La politique énergétique – chapitre 1 Le coût de l’énergie

Dans notre inconscient, l’énergie n’a pas beaucoup de valeur. Un objet de luxe a de la valeur, une voiture coute cher, le prix d’un logement est exorbitant, mais le cout de l’électricité n’est pas si important pour qu’on s’en intéresse. Et pourtant ce produit a un prix. Et quand on fait la liste des centrales électriques, des kilomètres de lignes à haute tension, des armées de savants, d’ingénieurs et techniciens qui s’échinent à faire fonctionner tout cela et à nous trouver de nouvelles solutions énergétiques ; l’énergie a bien un cout et il n’est pas négligeable.

Comme on ne peut pas encore stocker l’électricité, le cout de cette énergie se divise en deux secteurs : la production et le transport. Donc toutes les politiques énergétiques de tous les pays du monde n’ont qu’un seul but : diminuer considérablement le cout de cette énergie et fournir constamment et partout dans le pays l’électricité pour être économiquement concurrentiel. Pour cela ils n’ont que deux leviers : la production et le transport. Il existe depuis peu un troisième paramètre non négligeable : la pollution, mais ce paramètre n’est économiquement sensible que pour certains pays occidentaux et il l’est beaucoup moins chez certains pays en voie de développement

Pour cette première partie, nous allons donc nous intéresser à savoir combien coute un MWh d’électricité nucléaire, hydraulique, éolien, solaire, par la biomasse, les déchets, l’hydraulique ou les marées etc.

Nous allons tout d’abord aborder les moyens de production centralisé, c’est à dire les gros système producteur d’électricité qui, s’ils sont employés nous obligent, pour pouvoir distribuer ces quantité astronomiques l’électricité, un système de transport nationale voir internationale

 

1 le nucléaire.

En tout bien tout honneur, nous allons commencer par un des modes de productions les plus décrié, contesté et récusé par les habitants de notre planète. La fission nucléaire réalisée dans le noyau d'un atome lourd (noyau qui contient beaucoup de nucléons, Uranium ou Plutonium) libère de l’énergie qui, quand elle est maitrisée, produit à l’aide de turbine de l’électricité et, quand elle ne l’est pas, produit une forte explosion que l’on nomme explosion atomique. Que ce soit pour faire exploser une ville ou l’éclairer, le principe de base est le même et c’est pour cela que beaucoup de personnes craignent ce mode d’énergie. C’est aussi pour cela que l’électricité nucléaire nécessite une abondance de sécurité qui la rend techniquement difficile à maitriser et économiquement asses chers. Je dis asses cher et pas très cher, car pour produire une quantité impressionnante d’électricité, un réacteur nucléaire a besoin de très peu de matière fossile, ce qui rend ce système de production asses compétitif.

Il reste cependant trois points qui, à ce jour, n’ont pas été clairement abordés ni définis et qui pourraient, dans l’avenir, rendre ce mode d’énergie très couteux et très problématique pour l’environnement. Ces trois points sont : la pénurie de matière première (uranium), le traitement des déchets, le démontage des réacteurs en « fin de vie ».

Les motivations pour se doter de l’énergie nucléaire sont de deux sortes :

1. se doter par le biais du nucléaire civil, de l’arme atomique (Iran, Inde, Pakistan, Corée du Nord)

2. se construire en peu de temps et dans toutes les régions du monde, un outil capable de fournir de façon constante une quantité très importante d’électricité sur une zone très localisée, ce qui n’est pas négligeable pour les pays en voie de développement comme la Chine, le Brésil etc.

Mis à part les pays producteurs d’uranium, l’indépendance énergétique ne fait pas partie des critères de choix pour ce mode d’énergie.

Le MWh produit par un réacteur (PER) dit ancienne génération, mais toujours construit actuellement coute 52 euro. Le MWh produit par un réacteur EPR nouvelle génération est pour l’instant de 107 euro (Flamanville, 125 pour la Finlande) et en raison des exigences sécuritaires ne descendra pas en dessous de 95 euro. Ces couts ne tiennent pas compte de la hausse de l’uranium et du démantèlement des anciens réacteurs qui ne sont pas chiffrés, ni valorisés.

Si on veut faire une estimation rapide du cout de démantèlement d’un réacteur, on va se baser sur le cout d’exploitation hors combustible qui est pour un réacteur ancienne génération de 22 euro le MWh. Quand on arrêtera un réacteur, il faudra laisser la moitié du personnel pour la sécurité et l’entretien, le temps que le réacteur refroidisse et perde un minimum de radioactivité, soit environ 30 ans. On peut penser à une réduction d’effectif et à un cout d’entretien moindre du fait de son arrêt. Mais il ne sera pas inférieur au quart soit 5.5 euro du MWh * 7 500 000 MWh (production par an) cela nous fait 41, 25 millions d’euro multiplié par 30 ans, égale 1.24 milliards d’euro par réacteur plus cout du démontage et enfouissement des matières radioactives. On peut raisonnablement tabler sur 2 milliards du réacteur. Mais ce n’est qu’une estimation.

Pour le démantèlement, EDF a estimé les dépenses de "fin de vie" des centrales à 18,4 milliards d’euros 2010, pour le démantèlement des 58 réacteurs du parc actuel. Le chiffrage du démantèlement repose je cite « sur une méthode historique forfaitaire, dont les paramètres techniques doivent toutefois être validés par des experts externes à l’entreprise ». C’est aussi une estimation, mais c’est ce qui est ponctionné sur les factures d’électricité. Pour être honnête, je pense qu’il manquera quelques milliards pour le démontage.

 

2 - Cycle combiné au gaz

Malgré le contexte haussier du prix du gaz, les cycles combinés au gaz (CCG), d’une ligne de 420 MW comportant une turbine à combustion, une turbine à vapeur et un alternateur montés sur un axe unique (single shaft) sont devenus en quelques années la principale technique de production mise en œuvre dans les nouveaux projets de production d’électricité. Ces centrale thermique ont un rendement de 57%, mais les perspectives de progrès des équipements sont moindres et ne permettront tout au plus une amélioration de rendement de 1%. Bien qu’elles soient moins polluantes que les centrales charbons, elle reste quand même polluante et surtout tributaire du prix du gaz

Pour une durée d’appel de 8760 heures par an, nous avons un cout de 125 euro du MWh avec un cout d’investissement qui ne représente que seulement 15% du cout total (le reste c’est le cout du gaz).

 

3 - Centrales au charbon pulvérisé avec traitement des fumées

Le charbon est la principale source d’énergie au niveau mondial pour la production d’électricité. Il s’agit d’une ressource abondante, bien répartie géographiquement et facile à stocker, ce qui limite les risques sur la disponibilité. Néanmoins, on recense relativement peu de nouveaux projets étant donné les plus faibles risques en matière d’investissement pour la semi-base avec des CCG dont l’investissement est moindre et la construction plus rapide. De plus, la production d’électricité à partir de charbon émet deux fois plus de CO2 que l’utilisation de gaz pour une même production d’énergie ce qui peut pénaliser la filière dans l’hypothèse de quotas CO2 payants.

Les centrales avec gazéification du charbon intégrée qui sont encore au stade de prototypes et les centrales à lit fluidisé circulant, adaptée à des combustibles de faible qualité (linite, tourbe) présentent des coûts fixes plus élevés et ne sont pas retenu pour le calcul des coûts car beaucoup trop marginales. Ce sont des installations de 800 MW avec des caractéristiques du cycle vapeur correspondant à un régime supercritique et un rendement de 43%.

La durée de vie économique des installations est égale à 35 ans, mais elle est généralement beaucoup plus longue car très rustique. Par exemple, la centrale de Tilbury au RU a été mise en service en 1951.

Pour une durée d’appel de 8760 heures par an nous avons un cout de 111 euro du MWh hors quotas CO2 payants.

 

4 - Turbines à combustion au fioul domestique

Les turbines à combustion consommant des produits pétroliers sont dédiées à la satisfaction des besoins de pointe extrême pour des durées de fonctionnement inférieures à quelques centaines d’heures par an. Le choix du fioul en période de pointe permet d’avoir une sécurité d’approvisionnement en combustible optimale avec du fioul stocké à proximité de la centrale, et d’autre part de ne pas solliciter le réseau de gaz au moment où les livraisons sont à leur maximum.

Ce sont des centrales d’appoint, constituée d’une turbine à combustion en cycle simple d’une puissance de 175 MW, que l’on met en marche pour répondre à des besoins réseau ou pour pallier à la défaillance d’autres moyens de production

Pour une durée d’appel de 500 heures par an (et espérons que ça ne soit pas plus) nous avons un cout de 606 euro du MWh hors quotas CO2 payants. Ces centrales très couteuses sont extrêmement utiles pour éviter les blackouts.

 

Nous abordons maintenant les moyens de production décentralisés qui font partie intégrantes d’une politique de production d’électricité et qui ne nécessitent pas ou peu de réseaux de transport interconnectés, mais essentiellement des réseaux de distribution plus court et plus local.

 

1 - l’Eolien

C’est le mode de production le plus développé depuis les 10 dernières années et c’est le second mode de production d’électricité au monde derrière le charbon. Il utilise une matière première gratuite (le vent) mais pas toujours docile car des fois il ne souffle pas asses et des fois trop. Quoiqu’il en soit ça reste un moyen de produire de l’électricité non polluant, peu dangereux et techniquement abordable.

Il existe deux façon de produire de l’électricité avec des éolienne : sur terre et en mer (offshore).

En ce qui concerne l’éolien terrestre, on considère comme installation de référence un parc composé de 15 éoliennes dont la puissance unitaire est égale à 3 MW. Ce sont des éoliennes de 90 m de haut et d’un diamètre de pâle de 100 m. Pour les éoliennes en mer, on se placera dans le cas d’un parc de 50 éoliennes de 8 MW qui sont des éoliennes de 120 m de haut et d’un diamètre de pâle de 160 m.

La durée de vie économique retenue pour les éoliennes est de 20 ans et tient compte du coût de démantèlement. La durée de fonctionnement équivalent à pleine puissance est de 2400 h par an à terre et de 3000 h par an en mer. Le cout du MWh est de 74 euro à terre et 98 euro en mer. La production d’électricité est beaucoup plus constante en mer, mais coute plus cher du fait du prix des installations.

 

2 - L’énergie solaire photovoltaïque.

Tout le monde sait ce qu’est un panneau photovoltaïque et tout le monde en a utilisé ne serait-ce que pour éclairer une allée de jardin ou faire fonctionner une calculette. C’est un semi-conducteur à base de silicium qui grâce à l’effet photoélectrique produit de l’électricité qui peut être utilisée sur place, ou alimenter un réseau de distribution. On a utilisé ces panneaux photovoltaïques pour recharger les batteries d’un satellite dans l’espace et la technologie n’a pas changée depuis. Pour résumer, je dirais que pour faire fonctionner une calculette, ou quelconque appareil électronique, c’est bien. Mais pour produire du courant c’est beaucoup moins bien, car le prix des panneaux est onéreux et on ne sait pas grand-chose sur sa durée de vie ainsi que sur son recyclage. Il faut quand même mettre un bémol sur ce type d’installation qui est intéressante pour le producteur d’énergie, car les panneaux sur une maison individuelle, un bâtiment collectif d’habitation, un hangar agricole sont financés par les propriétaires des bâtiments. Le producteur va donc acheter de l’énergie sans se soucier du cout de l’installation ni du cout de l’entretien. Il va donc s’acheter une installation en « leasing ».

Le MWh produit :

• Par une installation de 3 kWc intégrée au bâti d’une maison individuelle coutera 539 euro si c’est dans le nord et 318 euro si c’est dans le sud.

• Par une installation de 30 kWc située sur un toit de bâtiment tertiaire ou agricole dans le sud coutera 188 euro.

• Par une centrale de 300 kWc, installée par exemple sur la toiture-terrasse d’un très grand entrepôt du secteur tertiaire ou d’une industrie coutera 171 euro

• Par une centrale au sol de 10 MWc, avec un dispositif de suivi de la course du soleil, dans une activité exclusivement basée sur la production d’électricité coutera 145 euro. Il convient ici de souligner qu’un tel dispositif de suivi de la course du soleil (appelé dans la littérature anglo-saxonne tracker) permet d’augmenter la production de 30%.

Ce n’est pas le prix que le producteur l’achètera, il faudra donc des aides de l’état pour compenser le surcout. Mais le soleil est gratuit pour tout le monde et la pollution est réduite au recyclage des panneaux. Ça reste quand même une énergie très chère car il est fluctuant en fonction des conditions météorologique et ne produit pas la nuit. Il est évident que pour aborder la production d’électricité à l’aide de l’énergie solaire, le photovoltaïque n’est pas la bonne solution ; tout juste un palliatif.

 

3 - Usines d’incinération d’ordures ménagères

Si vous possédez une usine d’incinération d’ordures ménagères d’une capacité de 100 000 t/an, il vous suffit d’utiliser la chaleur produite par l’incinération à la seule fin de la production d’électricité, et vous obtenez une unité de production d’électricité de 7 MW. Il vous faudra pour cela installer un aéroréfrigérant, un surchauffeur pour la chaudière, un groupe turboalternateur, des équipements de contrôle-commande associés et des pièces de rechange. Il faudra prendre en compte les frais d’études et de maîtrise d’ouvrage supplémentaires. Le tout sera estimé à 2500 euro / Kw soit 17.5 millions d’euro la centrale. En tenant compte du cout d’exploitation (triage des déchets, entretien, manutention diverse (nous n’imputons pas de coût de combustible car l’incinération sans valorisation énergétique implique les mêmes coûts de collecte des déchets.). Avec une durée de vie de la centrale estimé à 20 ans, pour produire 1 MWh il vous en coutera 50 euro, avec un combustible gratuit et à volonté, mais néanmoins polluant (dioxine).

 

4 - Le Biogaz

Le biogaz est un mélange gazeux provenant de la digestion anaérobie de la matière organique dans un digesteur, une station d’épuration ou un centre de stockage de déchets ménagers. C’est un gaz constitué essentiellement de méthane (55 à 80% en masse pour la méthanisation, 45 à 65% en décharge), ainsi que de dioxyde de carbone. Le débit de production et la qualité du biogaz dépendent de la quantité en matière organique et du type de déchet traité. L’essentiel du gisement des installations de production d’électricité à partir de biogaz se situe dans la gamme de 200 kW à 1 MW (les 1000 vaches dans la Sommes, c’est 1.4MW et ce n’est pas vraiment un exemple à suivre). Ce sont donc de très petite unité, très local mais moins polluante que les usines d’incinération et surtout utilisant des déchets comme carburant. De plus il crée énormément de chaleur qui peut à l’aide d’une unité de cogénération être utilisé comme moyen de chauffage collectif si les habitations sont à proximité (ce plus n’est pas tenue en compte dans le calcul de cout de cette électricité).

Avec une durée de vie de l’installation de 15 ans, le MWh produit est de :

• 28 euro pour une station d’épuration (150 000 habitants) associée à une puissance électrique de 200 kW ;

• 28 euro pour une codigestion collective de déjections animales (20 000 t/an) avec une puissance de 200 kW

• 25 euro pour un centre de stockage des déchets (50 000 t/an) associée à une puissance électrique de 500 kW ;

• 25 euro une unité de méthanisation d’ordures ménagères (40 000 t/an) avec une puissance de 1 MW.

 

5 - La Biomasse

La production d’électricité à partir de biomasse n’a de sens que si elle est associée à une valorisation de la chaleur. On retrouve ses installations de cogénération à partir de biomasse dans les stations de sport d’hiver ou en bordure de forêt comme pour l’aéroport de Roissy avec la forêt de Compiègne. Elle repose essentiellement sur deux technologies : la combustion conventionnelle et la gazéification.

Le calcul du coût de production d’électricité à partir de biomasse nécessite d’isoler le coût imputable à la production d’électricité proprement dite par rapport à la valorisation de la chaleur produite.

Avec une durée de vie de l’installation de 20 ans, le MWh produit est de 108 euro pour une installation de 10 MW. Le combustible (plaquettes forestières) représente environ la moitié du coût de production.

 

6 – L’Hydraulique

Avec 25,4 GW de puissance installée et une production de 75,7 TWh en 2013, l’hydraulique est la deuxième source de production derrière le nucléaire, et la première source d’électricité d’origine renouvelable en France. Ce ne sont plus de gigantesques installations comme le barrage de Tignes d’une puissance de 400 MW, mais plutôt de petits barrages munis de turbines d’une puissance de 55MW comme tout dernièrement le barrage du Rizzanese près de Sainte-Lucie de Tallano en Corse. Ce mode production d’énergie dépend de la pluviométrie et est donc pas très efficace les mois de sécheresse. Bien que certains disent qu’il régule les cours d’eau et évite les inondations, il n’empêche que le barrage inonde les vallées en amont et qu’en aval, l’eau se fait plus rare. Donc le choix de l’implantation d’un barrage doit se faire en fonction du site et de sa géologie, mais aussi en tenant compte des intérêts économiques et agricoles locaux, et ce n’est pas toujours évidant de satisfaire tout le monde.

Avec le biogaz, c’est le mode de production d’électricité le moins cher à 25 euro le MWh.

 

7- Energie marémotrice

Il ne faut pas oublier l’énergie marémotrice qui est issue des mouvements de l’eau et qui nécessite des infrastructures à peu près identique aux barrages, avec un avantage certain qui est que ce mode de production ne tient pas compte de la climatologie, puisqu’il utilise les courants des marées. En 1961, la France a inauguré la plus puissance usine marémotrice du monde à La Rance (240MW). La Corée va inaugurer cette année une usine de 1320 MW soit l’équivalent d’un réacteur nucléaire et avec un cout de production d’électricité à 15 euro le MWh pour la Corée et 25 euro pour la Rance.

Il existe encore d’autres pistes de recherches pour de nouveaux moyens de production d’électricité, comme le solaire par la création de chaleur (four solaire) combinant la production d’hydrogène ou la production d’électricité par turbine gaz. Ou un procédé déjà pas mal utilisé en Suisse : La Station de Transfert d’Energie par Pompage (STEP) constituée d’un grand bassin haut et d’un grand bassin bas. Le pompage de l’eau vers le bassin supérieure permet d’accumuler de l’énergie potentielle et le turbinage permet de récupérer l’énergie stockée. Ces modes de production d’énergie sont encore à l’état de recherche et développement, mais les premiers résultats sont plus qu’encourageant. Ils doivent néanmoins être classés dans les moyens de production décentralisés.

Nous avons donc deux moyens de production d’énergie : centralisé, c’est à dire les gros systèmes de production capable de produire infiniment plus d’énergie que la région ne peut en consommer et qui nécessite un système de transport par ligne à haute tension qui va au-delà de la région ou du pays. En les moyens de production décentralisé qui produisent suffisamment d’électricité à l’échelon local, mais pas plus. Ces systèmes n’ont besoin que des moyens de distribution pour raccorder la grande ville voisine et n’ont pas besoin nécessairement d’être raccordé au réseau national.

Quand un pays détermine une politique énergétique il doit tenir compte en même temps, des moyens de productions et des moyens de distribution ou de transport de l’énergie. On ne peut pas se focaliser sur un mode de production sans déterminer comment on va distribuer le courant à travers le pays. C’est pour cela que le choix sur la « transition énergétique » est un choix politique qui dépasse les compétences des « techniciens ».

 

Dans la seconde partie de cet article, nous parlerons du transport de l’électricité et des différentes politiques énergétique des pays comme la France, l’Espagne, l’Allemagne, la Chine, les USA et le RU.