vendredi 8 décembre 2017

9 - Energies secondaires « vecteurs d’énergie »


Dans l’onglet CO2 :
Les énergies :
Les utilisations :

Sujets Connexes


 (lignes 28 et 29 du tableau de synthèse)
  
L’électricité (28)

En France continentale, elle est produite très majoritairement (85%) par voie thermique, généralement non renouvelable :
  • 78% électronucléaire
  • 8% fossiles non renouvelables, principalement gaz et fioul, et charbon en cours d’extinction
  • <1 biomasse="" p="" par="" renouvelable="">
  • Rappelons qu’en raison du principe de Carnot, la voie thermique a un rendement de conversion en électricité qui n’excède pas 33% (nucléaire) à 58% (meilleures centrales à gaz à cycle combiné).
 Mais aussi 15% par voie mécanique renouvelable :
  • 12% hydraulique, dont certaines centrales de haute chute, dites STEPs, sont capables de stocker l’énergie électrique excédentaire pour la restituer pendant les crêtes de consommation, avec un bon rendement de l’ordre de (90%)² = 81%
  • 2% à 3% d’énergie éolienne, pour laquelle la notion de rendement n’a pas de sens.
  • Et enfin par panneaux photovoltaïques (PPV), de l’ordre de 1% à 2%, également sans notion de rendement.
L’énergie électrique (indépendamment de ses sources) a presque toutes les qualités :
  • Strictement non polluante
  • Pouvant être produites à partir d’énergies primaires très variées
  • Extrêmement souple, avec un excellent rendement de conversion avec l’énergie mécanique dans les deux sens, et ce, dans une très large gamme de puissances, du watt au gigawatt.
  • Aisément convertible dans ses différentes variantes de tension, d’intensité, de fréquence, de nombre de phases ou AC/DC.
  • Aisément transportable à des distances moyennes (quelques centaines de kilomètres) en THT, ou même longues avec des lignes DC THT (courant continu très haute tension) plus coûteuses.
Elle a aussi quelques inconvénients :
  • Au-delà de 42 V (norme TBT), elle est d’autant plus dangereuse que la tension est élevée, pour les personnes (électrocutions) et les biens (court circuits, amorcages, courants de défaut, échauffement).
  • Elle est pratiquement impossible à stocker en l’état (condensateurs secs) et difficilement par voie électrochimique (batteries et super-capacités coûteuses), mais elle est stockable sous forme d’énergie potentielle dans les STEPs (centrales hydrauliques réversibles de haute chute) en montagne de capacités limitées et peu extensibles.
  • Sa disponibilité est limitée à celle des énergies primaires utilisées pour sa production, donc pratiquement très large.

L’hydrogène 
(ligne 29 du tableau de synthèse)

Il n’a que deux modes de production envisageables :


  • A partir des hydrocarbures : par reformage principalement du méthane (ligne 19), au prix d’une forte émission de CO2, mais pouvant être auto-thermique, c'est à dire sans apport d’autre énergie extérieure. L’enthalpie latente de l’hydrogène ainsi produit est de l’ordre de 50% de celle du méthane consommé, soit un rendement de 50%.
  • L’électrolyse de l’eau (ligne 28) est envisageable, mais est extrêmement consommatrice d’énergie électrique. L’enthalpie latente de l’hydrogène produit est de l’ordre de 70% de l’énergie électrique consommée.

Une fois produit, l’hydrogène est stockable :
  • Durablement sous forme comprimée à pression élevée, mais sa légèreté conduit à des réservoirs volumineux et solides, et donc lourds, et l’énergie utilisée pour la compression obère le rendement de l’opération
  • Pour quelques heures, après liquéfaction à très basse température qui consomme environ 30% de son enthalpie de combustion.
  • Dans des hydrures métalliques qui sont l’objet de recherches.
 Sa réutilisation peut être effectuée :
  • Directement en énergie électrique par des piles à combustibles coûteuses, de durée de vie limitée, et d’un rendement n’excédant pas 50%
  • En énergie mécanique par des moteurs à gaz, ou turbines à gaz pouvant être à cycle combiné, avec un rendement de 35 à 55%
  • En énergie thermique par combustion avec un rendement de 100%
  • Cette réutilisation de l’hydrogène est strictement non polluante puisque qu’elle n’émet que de l’eau.
Il a peu d’intérêt en matière d’énergie de réseau en raison des médiocres rendements cumulés, mais il offre aux véhicules routiers une alternative aux batteries avec un avantage de puissance massique, donc d’autonomie. Il est théoriquement utilisable, sous forme liquéfiée, comme carburant aéronautique en remplacement des hydrocarbures. Il est utilisé depuis longtemps en tant que carburant en association avec l’oxygène liquide comme comburant pour les moteurs-fusées où il constitue de couple carburant /comburant le plus performant.


Résumé des vecteurs :