lundi 23 novembre 2015

Etape 3 : Substitution électronucléaire

Etape 3 : Substitution électronucléaire


Rappelons que le profil de notre blog fait figurer le « politiquement correct » dans la liste des « je n’aime pas ». Personne n’ose parler de ce qui suit, qui est pourtant absolument évident, et constitue une voie majeure pour réduire les émissions de CO2, et limiter le changement climatique. Nous le faisons en toute indépendance, sans tabou et sans militantisme d’aucun bord, avec l’objectivité nécessaire aux décisions technico-économiques.

Voyons les réductions d’émissions que l’électronucléaire permet de réaliser :
  • Elle est sans effet direct sur la production de fonte dans les hauts fourneaux. Indirectement, le moindre coût de l’aciérie électrique (retraitement des ferrailles) permet un meilleur recyclage des métaux ferreux, et donc une moindre demande en fonte. C’est peu de chose, et difficile à chiffrer, donc non pris en compte ici.
  • En agriculture et industrie, la quasi-totalité des besoins en chauffage (fours, serres, bâtiments agricoles et industriels, traitements thermiques…), en énergie mécanique autre que mobile (pompes, ventilateurs, usinage, manutention…) et en éclairage peuvent provenir de l’électronucléaire. Une baisse de 60% du gaz naturel est envisageable. Compte tenu des applications de  mobilité nécessitant du gazole, cette baisse serait plutôt de 30% pour le pétrole.
  • En chauffage résidentiel et tertiaire, l’électronucléaire est presque partout substituable aux combustibles fossiles, selon des modalités à examiner de plus près :
  • Les applications de chauffage sont avantageusement réalisées par des pompes à chaleur qui permettent une efficacité énergétique très supérieure à 100%, de l’ordre de 200% (aérothermiques), 300% (géothermiques) et même 500% (hydro-thermiques).
  • L’investissement  lourd dans les centrales électronucléaires, dont le prix de marché se situe autour de 3 milliards d’euros par GW (ce qui ne fait que 3 000 €/KW), n’est économiquement possible que si la centrale produit en moyenne au moins 75% de sa puissance nominale. Il n’est donc pas envisageable de dimensionner le parc électronucléaire pour les pointes de consommation.
  • Il est donc souhaitable de généraliser le chauffage biénergie par adjonction d’un chauffage de base électrique de faible puissance, à tous les bâtiments actuellement chauffés au fioul ou au gaz. Il est utilisé seul jusqu’à concurrence de la puissance nucléaire installée, les pointes de consommation restant assurées par le fioul et le gaz.
  • L’extension simultanée des pompes à chaleur qui réduisent la consommation du chauffage électronucléaire, et des chauffages de base électriques qui l’augmentent doit permettre une large compensation, et donc une faible augmentation du parc nucléaire.
  • Dans les transports, la seule substitution possible est relative aux véhicules électriques à batterie, ou hybrides rechargeables. Malgré d’énormes distorsions de concurrence (subventions, avantages de circulation et de stationnement, pas de TICPE…), ils peinent à se développer en dehors de quelques marchés de niches (auto-partage urbain, flottes urbaines). Envisageons avec optimisme qu’ils puissent réduire de 10% la consommation globale de carburants, c’est-à-dire, avec une efficacité énergétique fortement accrue par les moteurs électriques remplaçant les moteurs thermiques, réduire d’un facteur 3 l’énergie consommée, devenue électrique.

Dans cette substitution, les facteurs économiques jouent un rôle essentiel




Cette substitution aboutit à elle seule une réduction de 28% supplémentaires de l’énergie fossile consommée et de des émissions de CO2, ce qui est énorme. Elle aboutit à une baisse cumulée des émissions de CO2 de 45%, ce qui excède l’engagement français de -40% en 2030, mais n’est tenable qu’avec un développement très modéré de l’énergie électronucléaire, qui implique le renouvellement des centrales en limite d’âge, et un petit nombre de tranches supplémentaires.

Etape 4 : aller plus loin avec les véhicules





L’objectif de -75% en 2050 nécessite d’aller vraiment plus loin, avec une évolution profonde des transports qui représentent 63% du pétrole consommé à la fin de l’étape  ci-dessus.

Le passage de la majorité, disons 60%, des véhicules sur source uniquement électrique, soit via des batteries, soit via le vecteur hydrogène, soit par des caténaires, est absolument inenvisageable avec des énergies fatales dont la production initiale est déjà très coûteuse, et dont le caractère fatal impose un stockage requérant des investissements lourds dont la durée de vie est limitée (batteries) ou dont le rendement est très médiocre (hydrogène). Il faut donc être conscient de ce que le passage aux véhicules électriques repose sur un accroissement important du parc électronucléaire.


Cet accroissement étant préalablement accepté, la transition de 60% des véhicules vers l’énergie électrique (via des batteries ou via l’hydrogène) a un impact considérable sur les émissions de CO2 : une réduction de 24% des sources fossiles, s’ajoutant aux précédentes pour aboutir à une baisse  cumulée des émissions de 58% par rapport à la situation actuelle. La transformation complète du parc roulant est une entreprise majeure qui impacte lourdement les constructeurs, les équipementiers, les réseaux d’énergie (électrique et hydrogène) le parc électronucléaire, l’industrie des batteries, la production d’hydrogène électrolytique, et l’achat par les utilisateurs de 20 millions de véhicules alternatifs.


Incitations économiques pour les étapes



Il n’est certainement pas souhaitable que l’Etat, ou l’Union Européenne, choisisse les solutions technique et les impose par voie réglementaire, même s’ils devaient suivre les présentes recommandations. La production comme la consommation énergétique sont bien trop complexes, et bien trop différentiées selon les pays (climat, relief, latitude, modes de vie, activités économiques…) pour qu’un choix administratif centralisé puisse apporter les solutions optimales : les malheurs d’Areva et les errements écolo-politiciens de la réglementation électronucléaire en apportent la preuve ! Une réévaluation constante des solutions par les marchés est indispensable.

Pour autant, le rôle de l’Etat est déterminant, principalement en tant que législateur, ou accessoirement en tant qu’actionnaire majeur de plusieurs acteurs majeurs (EDF, Areva, ENGIE). Il doit actionner quatre  leviers de portée générale, qui ne sont en rien des choix technologiques :
  • La taxe carbone, selon les principes existants, mais avec une réduction progressive des droits à émettre qui permette une hausse substantielle du cours du CO2, aux alentours de 30 € la tonne pour commencer, et qui continue d’augmenter si la tendance à la réduction des émissions ne se confirme pas. Elle devrait être réalisée à fiscalité totale constante, c’est-à-dire compensée par une baisse de la TVA d’un montant équivalent.
  • La facturation de l’énergie électrique constamment variable dans le temps selon les principes du « yield management » permettant de différer la consommation pour réduire les pointes de production et les émissions qu’elles entraînent.
  • La libéralisation de l’énergie électronucléaire, sous réserve de sa conformité aux normes de l’ASN après prise en compte des avis de l’IRSN.
  • La suppression de l’absurde coefficient 2,58 appliqué au chauffage électrique selon la norme RT 2012.



Ces incitations n’étant que le moyen de mettre en œuvre les dispositions des étapes 1 à 4, il n’y a pas lieu de les décompter en supplément dans la réduction des émissions de CO2

vendredi 6 novembre 2015

Remplacement du charbon par le gaz

Table des matières du blog www.8-e.fr

Sous la plume d’Anne Feitz, le quotidien « Les Echos » nous annonce une bonne nouvelle, que cependant il sous-estime : le remplacement en cours du charbon par le gaz.

Notons d’abord qu’il n’y a rien d’étonnant à ce que nos trois grands énergéticiens, EDF, GDF-Suez devenu ENGIE, et TOTAL cherchent à remplacer le pétrole par le gaz : aucun des trois n’est actif dans la production de charbon, tous ont le charbon comme concurrent « low cost », EDF exploite des centrales électrothermiques au charbon mais ne voit aucun inconvénient à lui substituer du gaz, ENGIE a le gaz pour métier principal, et donc tout intérêt à demander le relèvement du prix du carbone émis, afin de réduire la compétitivité du charbon.

Pour ne pas être désintéressée, leur position est néanmoins réellement écologique, même si ce n’est peut-être pas leur motivation première. La convergence entre l’économie et l’écologie est très importante, car elle permet de faire plus, plus vite et pour moins cher : c’est la première bonne nouvelle, même si elle n’est pas vraiment nouvelle.

Quand la journaliste écrit que « une tonne de charbon consommée émet 3,5 tonnes de CO2, contre 2,3 pour le gaz et 2,7 pour le pétrole », son appréciation, quoique exacte et favorable, laisse croire que le gain en émissions de CO2 n’est que de :
  • 1 – 2,7 / 3,5 = 23% pour le pétrole.
  • 1 – 2,3 / 3,5 = 34% pour le gaz
Ses comparaisons sont effectuées à masse primaire constante, alors qu’elles devraient être effectuées à énergie calorifique constante, à savoir, typiquement :
  • Charbon :            25 MJ/Kg
  • Pétrole :              42 MJ/Kg
  • Gaz naturel :      50 MJ/Kg
Nous  introduisons dans le tableau comparatif ci-dessous :
  • Colonne 2 : les émissions de CO2 par masse de combustible (Source « Enerdata » citée par Les Echos)
  • Colonne 3 : l’énergie calorifique (enthalpie) des différents combustibles
  • D’où en colonne 4 l’énergie calorifique obtenue par Kg de CO2 émis, et en colonne 5 leur comparaison, charbon base 100%. Le gaz émet presque 3 fois moins que le charbon pour les applications thermiques !
  • En colonne 6, le rendement (selon Carnot Clausius) de la conversion de l’énergie thermique en énergie électrique, la ligne gaz étant relative à une centrale à gaz à cycle combiné, ce qui est le cas de toutes les centrales récentes, mais pas de toutes les centrales existantes en France.
  • D’où, en colonne 7, l’énergie électrique obtenue par Kg de CO2 émis.
  • Et en colonne 8, la comparaison, toujours charbon base 100%. Le gaz émet presque 4 fois moins que le charbon pour les applications électrothermiques !





Energie thermique
Energie électrothermique
Combustible
CO2 Kg/Kg
EnergieMJ/Kg
MJ/ Kg de CO2
Comparais. émiss. CO2
Rendemt. conversion
MJ/Kg de CO2
Comparais. émiss. CO2
Charbon
3,5
25
7,1
100%
45%
3,2
100%
Pétrole
2,7
44
16,3
44%
45%
7,3
44%
Gaz naturel
2,3
50
21,7
34%
58%
12,6
26%

En termes d’émissions de CO2, le passage au gaz est une amélioration énorme  par rapport au charbon, et très significative par rapport au pétrole, dans toutes les applications thermiques, et plus encore dans les centrales électrothermiques au gaz.

     Centrale à gaz à cycle combiné –Photo Engie
 

Ces dernières ont des avantages propres :
  • Beaucoup moins chères que des centrales nucléaires, beaucoup plus vite construites, beaucoup moins contestées, ayant une trace carbone d’investissement limitée, elles ont aussi très peu d’inertie, avec une capacité à passer de 0 à 100% en quelques minutes, et une disponibilité totale, 24 heures par jour, 365 jours par an. Ce sont les centrales de pointes idéales, et sont tout à la fois capable de produire en continu.
  • Plus souples, capables de travailler à puissance réduite, elles les complètent très bien les centrales nucléaires qui doivent éviter les puissances réduites (usure hétérogène des barres de combustible) et dont les variations de puissance sont lentes.
  • En outre, elles complètent bien les énergies « fatales » qui produisent de façon aléatoire (éolienne, marémotrice, hydraulique au fil de l’eau), voire contra-cyclique (photovoltaïque). Elles sont préférables aux solutions de stockage envisagées à tort pour stocker les énergies vertes, solutions toutes très coûteuses et souvent de médiocre rendement (avec l’exception notables des STEPS, stations hydrauliques de haute chute, malheureusement limitées par la géographie).
Comme toutes solutions industrielles, elles ont aussi leurs contraintes et leurs limites :
  • Raccordement indispensable à un réseau gaz de gros débit, mais il est plus simple de transporter de l’énergie sous forme du gaz (par gazoduc) que sous forme électrique (par lignes THT).
  • Proximité d’un fleuve ou de la mer pour le refroidissement des condenseurs, comme toute autre centrale électrothermique ou électronucléaire.
  • Les hauts-fourneaux ne peuvent se passer de coke sidérurgique, obtenu par distillation du charbon, pour produire la fonte, base de l’acier, selon un procédé très émetteur de CO2, mais pour l’instant irremplaçable.
Pour réduire vite et fortement les émissions de CO2, elles constituent la solution la plus efficace, la plus rapide à mettre en œuvre, et la moins chère.

Pour faciliter cette transition énergétique, nul besoin de lourdes subventions ciblées qui faussent la libre concurrence, jettent un doute sur la validité économique des solutions subventionnées, et sont à la charge du contribuable. Non, ici il suffit de réduire les droits d’émissions de CO2 négociables pour faire remonter leur cours d’échange à au moins 30 à 35 €/tonne pour commencer, à augmenter très progressivement, au profit du budget de l’Etat, lequel devrait réduire d’autant la TVA, impôt neutre par excellence, s’il n’était pas aussi impécunieux.

La sagesse populaire l’exprime dans le proverbe :

Le MIEUX (zéro émission des énergies vertes à prix élevé dans un avenir lointain) est parfois l’ennemi du BIEN (gaz = 3 à 4 fois moins d’émissions facilement et à court terme).