Stocker l’électricité : l’utopie éolienne

Quand on parle d’énergie renouvelable, on parle en fait des éoliennes, car :

  • La France a fait quasiment le plein en matière hydraulique,
  • Le photovoltaïque et les biocarburants resteront marginaux.

 

Le 100% renouvelable, prévu par l’ADEME et les écologistes à horizon 2050, repose donc majoritairement sur les éoliennes.

Les éoliennes fournissent une électricité intermittente et non pilotable (on ne maîtrise pas ces intermittences) : elles nécessitent du vent, or il peut y avoir de longues périodes sans vent, ou avec un vent très insuffisant pour qu’elles produisent : pour mémoire, la production d’une éolienne est proportionnelle au cube de la vitesse du vent : 2 fois moins de vent, c’est 8 fois moins d’électricité.

En première approximation, on peut considérer qu’une éolienne fournit sa puissance nominale 25% du temps, et zéro le reste du temps, … qui peut durer plusieurs jours, voire plusieurs semaines, notamment en périodes anticycloniques.

Et pourtant, cela n’empêche pas les tenants des énergies renouvelables, dont l’ADEME, d’imaginer qu’on puisse avoir 100% d’électricité renouvelable.

Il existe deux solutions pour pallier cette intermittence :

  1. Doublonner les éoliennes par un équivalent en centrales à gaz (ou à charbon ?) (qui produiraient donc les 75% du temps où il n’y a pas de vent) : mais cette solution ne permet pas de répondre à une stratégie 100% renouvelable, loin s’en faut ; … et on n’entend d’ailleurs pas les écologistes la promouvoir.
  2. Augmenter le nombre d’éoliennes, pour pouvoir stocker un excédent d’électricité, en prévision des périodes sans vent : c’est cette solution qui est exposée ici, car nos politiques espèrent sans doute un futur où on saurait stocker l’électricité en quantité suffisante pour pallier les intermittences.

 

Mais, pour le moment, cette seconde solution relève de l’utopie, et, malheureusement, la technologie n’évolue pas “sur demande” comme semblent le croire beaucoup de politiques … ce qui fait qu’on oublie pudiquement d’évoquer ce problème.

Pour notre démonstration, nous allons raisonner sur la base d’éoliennes terrestres (pour ne pas charger la note) de puissance nominale 5 MW, de coût unitaire 5 M€, produisant 25% du temps.

Question : combien faudrait-il de telles éoliennes et quelle quantité de stockage pour produire en permanence 5 MW ?

Réponse simpliste : comme une éolienne produit 25% du temps, il faudrait 4 éoliennes : ainsi une journée de fonctionnement (à plein régime) assurerait 4 journées d’électricité.

Le stockage nécessaire serait de 5 x 3 x 24 = 360 MWh.

Mais il s’agit là d’un cas idéal où la nature aurait l’amabilité de ne jamais laisser plus de 3 jours consécutifs sans vent ; la réalité est tout autre : les périodes sans vent peuvent durer plusieurs semaines, disons 20 jours par exemple (mais je n’aimerais pas être celui à qui incombera la responsabilité de ce dimensionnement).

Le stockage nécessaire est alors :  5 x 24 x 20 = 2400 MWh

Plusieurs solutions sont envisageables :

1/ Les STEP : Stations de Transfert d’Energie de Pompage

Les STEP sont des barrages hydrauliques échangeant entre 2 bassins à des altitudes différentes, en turbinant (amont > aval) pour produire, ou en pompant (aval > amont) pour stocker. D’une façon générale, elles permettent de stabiliser le réseau lors des pointes et des creux de consommation.

Certains imaginent utiliser cette technologie pour pallier les intermittences : pour une dénivellation de 500 mètres, il faut compter 1 m3 d’eau pour produire 1 kWh (avec un rendement de 80%) ; il faudrait donc un double stockage de 2 400 000 m3.

Pour mémoire, la STEP de Grand’Maison (la plus grande de France) a une dénivellation de 900 m et une capacité de 130 000 000 m3 : elle pourrait donc compenser l’intermittence d’une cinquantaine d’installations (soit 250 MW de production permanente).

… soit, pour produire l’équivalent d’un EPR (1650 MW) avec un facteur de charge (pilotable, lui) de 70% (soit 1650 x 0,7 = 1155 MW) : 1155 / 250 =  entre 4 et 5 STEPs de la taille de celle de Grand’Maison.

Mais, pour installer une STEP, il faut que le relief s’y prête, et les possibilités exploitables en France sont déjà quasiment saturées.

Cette solution est donc juste rappelée pour mémoire.

 

2/ La solution des batteries

Le rendement du cycle Electricité > Batteries > Electricité est de l’ordre de 70% (données ADEME) (on va considérer 85% par étape).

Pour couvrir les intermittences il ne faudrait donc plus 4, mais 4 / 0,7 = 5,7 éoliennes.

Pour mémoire, une batterie de voiture Tesla Model 3 a une capacité de 0,1 MWh : pour stocker les 2400 MWh nécessaires, il faudrait donc l’équivalent en batteries de 24 000 Tesla Model 3.

Le coût des batteries (Li-ion) est de l’ordre de 150 € par kWh de capacité.

Coût de l’installation :

  • Eoliennes : 5 x 5,7 = 28,5 M€
  • Stockage : 2 400 000 x 150 / 0,85 = 423 M€
  • Total : environ 450 M€ pour produire 5 MW en continu

 

soit, pour produire l’équivalent d’un EPR (1650 MW) avec un facteur de charge (pilotable, lui) de 70% (soit 1650 x 0,7 = 1155 MW) :

450 x 1155 / 5 =  104 milliards d’Euros.

On peut sans doute espérer que les Chinois, qui génèrent notre CO2 (puisque c’est chez eux que nous transférons nos industries, et qui nous vendront donc ces batteries), nous feront un petit rabais sur ce prix. Mais ça ne changera pas l’ordre de grandeur.

 

3/ La solution Hydrogène

C’est le grand espoir de nos dirigeants politiques … qui vont y engloutir des fortunes empruntées à nos enfants : voir https://climatetverite.net/2021/12/10/le-prince-charmant-macron-reveille-la-princesse-hydrogene/.

Mais c’est une solution sans grand espoir de progrès : l’hydrogène a des propriétés physiques immuables quels que soient les progrès technologiques qu’en espèrent les politiques.

Avec l’hydrogène, le rendement Electricité > Hydrogène > Electricité est de l’ordre de 25% (données ADEME : https://librairie.ademe.fr/mobilite-et-transport/1685-rendement-de-la-chaine-hydrogene.html) :

On va supposer, pour simplifier, que ce rendement se répartit de façon équilibrée entre les deux phases : électricité > hydrogène (électrolyse) et hydrogène > électricité (pile à combustible (PAC)) :

  • Ce ne sont donc plus 4 éoliennes qui seraient nécessaires, mais 4 / 0,25 = 16 éoliennes de 5 MW.
  • Et ce ne sont donc plus 2400 MWh de stockage, mais 4800, qui seraient nécessaires.

 

Le pouvoir énergétique de l’hydrogène est d’environ 40 MWh par tonne d’hydrogène.

Pour 5 MW de production utile pendant 20 jours, il faudrait donc stocker 4 800 / 40 = 120 tonnes d’hydrogène :

  • ou 1 200 000 m3 sous forme gazeuse à pression atmosphérique,
  • ou 120 000 / 71 = 1700 m3 sous forme liquide (densité 71 kg/m3).
  • (ou 40 000 tonnes d’hydrures sous forme solide : à oublier).

 

Pour stocker cet hydrogène, on peut, soit le comprimer (gazeux), soit le liquéfier (à -254°C) : quelle que soit la technologie utilisée, on peut considérer un coût de l’installation de stockage de l’ordre de 300 €/kg (source CETIM), soit, pour 120 tonnes : 36 M€.

Une installation capable de produire 5MW en permanence coûterait donc de l’ordre de :

  • 5 x 16 = 80 M€ d’éoliennes
  • + 36 M€ de stockage
  • Total : 116 M€ environ

 

… soit, pour produire l’équivalent d’un EPR (1650 MW à 70% = 1155 MW à temps plein) :

116 x 1155 / 5 = 26,8 milliards d’Euros.

Pour mémoire, le coût de l’EPR de Flamanville est estimé à environ 13 milliards d’Euros ; mais il s’agit d’un prototype, et on peut raisonnablement penser que ce coût sera divisé par presque 2 pour les suivants.

 

Conclusion :

Surdimensionner le parc éolien pour stocker l’électricité éolienne, pour compenser les périodes sans vent est une utopie.

Dans ces conditions, il faut donc doubler les éoliennes par une puissance installée équivalente, qui devra produire 75% du temps.

Evaluer le coût du kWh produit par l’éolien sans en tenir compte est une escroquerie.

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Une réponse

  1. Outre leur production faible et aléatoire, les éoliennes sont une monstruosité écologique : Faites de matériaux non recyclables, 600 tonnes de béton armé pour le socle, et des composites à durée de vie quasi illimitée pour les pales. La loi en France qui oblige à les recycler quand elles sont HS n’est pas appliquée.
    Ces engins déchiquettent les oiseaux, celles en mer perturbent l’écholocalisation des cétacés, et on les dégivre en hiver avec du glycol (hyper toxique pour les nappes phréatiques) pulvérisé depuis des hélicoptères !
    Sans oublier le cobalt, environ une tonne par moteur, extrait par des enfants esclaves en Afrique et en Asie.
    Ce cobalt se désintègre lentement en micro particules portées par le vent et les personnes qui l’inhalent sont exposées à des affections de longue durée telles que pertes de vision, problèmes cardiaques et pulmonaires, détérioration de la thyroïde et cancers.
    S’y ajoute le lithium intégré dans les aimants et les batteries-tampons qui empoisonne les sols et l’eau, et affecte la santé des êtres vivants encore plus que le cobalt.
    https://climatorealist.blogspot.com/

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