d’une augmentation sensible de cette filière, celui du complément en centrales à gaz nécessaires du fait de l’intermittence de cette production.
                D'autre part le gain en production de CO2, si on tient compte de la fabrication des éléments et surtout de celui produit par les centrales à gaz complémentaires, et finalement assez faible.

                En définitive, compte tenu du faible rendement des cellules solaires et de la présence intermittente du soleil, qui intervient en milieu de la journée, au moment où l’on a le moins besoin d’électricité, le solaire reste une énergie chère et finalement peu efficace au plan écologique

      Dans un prochain article, j’essaierai de voir ce que l’on trouve en matière de comparaison des diverses filières de production d’électricité, et par ailleurs ce que la Cour des Comptes a écrit sur la politique énergétique française.

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  •             Je continue aujourd’hui mes articles sur les énergies dites « renouvelables « , mot qui ne signifie pas grand chose (l’énergie nucléaire d’un surgénérateur utilisant du Thorium est tout autant renouvelable, les cellules solaires ont une durée de vie limitée et il faut par ailleurs de l’énergie pour fabriquer les panneaux solaires), mais je les appellerai « intermittentes », car il n’y a pas d’énergie s’il n’y a pas de vent ou de soleil.

                Après les éoliennes ou hydroliennes, j’examinerai le solaire.

                  Actuellement le solaire consiste essentiellement à utiliser des matériaux qui transforment les photos émis par le soleil en électrons que l’on collecte sous forme d’un courant électrique : c’est l’énergie photovoltaïque.

                Le problème des cellules photovoltaïques est quintuple : leur rendement est très faible, elles produisent un courant continu, de faible voltage (environ 0,5 V), et elles sont relativement chères (et certaines peu fiables). De plus si l’on veut des puissances importantes, cela mobilise des surfaces très importantes et enfin le soleil n’est pas présent de façon homogène, en fonction de l’heure et de la météorologie, et évidemment absent la nuit et l’exposition solaire est difficilement prévisible.

     
    Produire l'électricité à partir de l'énergie solaire : aspects techniques.   
    Les cellules photovoltaïques peuvent être vues comme un empilement de matériaux :

                  la couche active constituée d’un premier matériau accepteur d’électrons et d’un second matériau donneur d’électrons.
                  les contacts métalliques avant et arrière,constituant les électrodes positive et négative qui collectent le courant généré ;
                  des couches supplémentaires comme un anti-reflet ou une couche plus fortement dopée permettant d’améliorer les performances de la cellule : meilleure absorption de la lumière, meilleure diffusion des porteurs de charges dans le matériau....

                 C’est le matériau absorbeur qui diffère selon les cellules.
                Les premières cellules photovoltaïques monocristallines étaient d’un coût prohibitif. Elles ont été replacées par des cellules polycristallines moins chères et d’une durée de vie importante (une trentaine d’années). Leur rendement est de l’ordre de 15 à 20 %
                On voit apparaître des cellules souples, constituées de silicium amorphe sur des supports plastiques (je ferai un article à ce sujet).
                Mais le rendement, déjà peu élevé, est de l’ordre de 3 à 7%. Le prix, au début assez élevé, baisse considérablement et devrait donc rendre compétitif, à surface égale,  les panneaux constitués de ces modules.
                Des matériaux autres que le silicium sont utilisés : Tellure de Cadmium, , Arséniure de Gallium, Cuivre/indium/sélénium….
                Outre le rendement faible des cellules, il faut tenir compte du rendement d’émission solaire, due à la variabilité de l’atmosphère et à la nuit. (puissance réelle produite/ puissance théorique nominale homogène sur 24h) Les rendements moyens sont de 13% en France, 11% en Allemagne et 21% en Espagne. Ils sont très variable d’un mois sur l’autre et d’une année sur l’autre. De ce fait, 1 GW nucléaire produit en moyenne 7 à 8 TWh/an, contre 1,2 TWh/an pour 1 GW photovoltaïque.

                 L’énergie photovoltaÏque est très bien adaptée à l’alimentation de petits appareils électroniques, qui ne demandent qu’une puissance faible et disposent d’un batterie que la cellule photoélectrique recharge. Cela a d’ailleurs été sa première utilisation.

                Elle peut être considérée comme intéressante pour un emploi local dans des maisons individuelles, bien qu’actuellement la limitation en surface de panneaux ne permet pas de disposer de plus de 3kW et que d’autre part elle ne permet pas le chauffage et à l’éclairage, la nuit, sauf batteries importantes de stockage. Elle sert surtout au chauffage de l’eau sanitaire et à l’alimentation de machines utilisées le jour.
                Elle est actuellement d’un coût déjà élevé, bien qu'on n'ait pas besoin de la transporter puisque produite sur place.

                 Par contre les centrales solaires photovoltaïque sont à mon avis d’un intérêt limité.
                Pour pouvoir transporter l’énergie sans pertes prohibitives, il faut transformer le courant continu en alternatif au moyen d’onduleurs, puis élever la tension, ce qui rajoute un rendement négatif supplémentaire important, avant l’injection dans le réseau, et un coût prohibitif de raccordement au réseau de distribution. D’autre part la discontinuité de l’ensoleillement rend le stockage nécessaire. C’est donc une énergie très chère.
                Les surfaces nécessaire sont prohibitives. Si l’on voulait assurer la production mondiale d’électricité il faudrait 100 000 km2, soit la surface de l’Irlande.
                Des centrales flottantes sur la mer sont développées au Japon.

    Produire l'électricité à partir de l'énergie solaire : aspects techniques.

                 La centrale française EDF près de Nancy, comporte 1,4 millions de panneaux solaires de 120 X 60 cm, avec une puissance théorique de 125 Mw, couvre 367 ha et fonctionne depuis 2012. Les modules sont fabriqués par la firme américaine First Solar et utilisent le tellure de Cadmium. Elle a coûté 430 M€.

                 Une autre utilisation possible de l’énergie solaire n’est malheureusement pas très répandue et serait probablement plus rentable au plan de centrales : les installations thermodynamiques.

                Les premières étaient de petites installations mobiles destinées à un emploi particulier. On recevait les rayons solaires sur un miroir parabolique qui concentrait l’énergie sur un récepteur (figure de gauche ci-dessous) ou bien sur des miroirs cylindro-paraboliques qui concentraient l’énergie sur des tuyauteries contenant un fluide à réchauffer (figure de droite ci-dessous). Le but n’était pas forcément de produire de l’électricité mais de chauffer une installation.

    Produire l'électricité à partir de l'énergie solaire : aspects techniques.Produire l'électricité à partir de l'énergie solaire : aspects techniques.

     

               De telles installations ont été expérimentées en France à Odeillo, dans les années 80, par des services de l’Etat, mais les pouvoirs publics ne s’y sont jamais intéressé.

                Des installations à l’échelle de centrales peuvent en être déduites selon les deux schémas ci-dessous. Dans la première une multitude de petits miroirs paraboliques placés en cercle autour d’une tour, concentrent l’énergie solaire sur un récepteur dans lequel circule un fluide caloporteur. Dans la seconde les miroirs sont linéaires, ainsi que le récepteur.

    Produire l'électricité à partir de l'énergie solaire : aspects techniques.Produire l'électricité à partir de l'énergie solaire : aspects techniques.

     

     

     

     

     

     

     

     

     


                 
    Le fluide caloporteur peut être de l’eau transformée en vapeur qui alimente ensuite des turbines classiques qui produisent l’électricité. Il peut être aussi constitué de sels fondus qui transforment l’eau en vapeur dans un échangeur. L’avantage des sels fondus est leur température (environ 650 d°), ce qui permet de continuer à produire de la vapeur pendant une certaine durée, alors que l’intensité de l’ensoleillement à disparu.

                Une grande centrale de ce type existe en Espagne, Gemasolar, près de Séville, constituée de 2500 héliostats qui concentrent la chaleur solaire sur un récepteur dans la tour, contenant des sels fondus, ce qui les chauffe à 900 degrés et permet de produire de l'électricité pendant 15 heures sans ensoleillement.Elle produit trois fois plus d'énergie qu'une centrale photovoltaïque de même puissance. D'une puissance de 20 MW, elle produit110 GWh/an, et alimente en électricité 25 000 foyers en Andalousie. Elle a coûté 710 millions d'euros.
    Seul inconvénient : elle couvre 187 hectares.

     

    Produire l'électricité à partir de l'énergie solaire : aspects techniques. 

     

     

     

     

     

     

     

     

                Dans le prochain article, je parlerai des aspects économiques de l’énergie solaire photoélectrique.

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