Mix énergétique (électrique) : caractéristiques et coûts

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Le dernier volumineux rapport de l’Agence de l’Energie Nucléaire (NEA) sous l’égide de l’OCDE publié le 25 janvier 2019 et disponible sur le site de l’OCDE indique clairement que plus la part des énergies renouvelables par nature variables (VRE, acronyme de variable renewable energy) augmentera plus les coûts pour les consommateurs finaux qui seront élevés sous forme de nouvelles taxes et ceci quels que puissent être les scénarios choisis. Cette constatation est la directe conséquence de la nature même des énergies électriques renouvelables. En effet les VRE sont :

1. variables. La production d’énergie électrique fluctue avec la disponibilité de la ressource, vent ou Soleil. En raison de cette variabilité ces VRE ne sont pas dispatchables directement sur le réseau électrique.

2. incertaines. En ce sens que la puissance produite ne peut pas être prédite avec précision mais ce point a tendance à s’améliorer de manière infime.

3. contraintes géographiquement. L’efficacité des VRE n’est pas identique sur tout un territoire, ne peuvent pas être transportées et se trouvent souvent dans des régions éloignées de celles qui sont énergivores.

4. non synchrones. Les VRE sont connectés au réseau par l’intermédiaire d’un système électronique de puissance car elle ne sont pas synchrones alors qu’une génératrice dans une centrale électrique classique hydraulique ou thermique produit une énergie synchronisée avec celle du réseau.

5. modulaires. Les VRE sont produites par des unités beaucoup plus petites que les usines de production classique, ce qui induit des surcoûts de sous-réseaux.

6. À coûts variables faibles. Une fois construites les unité de VRE fonctionnent avec des coûts très faibles puisque la source d’énergie est gratuite.

Il est important de s’attarder sur le point 6. car si les coûts variables de production des VRE sont faibles ils ne se répercutent pas sur le coût final du kWh en raison précisément de la variabilité et de l’incertitude de cette production. Ces deux caractéristiques génèrent des surcoûts considérables pour la gestion du réseau en aval. Dans ce rapport divers scénarios sont abordés pour atteindre le même objectif à l’horizon 2050 de 50g de CO2 par kWh produit dans le cadre de la limitation à 2°C du réchauffement du climat. Il définit une approche globale du système de production, dans ce même cadre, de l’ordre de 540 GWh afin d’éviter au maximum les risques de perturbation majeure du réseau existant. Il s’agit d’un mix comprenant un peu d’hydraulique, du nucléaire et un peu de gaz avec un réseau robuste pour définir un coût lissé du kWh. La « contrainte carbone », dans ce scénario de base est fixée à 35 dollar par tonne de CO2, montant suffisamment dissuasif pour éliminer toute unité de production à partir de charbon. Ce scénario est proche de la situation française de production d’électricité qui est la moins coûteuse (toutes taxes comprises) et la moins « carbonée » de tous les pays de l’OCDE. Dans le scénario de base le prix du MWh est estimé à 65 dollars.

Dans des scénarios envisagés avec 10, 30, 50 et 75 % d’énergies renouvelables les coûts lissés du kWh ont été estimés dans le détail en incluant en particulier les investissements nécessaires pour assurer une stabilité du réseau, donc le stockage des VRE dont les coûts ne varieront que très peu à la baisse dans l’intervalle considéré – jusqu’en 2050 – dans la mesure où le principal goulot d’étranglement de cette technologie, le lithium, ne pourra pas être contourné. Il n’existe en effet aucune technologie actuellement industrialisable à grande échelle pour satisfaire les capacités de ce stockage. Les spécialistes approchés lors de la préparation du rapport semblent unanimes pour constater que tous les systèmes de stockage actuellement développés à grand frais (financés par les contribuables), que ce soit l’air comprimé, la chaleur, l’hydrogène ou le pompage-turbinage ne permettront jamais de satisfaire la demande. Sur ce dernier point les sites de pompage-turbinage sont rares sinon absents. Au delà de 30 % de VRE dans le mix énergétique le pilotage de la puissance des réacteurs nucléaires deviendra quelque peu problématique. En conséquence l’instabilité du réseau deviendra un problème ingérable quels que soient les investissements consentis pour éventuellement augmenter les capacités de stockage.

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Un autre volet inhérent à ce mix avec une participation de plus en plus importante des VRE qui est soigneusement mis sous le tapis est l’imprévisibilité totale du marché de l’électricité et l’accroissement du nombre d’heures de production d’électricité à 0 dollar/MWh, en d’autres termes une production électrique sans valeur car la demande est inférieure à la production. Il s’agit d’une caractéristique inhérente aux VRE. Ce phénomène a déjà détérioré la situation financière des compagnies d’électricité en raison de l’accroissement de la production d’électricité sans valeur marchande et en parallèle l’augmentation du prix spot lors des pointes de consommation.

Pour que les VRE deviennent, dans l’éventualité encore très peu probable d’une solution économique du stockage, rentables il faudra installer au moins trois fois la puissance nominale nécessaire compte tenu de la charge moyenne de ces sources d’énergie qui est de l’ordre de 30 %.

Le scénario idéal serait un mix avec 30 % de nucléaire, 30 % de VRE et 30 % répartis entre le pompage-turbinage, s’il existe des possibilités, et les turbines à gaz. Tant que les décideurs politiques ne prendront pas en compte dans le détail tous les coûts afférents à la transformation des VRE en puissance dispatchable directement pour satisfaire la demande les projets de mix énergétique garderont un caractère spéculatif tant que chaque éolienne et que chaque « ferme » photovoltaïque ne seront pas munies de leur propre capacité de stockage ainsi que de l’électronique de puissance associée pour que l’énergie stockée puisse être instantanément dispatchable sur le réseau.

C’est un challenge de taille nécessitant des investissements gigantesques qui, semble-t-il n’ont même pas été pris en compte. Budgétairement pour un pays de taille moyenne les investissements pour un mix 30-30-30 idéal comme exposé ci-dessus il faudrait investir 16 milliards de dollars par GWh d’électricité d’origine VRE effective et directement dispatchable (page 157 du rapport) sans pour autant effacer tout risque de black-out partiel ou total estimé à 4 jours par an en Europe ! Voilà la réalité surréaliste et alors pour atteindre l’objectif idéal décrit plus haut le prix du kWh ne pourra que très fortement augmenter. Reste à savoir si les consommateurs seront prêts à mettre la main à la poche et à accepter également des forêts d’éoliennes dans le paysage financées aussi par leurs impôts.

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Il n’est pas étonnant que ce rapport n’ait pas tenu compte de la croissance attendue des véhicules automobiles électriques car pour l’instant la pénétration du marché est infime. Mais la situation pourrait se compliquer très sérieusement et devenir à terme insoutenable quels que soient les scénarios choisis. Quand les grandes firmes automobiles allemandes déclarent se tourner vers la voiture électrique ainsi que Peugeot en France, on ne peut que constater que la situation de n’importe quel mix énergétique supposé réduire l’empreinte carbone de la production d’électricité par le développement des VRE ne pourra en aucun cas satisfaire une consommation supplémentaire d’électricité pour réduire à juste titre les émissions de carbone dans le secteur des transports. Ce rapport comporte à l’évidence des omissions trop importantes pour n’avoir pas été prises en compte. Il faut seulement retenir l’estimation de 16 milliards de dollars par GWh d’électricité d’origine VRE qui rend de facto tout projet de mix énergétique irréalisable.

Source et illustration (page de couverture) : rapport OECD-NEA n°7299

22 réflexions au sujet de « Mix énergétique (électrique) : caractéristiques et coûts »

  1. Cette analyse converge très bien avec celle d’un spécialiste français du sujet (Jean-Marc Jancovici) qui se faisait interviewer ici en novembre dernier par le Figaro (vidéo YT en français d’un durée de 10 mn) :

    • Il est démontré que toucher l’énergie dans un pays, c’est toucher directement au niveau de vie de ses habitants (équation de Kaya-Jancovici (1)). Ainsi, vouloir diviser par 8 le taux de CO2 en France d’ici 30 ans (horizon 2050) -ce qui correspond au nouvel objectif stupide du ministère de l’écologie- mènera automatiquement à diviser le PIB par habitant par un facteur 4…en gros, cela veut dire qu’il faudra que nos enfants se débrouillent pour vivre avec par exemple un SMIC à 300 € mensuels. L’agenda caché de ceux qui manipulent les écologistes est donc de ruiner le pays. La réduction du CO2 en France a déjà été faite il y a plus de 30 ans grâce au tout nucléaire. Ainsi, la fameuse pétition qui consiste à attaquer l’état français pour inaction climatique procède de l’ignorance la plus complète. Ce qu’il reste à faire est logiquement de réduire les pertes énergétiques liées au chauffage domestique et de consolider le nucléaire dont on aura besoin pour la généralisation des véhicules électriques qu’il faudra bien recharger.
      Les 145 milliard d’euros que l’état a déjà dépensé à fin 2017 dans l’éolien et le solaire (voir 5:45 de la vidéo ci-dessus) sont à passer par pertes et profits : il faut passer à autre chose, cette expérience ruineuse a clairement démontré que ces deux sources d’énergie ne sont pas industrialisables (non pilotables, trop chères). Bien géré, le pays aurait donc pu faire l’économie de plus de 145 milliards d’euros, ce qui aurait pu permettre de financer les revendications légitimes des Gilets Jaunes ET de financer l’isolation et la récupération de chaleur de 15 millions d’habitations en créant à la clé un certain nombre d’emplois de proximité.
      (1) : https://jancovici.com/changement-climatique/economie/quest-ce-que-lequation-de-kaya/

    • J’apprécie bcp Mr. Jancovici et c’est grâce à lui que mes yeux se sont dessillés.

      Le seul point avec lui où cela « coince », c’est sur le réchauffement climatique avec pour cause le CO².

      Cet homme est d’une intelligence supérieure et sait de quoi il parle vu son curriculum, alors je me demande si il croit ce qu’il raconte sur le co² ou est-ce du marketing pour « vendre » son concept de l’énergie du futur notamment le nucléaire, les pompes à chaleur, l’isolation des bâtiments…

      A moins qu’il ait raison et que le co² nous tuera tous, lol.

      • Je partage votre point de vue, Jancovici est tout sauf bête et se sert à mon avis du CO2 pour promouvoir la seule industrie électrogène qui vaille techniquement et économiquement le coup pour le moment : le nucléaire.
        Il n’est pas le seul, la fausse barbe du CO2 permet aussi aux gaziers de faire du business. Ce qui est évident quand on regarde l’Allemagne qui est obligée de remplacer ses centrales à charbon (lignite), non pas par du renouvelable (les teutons et notamment les Grünen ont finalement compris que c’était non pilotable et ruineux), non pas par du nucléaire (les Grünen ne veulent pas en entendre parler because Fukushima) : il reste le gaz et le fournisseur le moins cher, c’est le russe Gasprom. D’où la mise en place du gazoduc Nord Stream 2 qui fait grincer beaucoup de dents en ce moment chez les américains.

  2. Aux véhicules électriques il faudrait y rajouter la réindustrialisation des pays frappés par une désindustrialisation multidécennale, surtout européens et étasunien.
    De deux choses l’une, soit il est fait le choix de ne plus industrialiser la France, auquel cas revenons au cheval pour les courts déplacements et à la traction animale pour l’agriculture, soit nous devrons nous devons con sidérer que nous devons nous réindustrialiser, auquel cas même le charbon deviendra un choix judicieux.
    Mais dans le premier cas nous ne pourrons pas nourrir tout le monde, là encore il y aura un choix à faire: soit revenir au XIX° siècle et avoir beaucoup de morts, soit mettre beaucoup sur la science fondamentale pour trouver de nouvelles sources d’énergie encore peu ou pas connues.
    Il est vrai que l’arrêt du commerce international, qui, pour moi, est d’une grande probabilité, mènera déjà à une forte mortalité en raison de la cessation d’importation de médicaments pour les personnes les plus fragiles.
    Mais, tout autant, la réduction de la quantité d’énergie disponible pour la population, les transports, l’agriculture et l’industrie ne pourrait que générer une mortalité potentiellement équivalente.
    Quoi qu’il en soit de ces considérations, ce sera cette faillite généralisée, de laquelle je ne dis pas attendre de mes vœux mais m’étant d’une logique événementielle future, qui sera, lorsqu’elle surviendra, le moment où ces choix se feront réellement, et il est probable qu’il sera préféré une réindustrialisation, sûrement plus vertueuse en terme écologique que par le passé, plutôt qu’une régression vers une époque où la force musculaire tant animale qu’humaine était la source principale de toute production.
    La question que nous devrons tous nous poser aujourd’hui, plutôt que de nous échiner à faire baisser un taux de C.O.2 qui n’est que d’une pollution toute relative, c’est: comment dès maintenant penser l’industrie, la chimie, l’agriculture, l’élevage ainsi que tout ce qui fait l’économie humaine moderne de manière à ce que cela ne vienne que peu, voire pas du tout, interférer avec un monde vivant duquel nous avons un besoin immédiat.
    Sachant que la vie en elle-même pu traverser des périodes de bouleversement et de catastrophe qui ne fit qu’en ralentir le développement, ce ne sont donc pas les agissements humains qui la met réellement en danger quand, à contrario, ces mêmes agissement peuvent causer d’énormes dégâts dans la vigueur du dynamisme des sociétés humaines.
    De fait, nous devons dès à présent penser ce proche futur qui ne peut être de grand repos et, ce, de tous points de vues, et écarter de notre mental les billevesées abrutissantes, tel que peut l’être ce réchauffement climatique anthropogénique, nous éloignant de ces réflexions nécessaires et qui ne sont que les pauvres résultantes de culpabilités collectives profondes, d’ignorances étouffantes provenant parfois du plus haut de la hiérarchie intellectuelle du pays et du réflexe si humain de croire qu’il est de penser de ne faire que répéter ce qui fut entendu mainte fois.
    La pensée, en effet est, à mon sens, la dernière émergence de nos capacités cérébrales (c’est pourquoi je pense qu’il y en aura d’autres dans l’avenir lointain), c’est pourquoi celle-ci est si fragile et que le but des philosophies est d’abord et avant toute chose de la structurer, de la renforcer affin qu’elle remplisse au mieux son rôle de composition de notre mental en se plaçant entre notre inconscient et notre conscient, ceci leur permettant d’avoir un échange dynamique et créatif.
    La sagesse n’étant après tout que le résultat d’une pensée harmonieuse entre ces deux composantes archaïques.

  3. Et n’oublions pas qu’il faudra remplacer des millions de chaudières au fioul par,
    entre autres, des pompes à chaleur. PAC qui fonctionnent à l’électricité….

    • et qui équipées de moteurs asynchrones ,induiront une puissance réactive sur le réseau fragilisant encore un peu plus celui-ci…on marche sur la tête, d’ailleurs en Belgique les d’jeunes marchent tous les jeudi,ce qui n’est pas plus mal finalement, car ils ont une facheuse tendance à l’embonpoint

    • Pour l’instant c’est un info qui ne date pas d’aujourd’hui mais il y a de nombreux problèmes que cet ingénieur devra résoudre. Il y a d’abord une coquille : produire du courant alternatif avec ce genre d’équipement me paraît une vue de l’esprit puisque ce qu’il appelle l’alternateur va produire un courant avec une fréquence croissant au fur et à mesure que la vitesse de rotation du volant d’inertie décroit. donc ce système ne peut produire que du courant continu dont la tension de sortie diminuera progressivement.
      En second lieu, le problème du pointeau ou roulement qui supporte le volant est-il résolu ? La gravité de ce problème dépend du poids du volant à l’évidence mais il se greffe des problèmes de lubrification pour limiter l’usure. C’est le cas des arbres d’hélice de propulsion des gros bateaux qui pèsent plusieurs centaines de tonnes mais ils sont horizontaux.
      Je pense que ce monsieur doit profiter de subventions confortables et que la solution aux divers problèmes techniques n’est pas pour demain ni après-demain …

      • fou comme les idées les plus rigolotes sont avancées pour tenter de faire croire que l’abandon des moyens conventionnels serait possible
        dans la liste non exhaustive
        les arbres à vent, une fumisterie poétique
        les « serpents » à vagues,qui a même trouvé des financements, et qui à la première tempête ont fini à la ferraille
        la bouée à vague,étudiée et construite par des gens très sérieux de l’ Ifremer
        le ria à vague, en Ecosse, de quoi alimenter une grosse ampoule, quelques tonnes de béton tout de même
        plus champêtre, les trains dans les pentes, avec ou sans vaches spectatrices
        ou la chute d’une masse dans des puits de mine
        les hydroliennes, les jours de pleine lune
        les trottoirs « électriques », très compatibles avec les interdictions des bagnoles en ville
        n’hésitez pas à compléter la liste,les occasions de rire sont précieuses

      • @joletaxi:
        Comme stockage :
        – des citernes au fond de la mer, qu’on vide ou rempli d’eau
        – des masses montées et descendues au moyen d’une grue

        C’est fou, c’est comme inventer le moteur à explosion et sécher sur la transmission…

    • L’idée d’utiliser des volants d’inertie (1) pour stocker de l’énergie électrique n’est pas nouvelle mais semble ma foi très intéressante pour des petits sites très ensoleillés correctement équipés en photovoltaïque. Sur le plan technique, je crois qu’on peut faire confiance à Mr Gennesseaux -qui est ingénieur CNAM et Polytech- pour son volant en béton précontraint. Maintenant, pour approvisionner l’Europe avec des centrales photovoltaïques situées dans des sites éloignés et très ensoleillés comme son concepteur veut le faire (Sahara), il reste à trouver un moyen de conduire le courant sur de très grandes distances avec un minimum de pertes ; ce qui suppose de mettre au point des câbles presque supraconducteurs à température ambiante pour s’affranchir des pertes par effet Joule. Ceci -à ma connaissance- n’existe pas encore et constitue un sérieux facteur limitant pour que ce type de projets puisse prétendre atteindre un jour une taille industrielle tout en étant viable économiquement. Bien que de gros progrès ont cependant été faits avec des cuprates, on est encore loin d’avoir trouvé le saint Graal de la supraconductivité. Sur le plan marketing, on peut supposer que la société de Mr Gennesseaux (Energiestro) va essayer de s’implanter dans des zones ensoleillées qui disposent déjà d’installations de panneaux solaires (Espagne, sud de la France, Corse, Maroc, Dom-Tom). Le nucléaire industriel français a donc encore de beaux jours devant lui.
      (1) : https://fr.wikipedia.org/wiki/Volant_d'inertie#Stockage_d'%C3%A9nergie

  4. Pour moi il faut se projeter à des décennies. Car quels que soient les chiffres sur les réserves de fossiles, ils sont forcément limités. Un jour ou l’autre il n’y en aura plus même si c’est dans 1 siècle. Et en réfléchissant bien, il n’y a qu’une source d’énergie inépuisable c’est le soleil. Alors les problèmes de conversion de rendement de stockage et autres seront résolus un jour. La technologie des batteries évoluera aussi et sûrement qu’un jour elles deviendront secondaires des piles à combustible rendues elles aussi moins chères et recyclables.Ah il faut de l’imagination mais l’humanité n’en manque pas. Il ne faut pas essayer de raisonner avec les techno d’aujourd’hui ça ne marche pas. Mais demain oui. Les 13 GT eq pétrole que consomme l’humanité est ridicule par rapport à ce que le soleil nous envoie. En attendant tous les mix que vous voulez … peu importe !!

    • demain.. est un autre jour…
      vous avez la foi, bravo
      mais de là à nous obliger à investir des fortunes dans des filières qui ne fonctionnent pas, qui fonctionneront peut-être demain,sans même savoir comment on produira l’énergie , tout cela pour une très hypothétique pénurie dans 100 ans,même en y croyant très fort, c’est une absurdité
      et comme c’est absurde ,comme c’est ruineux, comme c’est néfaste à tous points de vue, c’est écolo, normal

      • Vous croyez que les énergies fossiles n’ont pas nécessité de gros investissements ? Bien sûr que si . Et encore de nos jours les prospections en grande profondeur coûtent très cher . Sans parler des schistes qui résistent grâce à la planche a billets US. Ils sont déficitaires en milliards de dollars car il faut creuser des puits en permanence. Mais ils continuent . Sans trop se préoccuper de l’état des sols ou des nappes qu’ils laissent en partant ! Je necrois ppas que ça soit beaucoup plus viable … c’est même pas de l’écologie c’est du bon sens.

      • @zimba, les prospections en grande profondeur coûtent très cher, certes, mais est-ce vous qui les payez ❓

      • faut-il être idiot pour croire?
        c’est une question que je me pose depuis longtemps.

        quand je lis vos resucées de toutes les idioties sur les shale, on peut se poser la question
        Comment quelqu’un qui dispose d’un cerveau, disons normal, peut croire un seul instant que des financiers privés, sur leurs propres fonds, perdraient des sommes énormes depuis 10 ans, 15 ans, comment croire que cette filière qui a rendu les USA suffisants en gaz et pétrole au point de réclamer le droit d’exporter(refuser par saint Obama) serait non rentable ?
        Qui peut encore croire qu’il y a pollution des nappes phréatiques, rien n’a été trouvé malgré les efforts coûteux en études de l’EPA, à l’époque qu service du saint homme?
        qui?
        ben un zinzin écolo
        nous pourrions être indépendants pour les fossiles, et les GJ, au lieu de se faire tabasser et flinguer au nom de la religion climatique, pourraient faire le plein de leur bagnole et mettre le thermostat sur 22.
        Et c omme aux USA, on pourrait retrouver le plein emploi
        mais il y a des zinzins écolos qui eux savent ce qui est bon pour nous
        Tiens la petite autiste était à l’Elysée
        je gage qu’elle a recommandé de couper le chauffage et les lumières?
        mais quelle bande….

    • Bien d’accord, mais d’ici un siècle, et j’espère moins on aura aussi peut-être réglé le problème des déchets nucléaires, même si cela ne suffira sans doute pas à « rassurer » Madame Michu et Monsieur Toulemonde.

  5. Question posée au chargé de com° d’Enercoop « fournisseur de 100% d’électricité verte garantie » :et qui se targue de se fournir auprès de plus de 250 fournisseurs d’énergie « verte » indépendants (du méchant EDF)
    Donc je pose la question suivante : » Qui dit énergie renouvelable, dit énergie en partie intermittente, aussi, comment pouvez-vous assurer à vos clients qu’ils sont approvisionnés à 100% en énergie « renouvelable », 365 jours par an »
    Réponse : Ce que nous leur garantissons c’est que nous ACHETONS 100% d’énergie renouvelable, et notre plus grosse part provient de l’hydraulique (NB, soit en réalité un seul gros fournisseur), et puis au niveau national, l’intermittence est compensée (ben voyons)
    Autrement dit, on paye chez eux l’électricité plus chère (mais c’est bon pour la Planète), on paye une deuxième fois via la CSPE, tout ça pour, en moyenne, RECEVOIR 70 à 75% d’électricité nucléaire (perso, je n’ai rien contre), et pour faire fonctionner « efficacement » des barrages hydro (qui comme chacun sait sont adorés des écolos) et, mais très accessoirement, plusieurs dizaines de « petits » sites éoliens et PV (bonjour la gestion du réseau !)
    Bizarre, mais ça fait plusieurs années qu’ils existent, et ils ne sont toujours pas rentables (pas grave, c’est une coop…)

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