Transcript Diapositive 1

Environnement Global & Société
Les énergies renouvelables
D. Nerini
M1 Pro, 2010
Définition
Une énergie renouvelable est une source d'énergie qui se renouvelle plus vite à une
échelle de temps donnée que sa consommation par notre espèce.
Energie de biomasse si biomasse consommée/biomasse produite <1
Energie solaire, dans la limite de 5Ga
Energie éolienne [5Ga]
Energie hydroélectrique
Le caractère renouvelable d'une énergie dépend de la vitesse à laquelle la source
d’énergie se régénère, de la vitesse à laquelle elle est consommée et de la taille du stock
Le comportement des consommateurs d'énergie est donc un facteur à prendre en
compte dans cette définition
Les énergies renouvelables ne sont équivalentes ni en coût, ni en potentiel, ni en
rendement, ni en usages
[www.cdiac.org]
Précision
Dans la nomenclature, il arrive que l’on confonde certaines sources d’énergie avec de
l’énergie renouvelable :
L’exploitation des déchets, y compris les matières plastiques, est compté comme énergie
renouvelable
La géothermie, qui porte surtout sur l’exploitation du stock gigantesque accumulé et non
sur le flux d’énergie annuel (très faible)
2048 Mtep /an / 12029 Mtep/an ~ 15%
1,200
60
1,100
9.2% total mondial
1,000
800
50
720
40
6% total mondial
600
30
400
200
20
0.44% total mondial
10
0.47% total mondial
57
53
44
0.36% total mondial
44
13
0.02% total mondial
12
2.4
0.7
0
Contribution des énergies renouvelables au bilan énergétique mondial 2008 (Mtep)
(1) Hydroélectricité en équivalent primaire
0
En France
En France (conso 2008 : ~260 Mtep)
114 MTep d’énergie primaire
(nucléaire en France)
~100
92 MTep d’énergie primaire
(pétrole en France)
~100
Sous le soleil exactement, juste en dessous
Environ 8000
fois l’énergie
consommée par
an par
l’Humanité!
Energie solaire
Energie solaire incidente en France (kWh/m²/an)
Avec un rendement de 30%, un panneau solaire bien placé d’une surface de
1 m² = 400-500 kWh/an ,= 1% de l’énergie consommée par an, par français
Energie solaire passive
Schéma de fonctionnement
d’un chauffage sanitaire solaire.
Le liquide caloporteur peut
également être utilisé pour
chauffer une maison.
Rendement > 30%
Energie solaire photovoltaïque
Schéma de fonctionnement d’une
installation photovoltaïque sans
stockage.
1 m² de panneau = 100-150
kWh/m²/an
Centrale solaire
Centrale solaire à concentration & principe de
fonctionnement
A l’origine de l’hydroélectricité…
Cycle de l’eau
Energie mise en œuvre ~ 2000 fois la consommation d’énergie de l’humanité
Hydroélectricité : fonctionnement
Egalement, dispositifs au « fil de l’eau »
exemple du Rhône = petit barrage(Vallabrègues, Berre) = petites chutes mais gros débits
Un barrage peut également servir à stocker de l’énergie (exemple Suisse)
Hydroélectricité : fonctionnement
Hydroélectricité : un calcul de coin de table
Massif
Superficie
précipitations
Hauteur
moyenne
de chute
(mètres)
1500
Energie
potentielle
Energie
electrique
max TWh
max TWh
180
144
Rhone Alpes
Reste Massif
Central
Suisse
44 000
annuelles
(mm)
1000
20000
1200
1000
65
52
41 000
800
2 000
179
143
Pyrénées
50 000
1 000
1 000
136
109
Autriche
84 000
1 000
1 500
343
275
Norvège
100 000
500
1 000
136
109
Suède
100 000
500
1 000
136
109
Italie
Reste de
l'Europe
80 000
600
1 000
131
105
100 000
800
1 000
218
174
(km2)
Total
1 525
1 220
Avec ce type de calcul, le potentiel hydroélectrique de la France est atteint à 90%
A quoi sert un électron hydroélectrique?
Contribution de chaque moyen de production électrique à l’alimentation du réseau
en France (exemple en hiver), source EDF
Hydroélectricité dans le monde
Part de l’hydroélectricité dans la production électrique par pays, 2004
Biomasse
Photosynthèse : 120 GtC brut, 60 GtC net ~ 50 – 100 Gtep soit 5 fois la consommation
d’énergie annuelle de l’Humanité. Rendement de 0.5 % environ
Différentes voies de valorisation
mécanique
dégradation bactérienne aérobie ou non
Procédés thermiques
Le cas des biocarburants
II
I
vinasses
Alimentation animale
Phase de broyage mécanique :
Pulpes, drèches, tourteaux
Energie
Comment compter les économies d’énergies?
Bioéthanol & bilan
Gains en GES versus essence
70.00%
60.00%
Prorata
massique
50.00%
40.00%
Valorisation
coproduits
30.00%
Prorata
énergétique
20.00%
Prorata
impacts
économique
évités
10.00%
0.00%
0.00%
10.00%
20.00%
30.00%
40.00%
50.00%
60.00%
Gains en énergie renouvelable versus essence
70.00%
Biomasse sur un coin de table
Insolation moyenne : 1500 kWh/m²/an
Photosynthèse ~ 0.5 % de rendement
Bilan pour 1 ha :
1500 x 10000 (m² par ha) x 0.5% (rdt) / 11600
(kWh par tep) = 6.5 Tep brut /ha/an soit environ
13 à 15t de matière sèche /ha/an.
En substitut de chauffage = 3 – 4 Tep d’énergie
fossile
Transformé en biocarburant = 1 Tep de substitut
à de l’essence (en France), 3 Tep au Brésil (sans
compter la déforestation)
La France a une surface de 55 Mha = 55
Mtep/an de biocarburant si tout est en culture.
On en consomme 90Mtep/an…
Géothermie
Flux géothermique annuel ~ 2 fois la
consommation mondiale en énergie
Géothermie : how does it work?
Principe de fonctionnement d’un
groupe électrogène fonctionnant
à l’énergie géothermique [BRGM]
4 - En surface, transformation par
l’intermédiaire d’un échangeur thermique
(a) de l’eau chaude du circuit primaire (b)
en vapeur dans le circuit secondaire (c) pour
entraîner une turbine (d) qui produit de
l’électricité (e)
1 - Injection d’eau froide à 5 000 m de
profondeur par le puits central
2 - Circulation d’eau dans les fractures et
réchauffement au contact de la roche
chaude (200°c)
3 - Extraction de l’eau réchauffée du soussol par deux puits de production
Energie éolienne
Energie totale ~20 – 30 fois l’énergie consommée par l’humanité (par an)
Energie éolienne
Vitesse moyenne des vents en France
(m/s)
Puissance moyenne du vent (W) pour
une surface de 1 m² perpendiculaire
au vent à 50 m au dessus du sol
[ADEME]
Principal problème
Quelques ordres de grandeur
Allemagne : puissance éolienne installée 20 GW. Une éolienne : 2 à 5 MW.
Une tranche charbon : 1000 MWe
Temps utile : sur 8000h dans une année, 2000h x 20GW = 40 TWh = 6% de la
consommation électrique. Celle-ci a augmenté de 15% en 10 ans …
Il ne faut comparer les puissances installées mais les les énergies disponibles en
sortie
Allemagne : 6% éolien, France : 12% hydro
DK : production électricité passe de 46 TWh à 36 TWh de 2004 à 2005… Et re 46 TWh
en 2006! Merci les éoliennes…
Un dispositif de production THT ne peut pas être utilisé localement : il équilibre le
réseau dans son ensemble
Money for nothing (and chicks for free!)
1 baril de pétrole en sortie de puit = 6 – 7 € (coût exploration compris) = 0.4 cts/kWh
Gaz = 2 cts/kWh (prix de gros)
Electricité nucléaire = 3 – 4 cts/kWh
Charbon = 4 cts/kWh (hors cout CO2)
Eolien = 8cts/kWh (hors cout intermittence)
Photovoltaïque = 50 cts/kWh
Les énergies fossiles restent considérablement moins chères… Si l’on continue à ne
pas intégrer le service rendu par la Nature sur des millions d’années.
Un monde sans énergie fossile et avec plus d’énergie renouvelable est de toute façon
un monde plus cher!