Gestion de l énergie - 1

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1 Gestion de l énergie - 1 De la production la consommation : Qu est ce que l énergie? Les moyens de production d énergie Transmission, distribution, stockage Consommation, besoins actuels et prospectives Maitriser les consommations License MERE,

2 Gestion de l énergie - 1 De la production la consommation : Qu est ce que l énergie? Les moyens de production d énergie Transmission, distribution, stockage Consommation, besoins actuels et prospectives License MERE,

3 L énergie, indispensable à l activité humaine Chauffage des locaux Eclairage artificiel Transport Production de biens industriels, de services, Agriculture License MERE,

4 L énergie, qu est ce c est? Equivalence énergie matière La relativité d Einstein : E = mc² L énergie ne se crée pas, ne disparait pas, se transforme, elle se conserve Le premier principe de la thermodynamique L énergie c est la capacité d un système à créer le mouvement License MERE,

5 L énergie existe sous plusieurs formes Energie libre Cinétique Thermique (chaleur) Électrique radiante Energie stockée Potentielle Chimique Nucléaire License MERE,

6 L énergie s utilise sous forme de Chaleur Chauffage Cuisson Travail Soulever Accélérer License MERE,

7 Les convertisseurs d énergie Energie cinétique Energie Electrique Energie thermique Energie radiante License MERE,

8 Les convertisseurs d énergie Energie cinétique Générateur Moteur électrique Moteur Thermique électrique Frein Radiateur Energie Electrique Thermocouple Energie thermique Lampe Cellule Feu Capteur photo-électrique solaire Energie radiante License MERE,

9 Les transformations de l énergie chimique Energie cinétique moteur, muscle électrolyse combustion Energie Energie Energie Electrique chimique thermique batterie thermolyse chimioluminescence Energie radiante photochimie License MERE,

10 L énergie potentielle Energie potentielle barrage pompe Et = Ec +Ep Energie cinétique License MERE,

11 Différentes façon de mesurer Energie primaire : Telle qu elle se présente dans la nature (pétrole, gaz, charbon ) Energie secondaire : Raffinée (essence, fuel, propane, ), électricité Energie finale Disponible auprès de l utilisateur Energie utile Nécessaire à nos besoins License MERE,

12 Rendement (η ou R < 1) Rendement de production : Rapport (R 40%) entre l électricité produite par une centrale et l énergie primaire (combustible) consommée Rendement de génération : Rapport (R 90%) entre l énergie transmise à un système de chauffage et l énergie brûlée par une chaudière l énergie Rendement de conversion : Rapport (R 95%) entre l énergie disponible sur l arbre d un moteur et l électricité consommée A chaque étape, la part complémentaire (1-R) d énergie n a pourtant pas disparu. Elle est considérée comme perdue car elle n est pas utilisable sous la forme souhaitée, généralement dissipée sous forme de chaleur (fumées, frottements ) Globalement, l énergie finale est un peu plus de la moitié de l énergie primaire. License MERE,

13 Dans un véhicule automobile 30% Energie Energie Energie chimique thermique cinétique Energie électrique License MERE,

14 Unités 1 Joule : l énergie pour soulever de 10 cm une masse d un kilogramme 1 ev = 1, J 1 kw.h = 3, J 1 tep = 4, J PCS : pouvoir calorifique inférieur PCI : pouvoir calorifique inférieur Gaz naturel : PCS/PCI = 1,1 License MERE,

15 Equivalences Combustible Unité PCS en kw.h CO2 en kg Fep Fuel domestique 1 kg 12,4 kw.h 3,67 1,24 Fuel domestique 1 litre 10,4 kw.h 3,07 1,24 Gaz naturel 1 m3 11,2 kw.h 2,7 1,15 Gaz naturel 1 kg 13,8 kw.h 3,35 1,15 Biogaz - 40% Méthane 1 m3 4,4 kw.h 0,6 0,48 Biogaz - 75% Méthane 1 m3 8,3 kw.h 1,14 0,48 Granulés de bois (pellets) 1 kg 5,6 kw.h 0,2 1,22 Granulés de bois (pellets) 1 m kw.h 130 1,22 Bois déchiqueté, copaux, plaquettes 1 kg 5,5 kw.h 0,06 1,14 Bois de chauffage (sapin) - stère ~200 kg kw.h 0,84 1,06 Bois de chauffage (chêne) - stère ~400 kg kw.h 1,2 1,06 Electricité moyenne France 1 kw.h 0,08 2,58 Electricité pointe (France) 1 kw.h 0,18 2,58 Electricité hydraulique 1 kw.h 0,03 1,7 Electricité (Europe) 1 kw.h 1,3 2,97 License MERE,

16 Gestion de l énergie - 1 De la production la consommation : Qu est ce que l énergie? Les moyens de production d énergie Transmission, distribution, stockage Consommation, besoins actuels et prospectives License MERE,

17 Extraction, raffinage des énergies fossiles License MERE,

18 Centrales thermiques License MERE,

19 Centrales nucléaires Puissances unitaires 900, 1200 MW EPR : 1600 MW License MERE,

20 Alternateurs Illustration : Siemens License MERE,

21 Turbines vapeurs Game de puissances : 50 à MW Illustration : Siemens License MERE,

22 Turbines gaz Game de puissances : 10 à 700 MW Jusqu à 35 % Illustration : Siemens License MERE,

23 Centrales à cycles combinés Game de puissances : 100 à MW 1 arbre (Single Shaft) ou plusieurs (Multi Shaft) Rendement 50% Illustration : Siemens License MERE,

24 Turbines hydrauliques Bulbe Francis Kaplan Pelton Turbo-pompe Illustration : Alstom License MERE,

25 Gestion de l énergie - 1 De la production la consommation : Qu est ce que l énergie? Les moyens de production d énergie Transmission, distribution, stockage Consommation, besoins actuels et prospectives License MERE,

26 Les réseaux électriques License MERE,

27 Les lignes électriques Type de ligne Tension Usage Très Haute Tension ( THT ) volts ( 400 kv ) Transport d'énergie électrique à volts ( 225 kv ) longue distance et international. Haute Tension ( HT ) volts ( 90 kv ) Transport d'énergie électrique distant volts ( 63 kv ) industries lourdes, transport ferroviaire. Moyenne Tension ( MT ) volts ( 30 kv ) Transport d'énergie électrique local volts ( 20 kv ) industries, PME, services, volts ( 15 kv ) commerces Basse Tension ( BT ) 380 volts, Distribution d'énergie électrique, 230 volts bâtiments publics, ménages, artisans. License MERE,

28 Transformateurs de puissance Elever la tension en sortie de centrale pour diminuer les pertes en lignes Abaisser la tension d un réseau THT en HT HT en MT MT en BT Découplage de réseaux License MERE,

29 Appareillage de réseau HT Disjoncteur Sectionneur Parafoudre éliminer les court-circuit - aiguillage -éliminer les surtensions Illustration : ABB License MERE,

30 Transformateurs de mesure Réducteur de courant Réducteur de tension Illustration : ABB License MERE,

31 Poste à isolation gazeuse L ensemble des composants du poste sont sous enveloppe métallique L isolation est assurée par du gaz SF6 Illustration : ABB License MERE,

32 Protection des réseaux Détection des défaut Scénarios de protection Commande des disjoncteurs License MERE,

33 Gestion de l énergie - 1 De la production la consommation : Qu est ce que l énergie? Les moyens de production d énergie Transmission, distribution, stockage Consommation, besoins actuels et prospectives License MERE,

34 Production nationale (France) d énergie en Mtep License MERE,

35 Consommation nationale d énergie en Mtep License MERE,

36 Bilan énergétique national 2007 source DGEMP License MERE,

37 Evolution de la consommation d énergie finale en France (Mtep) License MERE,

38 Les consommations d énergie en France License MERE,

39 Les consommations d énergie des logements Source ADEME 2006 License MERE,

40 Répartition des sources d énergie dans la production mondiale d énergie primaire (année 2000) License MERE,

41 Evolution de la consommation mondiale d énergie primaire (Gtep) License MERE,

42 Prospective de la répartition des sources d énergie dans la consommation mondiale d énergie en 2020 License MERE,

43 Consommation moyenne d énergie par habitant License MERE,

44 Prévision des consommations des combustibles fossiles License MERE, Source ADEME

45 Réserves prouvées d énergie dans le monde Milliards de TEP 600 Source : AIE/OCDE Réserves prouvées d énergie dans le monde Autres Chine : 21.8% Ex - URSS : 22.5% Autres Autres Amérique du Moyen Orient : Moyen Orient : nord : 25.4% 33.9% 218 ans 63.6% Ex - URSS : 41 ans 38.7% 63 ans Réserve Conso. annuelle Réserve Conso. annuelle Réserve Conso. annuelle Charbon Pétrole Gaz License MERE,

46 Evolution des cours du pétrole (Brent) et du gaz naturel (Spot) License MERE,

47 Consommation moyenne d électricité (kwh/habitant/an) Source ADEME License MERE,

48 Evolution de la production d électricité par zone géographique Source ADEME En 1973 En 2000 License MERE,

49 Evolution de la population mondiale depuis le début de l ère industrielle License MERE,

50 Gestion de l énergie - 1 De la production la consommation : Qu est ce que l énergie? Les moyens de production d énergie Transmission, distribution, stockage Consommation, besoins actuels et prospectives Maitriser les consommations License MERE,

51 Source d énergie 2000 à 2050 en TWh Comparatif tendanciel et version négawatt Tendanci Sobriété Efficacité sur of Efficacité dema Renouvelable Renouvelables Uranium Pétrole Uranium Charbon Pétrole Gaz Charbon Gaz License MERE,

52 La démarche NégaWatt

53 La sobriété énergétique Comportement Consommer mois pour un même besoin Chasser les gaspillage Attitude active pour plus améliorer l efficacité globale License MERE,

54 L efficacité des équipements License MERE,

55 La sobriété énergétique Comportement Consommer mois pour un même besoin Chasser les gaspillage Attitude active pour plus améliorer l efficacité globale License MERE,

56 Les énergies renouvelables Hydraulique Eolien Photovoltaïque Solaire thermique Biomasse License MERE,

57 Application N 1 Quelle est l énergie primaire consommée pour faire fonctionner pendant 5000 heures à pleine charge une pompe électrique d une puissance nominale de 3 kw? License MERE,

58 Corrigé N 1 Energie utile : 3 kw (p. utile) * h (temps de fonctmt) = kw.h Energie finale : kw.h / 90% (rendement du moteur) = kw.h Energie secondaire : kw.h * (1+10% (pertes en ligne) ) = kw.h Energie primaire : kw.h / 40% (rendement de la centrale) = kw.h License MERE,

59 Application N 2 Quelle est la consommation énergétique (en énergie primaire) et l impact climat (en équivalent C02) d une famille de 4 personnes qui : Habite un logement de 100 m² dont le besoin annuel de chauffage est de 160 kw.h/m² (convecteurs électriques) Utilise un véhicule diesel qui parcoure km/an qui consomme 12 litres au 100 km Quelles améliorations proposeriez vous pour minimiser les consommations et quelles seraient dans ce cas les consommations et émissions de gaz à effet de serre? License MERE,

60 License MERE,