vendredi 18 novembre 2011

Contraintes de fonctionnement d'un réseau de distribution électrique



Aucune filière de production n’a toutes les qualités. Il y a donc lieu de les combiner au mieux entre elles pour assurer le fonctionnement du réseau aux moindres émissions, pollutions  et coûts d’investissement et d’exploitation.

Rappelons ci-dessous les contraintes d’un réseau électrique, français par exemple.



L’énergie électrique est pratiquement impossible à stocker :

La seule méthode de stockage utilisée est la centrale hydraulique réversible de haute chute, dont on remplit le niveau supérieur en consommant de l’énergie en heures creuses, et que l’on vide en produisant  de l’énergie aux heures de pointe. Le rendement est bon, supérieur à 80%. Mais il faut du relief et de l’eau : la Suisse s’en est fait une spécialité !

Les batteries d’accumulateurs sont une vue de l’esprit :
·        Une batterie plomb-acide de 100 AH en 12 V, qui pèse 15 kg, cyclée sur la moitié de sa capacité ne permet  de stocker que  100A x 12V / 2 =  600 wh, soit  0,6 kwh. Il en faudrait 25, soit 400 kg, (~ 3 000 €) pour absorber une pointe de 5 KW pendant 3 heures, (valeur < 1 €) et ce avec un rendement qui ne dépasse pas 75%, et avec ne longévité de l'ordre de 500 cycles seulement.
·        Une batterie ion-lithium, très coûteuse, est seulement 5 fois plus performante.
·        Leur durée de vie est faible, en temps comme en nombre de cycles
·        Ce sont toutes des désastres écologiques !

Contrairement à une idée très répandue, l’énergie électrique se transporte mal, en raison de pertes en ligne très significatives au-delà de 2 à 300 km. Ainsi, les pertes annuelles du réseau français atteignent 33 Twh sur une énergie livrée de 400 Twh, soit 8%.  Le transport a un coût d’investissement élevé : les lignes THT et les transformateurs associés.

Le problème fondamental que l’exploitant est le suivant :
A tout moment, la demande d’énergie électrique d’une région déterminée doit absolument, sous peine de « crash », être satisfaite par une production exactement équivalente provenant de centrales pas trop lointaines.

 Cette demande est extrêmement variable au cours de l’année (30 à 102 Gw, soit un facteur 3,4 !). Les pointes sont brèves : quelques heures par jour, en début ou fin de nuit, et ce en hiver, quand il fait très froid, soit quelques jours par an. Toutes les filières de production sont alors mobilisées successivement, pour que leurs puissances cumulées équilibrent la demande : nucléaire, hydraulique, thermique à cycle combiné, thermique au gaz conventionnelles, thermiques au charbon. Malheureusement, les énergies « fatales » n’y contribuent pas ou très peu :
·        Le photovoltaïque pour zéro, puisqu’il fait nuit
·        On ne peut compter sur l’éolien qui peut faire défaut, d’autant que les froids extrêmes correspondent souvent à des régimes anticycloniques d’hiver pendant lesquels il n’y a pas ou peu de vent.
·       L’usine marémotrice, ou les hydroliennes, seulement si sa production tombe au bon moment et seulement pour une partie de sa puissance, car les marées d’équinoxes ne sont pas en période très froide !
·        Les centrales au fil de l’eau pour très peu, car les pointes de froid ne coïncident que rarement avec des gros débits.

Un réseau déterminé doit donc répondre à deux critères indispensables, mais très différents :
·     Produire en dehors des pointes une énergie de base bon marché et peu émettrice de CO2. Un investissement lourd est acceptable (hydraulique, nucléaire), puisqu’il s’amortira sur une production importante et durable
·        Disposer dans les filières toujours disponibles, même onéreuses et émettrices de CO2, d’une puissance installée suffisante qui permette d’assurer la production de pointe pendant la durée (brève) de celle-ci, avec un investissement limité (électrothermique).