mercredi 23 novembre 2011

Comparaison des filières de production électrique

Coût de l’énergie primaire ~ coût variable
(hors amortissement et frais fixes)

La situation est très contrastée entre les filières, dont le coût variable est : 

  • nul pour les centrales hydrauliques, éoliennes, photovoltaïques, 
  • extrêmement bas pour les centrales nucléaires, 
  • élevé à très élevé pour les centrales thermiques à charbon,  gaz et fuel.
Investissement (hors subventions) / puissance nominale

On appelle puissance nominale (ou installée) la puissance maximum qu’une installation pourra produire dans les conditions optimum. Le coût du MW installé varie dans des proportions considérables. Il est : 

  • très bas à bas  pour les centrales thermiques à gaz, fuel,  charbon, et cycle combiné, 
  • moyen pour les centrales hydrauliques de haute chute, 
  • élevé pour les centrales hydrauliques de basse chute ou au fil de l’eau, 
  • très élevé pour les centrales nucléaires, 
  • rédhibitoire pour l’éolien et le photovoltaïque qui ne peuvent exister sans subventions.
Taux de disponibilité

C'est le quotient entre la production possible sur l'année, et la production que l'on obtiendrait si elle pouvait travailler à pleine puissance toute l'année. Cela ne signifie pas que cette disponibilité sera nécessairement utilisée par l'exploitant (centrales thermiques). Appliqué à la puissance nominale, ce ratio donne la puissance moyenne qu'il est possible d'obtenir.

Ce taux est proche de 100% pour les filières permettant une utilisation presque continue à une puissance proche du maximum, et décroit pour les filières ne pouvant être utilisées en continu, quelle qu’en soit la raison. Par ordre décroissant :
  • Les centrales thermiques sont les plus souples, capables de démarrer ou de s’arrêter très rapidement,  presque instantanément, et aussi de produire en continu, y compris à puissance réduite. Elles sont, à cet égard, idéales. Mais compte tenu du coût élevé de leur énergie primaire et de leurs émissions importantes, leur taux d’utilisation effectif est bas.
  • Les centrales électronucléaires peuvent produire à leur puissance nominale en continu, ne sont limitées que par les opérations de maintenance, et peuvent atteindre, en moyenne annuelle, autour de 80%, selon l’âge du parc. Elles sont peu souples et ne permettent pas de variation rapide de la puissance produite. Pour une bonne utilisation du combustible, il est préférable de ne pas les faire fonctionner à puissance réduite.
  • Les centrales hydrauliques, éclusées ou de haute chute, sont constamment et instantanément disponibles, mais ne peuvent pas fonctionner au-delà de leur constante de temps, sous peine d’assécher leur retenue (bief ou lac supérieur). Elles sont particulièrement utiles pour répondre aux pointes de consommation.
  • Les centrales au fil de l’eau sont fonction du débit du cours d’eau qui varie fréquemment dans un rapport de 1 à 10 entre l’étiage et la crue dont les dates ne se maîtrisent pas.
  • L’énergie marémotrice ne fonctionne que par intermittences, aux hautes et basses mers, et n’atteint sa puissance nominale qu’en vives-eaux, c'est-à-dire rarement. Il en va de même pour les hydroliennes
  • L’éolien est disponible quand il y a du vent, mais pas trop, ce qui est peu prévisible. La production moyenne annuelle des éoliennes installées sur les sites les plus favorables  (reliefs et/ou régions ventées) ne dépasse pas 18% de leur puissance nominale, ou 25% attendu pour l’éolien en mer.
  • Le photovoltaïque est le pire : il produit quand le soleil est dégagé et situé dans un bon angle, à la fois inférieur à environ 45° de la perpendiculaire au panneau, et 60° de la verticale, c’est à dire en milieu de journée et autour du solstice d’été par ciel clair. La puissance moyenne sur l’année pour des panneaux fixes est de l’ordre de 15% de leur puissance nominale (= soleil au zénith et panneau horizontal).
Les quatre énergies précédentes sont dites « fatales » : on ne maîtrise en rien leur production, et on se limite à l’utiliser quand elle tombe.

Ces particularités permettent d’expliquer, pour chaque filière, l’écart entre la production réelle par an et la production théorique qui résulterait de l’usage de l’installation de production à  puissance nominale pendant toute l’année, soit 8 760 heures :

 
  •  Les énergies fatales tombent quand elles peuvent. Elles sont donc, par la force des choses, très loin du 100%.
  • Les Les centrales nucléaires, dont l’énergie primaire (uranium) est très peu chère, et qui n’émet pas de CO2, est chargée à son maximum, qui n’est limité que par la maintenance, et  par la demande d’énergie qui peut être inférieure à la capacité du parc nucléaire disponible, notamment en été.
  • Les centrales hydrauliques de haute chute  et les centrales thermiques jouent le rôle de variable d’ajustement en cas de demande excédant la capacité du nucléaire (pointes de consommation), ou d’augmentation rapide de la demande, pour pallier à l’inertie du nucléaire.
Il va de soi que l’on privilégie les centrales hydrauliques gratuites et non émettrices de CO2, mais dont le temps de fonctionnement est limité par leur constante de temps, et que les centrales thermiques n’interviennent qu’en en dernier recours. Le graphique montre que ces dernières pourraient produire jusqu’à trois fois plus, ce qui serait à la fois :

  •          inutile car les périodes de pointe ne sont qu’un faible pourcentage du temps
  •          coûteux en raison du coût du combustible
  •         écologiquement mauvais en raison de leurs émissions de CO2.