LA PRODUCTION D'ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE SOURCES RENOUVELABLES

par Jean Louis BAL

Nous ne considérerons ici que la production d'électricité puisque l'objectif est de comparer les énergies renouvelables et l'énergie nucléaire. La production de chaleur reste bien entendu une application très importante des énergies renouvelables (solaire, bois, géothermie). Sont considérées comme énergies renouvelables toutes les énergies issues du soleil directement (énergie solaire) ou indirectement (énergies éolienne, hydraulique et biomasse), l'énergie issue du magma terrestre (géothermie) ou de l'attraction lunaire (énergies des marées). On retiendra ici la géothermie, la bioélectricité, l'hydroélectricité, l'énergie éolienne, la conversion thermodynamique de l'énergie solaire et la conversion photovoltaïque de l'énergie solaire. D'autres technologies sont envisageables dans l'avenir telles que l'exploitation de l'énergie des vagues ou des courants marins. Elles recèlent un potentiel considérable mais leur état de développement ne permet pas aujourd'hui de cerner de façon réaliste leur économie future. L'énergie marémotrice, quant à elle, malgré un potentiel et la réussite de l'installation de la Rance (240 MWe), semble avoir de trop grands impacts environnementaux pour pouvoir être développée.



 Production d'électricité à partir d'un système géothermal
Elle est possible à partir de gisements à haute température (> 150°C) ou à moyenne température (90 à 150°C). Dans ce dernier cas, on a recours à un cycle à fluide binaire (Rankine). Pour la haute température, suivant le caractère corrosif ou non-corrosif du fluide géothermal, on utilise un cycle indirect ou direct avec une turbine à vapeur. Les coûts du kWhe produit sont de l'ordre de 0,03 Euro pour la haute température et de 0,06 Euro pour la moyenne température. La puissance installée dans le monde est passée de 5.831 MWe en 1990 à 7.171 MWe en 1996 et 8.340 MW en 1998. La prévision pour 2000 est de 11.000 MWe. La production d'électriité était de 40 TWh en 1998. Les ressources à haute et moyenne température se trouvent dans des régions volcaniques ou de magmatisme récent.




Bioélectricité
Il y a de multiples façons de produire de l'électricité à partir de la biomasse :
- Combustion directe : - eau chaude/vapeur = cogénération ou électricité via une turbine,
- Gazéification : turbine ou moteur,
- Pyrolyse : turbine ou moteur,
- Digestion anaérobique : gaz méthane pour turbine ou moteur.
On peut également imaginer d'utiliser des biocarburants (éthanol, diester) pour produire de l'électricité mais leur utilisation optimale est celle d'additif dans les carburants automobiles. Les coûts de production du kWhe sont de l'ordre de 0,11 Euro sur base d'un coût de combustible de 50 Euro par tonne sèche. Ils sont évidemment très dépendants du coût du combustible. Dans certains cas, ce combustible peut être considéré comme un déchet fatal à éliminer. Son coût est alors nul. Cela explique les prix beaucoup plus faibles obtenus dans le cadre d'appels à propositions (U.K. - NFFO : Non Fossil Fuel Obligation). Lors du NFFO 5, le prix moyen pour la production d'électricité à partir de gaz de décharge était de 2,73 p/kWh soit 0,04 Euro/kWh. La puissance installée dans le monde n'est pas recensée. Il faut cependant mentionner 8.000 MW installés aux USA et 180 MW en France (trois usines bagasse dans les DOM).



La petite hydroélectricité
Rappelons d'abord que l'énergie hydraulique est de loin l'énergie renouvelable la plus mature et la plus développée : 630.000 MW dans le monde, 2.200 TWh/an, 20 % de la production d'électricité mondiale. Cela correspond à environ 10 % du potentiel techniquement et économiquement exploitable. De façon générale, et bien qu'il n'y ait pas de consensus, ce que l'on appelle petite hydroélectricité, ce sont les centrales inférieures à 10 MW et sans grande retenue (" au fil de la rivière "). La petite hydraulique comptait, en 1997, 9.705MW installés en Europe dont 2.004 MW en France, et son potentiel de développement au niveau mondial est estimé à l'horizon 2020 entre 50.000 (Business as usual) et 70.000 MW au niveau mondial (accelerated development). Sur base de 20 ans d'amortissements, 6 % de taux d'intérêt, le coût moyen du kWhe est de 0,04 Euro. L'obstacle principal à la petite hydraulique est l'application de la réglementation environnementale.




L'énergie éolienne
C'est la filière EnR qui se développe le plus rapidement aujourd'hui en termes de puissance installée : 2.278 MW en 1992, 7.636 MW en fin 1997 et 9.615 MW en fin 1998. La production d'électricité éolienne était en 1997 de 15,3 TWh soit 0,11 % de la production mondiale. Le coût estimé du kWhe sur base d'une vitesse de vent = 7,5 m/s à 40 m de haut, un investissement de 900 Euro/kW amortis sur 15 ans à 8 % de taux d'intérêt est de 0,045 Euro. Le dernier appel à propositions NFF05 a retenu 790 MW de projets pour un prix moyen de 0,04 Euro/kWh. La taille moyenne des projets retenus est de 24 MW. Le prix le plus bas est de 0,034 Euro/kWh.



La conversion thermodynamique de l'énergie solaire
Trois types de technologies développées ou en cours de développement :
- Capteurs cylindro-paraboliques avec récepteur-tuyau (collecteurs distribués),
- Héliostats concentrant le rayonnement sur une chaudière centralisée (tour),
- Disque parabolique concentrant le rayonnement sur un récepteur couplé à un moteur Stirling ou une turbine.

La première technologie est bien connue par les 354 MW installés en Californie avant 1985. De nombreux projets sont régulièrement annoncés (Maroc, Inde, Crête, …) mais sans concrétisation. La technologie des centrales à tour fait l'objet de diverses expérimentations et évaluations sur la Plata-forma d'Almeria (Espagne) et d'une opération pilote à Barstow (USA) de 10 MWe fonctionnant avec de la vapeur comme fluide de transfert (Solar One) jusqu'en 1988 et modifiée pour fonctionner avec des sels fondus (Solar Two). Les coûts estimés du kWhe sont aujourd'hui de 0,15 - 0,20 Euro pour un ensoleillement direct de 1.750 kWh/m2an, dans le cas de la technologie des capteurs cylindro-paraboliques avec collecteurs distribués. Le handicap du solaire thermodynamique est de ne pas disposer de niches de marchés à coloniser progressivement afin de pouvoir diminuer les coûts.




La conversion photovoltaïque de l'énergie solaire
L'effet photovoltaïque permet de convertir directement de la lumière en électricité grâce à des matériaux semi-conducteurs, principalement le silicium actuellement. Les applications de l'électricité photovoltaïque peuvent être :

- les systèmes de production autonomes hors réseau électrique, le plus souvent avec batteries d'accumulateurs,

- les systèmes connectés au réseau de transport et distribution d'électricité envoyant sur le réseau l'excédent d'électricité non consommé localement.

Pour les systèmes autonomes, le coût de l'énergie est très variable suivant les configurations et les localisations. Il est supérieur à 1,5 euro/kWh. Cela paraît cher mais il faut comparer la solution photovoltaïque aux solutions alternatives qui peuvent être l'extension du réseau, le groupe électrogène, les piles ou le gaz et le pétrole dans le cas de l'éclairage et du froid. Pour les installations connectées au réseau, le coût de l'énergie produite peut varier suivant les localisations de 0,25 euro/kWh (Europe du sud) à 0,9 euro/kWh. Ce coût de l'énergie est basé sur les coûts constatés récents dans l'Union Européenne qui sont de l'ordre de 7000 euros/kWc installés.

La filière photovoltaïque est donc aujourd'hui l'une des plus chères mais c'est aussi celle dont le potentiel de développement est le plus élevé. Le 5ème Programme Cadre de Recherche et Développement de la Commission Européenne prévoit un coût de 1.000 euros/kWc installés en 2010, soit une diminution d'un facteur 7. Le marché mondial est passé de 3 MW en 1980 à 114 MW en 1997, 135 MW en 1998 et devrait être de l'ordre de 160 à 170 MW en 1999 .




 Les perspectives de développement de l'électricité EnR en Europe
Dans son Libre Blanc sur les EnR du 26 novembre 1997, la Commission Européenne fixe à la stratégie communautaire l'objectif de passer la contribution des EnR au bilan énergétique européen de 5,3 % hors grande hydraulique (1995) à 12 % en 2010. Dans le secteur de la production d'électricité, les filières qui apporteraient la contribution la plus importante seraient l'éolien qui passerait de 4 TWh/an à 80 TWh/an, la bioélectricité de 22,5 TWh/an à 230 TWh/an et la petite hydroélectricité qui passerait de 37 à 55 TWh/an. Dans un marché européen de l'électricité en profonde mutation, les filières EnR, qui ne sont pas encore totalement compétitives en l'absence de prise en compte de leurs avantages environnementaux, devront être protégées et c'est dans cet esprit que la Commission Européenne prépare une directive concernant les EnR.



Prise d'eau de la microcentrale
de Haut-Bananier en Guadeloupe.
Éolienne de Widehem (juin 1999).


Ce texte est extrait de la Revue Générale Nucléaire N°1/2000