Exercice N 3 : Quel moyen de production utiliser?

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1 Exercice N 3 : Quel moyen de production utiliser? Sources : Observatoire de l énergie Avril 2007 EDF ADEME 1 Utilisation des centrales thermiques nucléaires. Stage Physique Appliquée 5 & 7 juin 2007 L énergie électrique produite annuellement par une tranche de 1300 MW d une centrale thermique nucléaire est d environ 10 TWh. 1 1 Calculer l intervalle de temps Δt correspondant à la production de cette énergie à l aide de cette tranche de 1 2 Comparer cet intervalle de temps avec la durée d une année. Sachant que les moyens de production d énergie électrique fonctionnant en «base» sont en service pendant 7000 h en moyenne, cette valeur est elle cohérente? 1 3 Calculer le nombre de tranches de 1300 MW de centrale thermique nucléaire partir de l utilisation du nucléaire. 1 4 Si toute l énergie électrique était d origine nucléaire, calculer la quantité de déchets radioactifs qui serait produit annuellement sachant que le parc électronucléaire français en produit 11 mg/kwh. L équipement français en centrale thermique nucléaire est aujourd hui réparti sur 19 sites comportant 34 unités de 900 MW, 20 unités de 1300 MW et 4 réacteurs de 1450 MW. 1 5 Calculer la puissance totale des centrales thermiques nucléaires installées en France en Calculer la quantité de déchets radioactifs produits en 2006 sachant que le parc électronucléaire français a fourni 429 TWh cette année là. 1 7 Les réserves mondiales d uranium sont estimées en 2006 à 2643, tonnes : elles sont donc Utilisation des centrales thermiques à flammes alimentées par charbon. La puissance d une centrale thermique au charbon est de l ordre de 250 MW. En production, la consommation à l heure est de l ordre de 100 t de charbon. 2 1 Calculer la puissance totale des centrales thermiques nécessaires pour produire 1/5

2 2 2 En déduire le nombre de centrales thermiques au charbon de puissance 250 MW 2 3 Calculer alors la masse de charbon utilisée pour produire 10 TWh. 2 4 Calculer le nombre de centrales thermiques au charbon de puissance 250 MW partir de l utilisation de charbon. 2 5 En déduire la masse totale de charbon utilisé en 2006 si l énergie électrique issue du charbon était la seule utilisée. 2 6 Calculer la masse de dioxyde de carbone (CO 2 ) produit annuellement sachant qu il y a une émission de CO 2 égale à 953 g/kwh pour une centrale thermique au charbon. 2 7 Comparer le résultat précédent avec les engagements de la France pris à Kyoto. Les réserves mondiales de charbon sont estimées en 2006 à 291, tonnes : elles sont donc Utilisation des centrales thermiques à flammes alimentées par fioul. La puissance d une centrale thermique au fioul est de l ordre de 250 MW. En production, la consommation à l heure est de l ordre de 50 t de fioul. 3 1 Calculer la puissance totale des centrales thermiques nécessaires pour produire 3 2 En déduire le nombre de centrales thermiques au fioul de puissance 250 MW 3 3 Calculer alors la masse de fioul utilisée pour produire 10 TWh. 3 4 Calculer le nombre de centrales thermiques au fioul de puissance 250 MW nécessaire à la production de l énergie électrique en France en 2006, uniquement à partir de l utilisation du fioul. 3 5 En déduire la masse totale de fioul utilisé en 2006 si l énergie électrique issue du fioul était la seule utilisée. 2/5

3 3 6 Calculer la masse de dioxyde de carbone (CO 2 ) produit annuellement sachant qu il y a une émission de CO 2 égale à 830 g/kwh pour une centrale thermique au fioul. 3 7 Comparer le résultat précédent avec les engagements de la France pris à Kyoto. Les réserves mondiales de pétrole sont estimées en 2006 à tonnes : elles sont donc Utilisation des centrales thermiques à flammes alimentées par gaz naturel. La puissance d une centrale thermique au gaz naturel est de l ordre de 125 MW. En production, la consommation à l heure est de l ordre de m 3 de gaz. 4 1 Calculer la puissance totale des centrales thermiques nécessaires pour produire 4 2 En déduire le nombre de centrales thermiques au gaz naturel de puissance 125 MW 4 3 Calculer alors le volume de gaz naturel utilisé pour produire 10 TWh. 4 4 Calculer le nombre de centrales thermiques au gaz naturel de puissance 125 MW partir de l utilisation de gaz naturel. 4 5 En déduire le volume total de gaz utilisé en 2006 si l énergie électrique issue du gaz naturel était la seule utilisée. 4 6 Calculer la masse de dioxyde de carbone (CO 2 ) produit annuellement sachant qu il y a une émission de CO 2 égale à 365 g/kwh pour une centrale thermique au gaz naturel (à cycle combiné). 3/5

4 4 7 Comparer le résultat précédent avec les engagements de la France pris à Kyoto. Les réserves mondiales de gaz naturel sont estimées en 2006 à m 3 : elles sont donc Utilisation des centrales hydrauliques. La puissance typique d une centrale hydraulique est de l ordre de 100 MW. En 2006, la puissance totale hydraulique installée en France est de 20 GW, pour une production annuelle de 61 TWh. 5 1 Calculer le temps de production moyen des centrales hydrauliques par an. 5 2 Calculer la puissance totale des centrales hydrauliques nécessaires pour produire 10 TWh si on admet qu elles fonctionnent 3050 h par an. 5 3 En déduire le nombre de centrales hydrauliques de puissance 100 MW nécessaire pour produire la même quantité d énergie (10 TWh) qu une tranche de centrale nucléaire. En 2006, la production d énergie électrique en France a été de 549 TWh, la part d origine hydraulique est de 61 TWh. 5 4 Calculer la puissance théorique totale des centrales hydrauliques que nécessiterait la production de l énergie électrique en France en 2006, si on admet qu elles fonctionnent 3050 h par an. 5 5 En déduire le nombre de centrales hydrauliques de puissance 100 MW nécessaire à la production de l énergie électrique en France en 2006, si on admet qu elles fonctionnent 3050 h par an 5 6 Calculer en pourcentage, l augmentation de la production d énergie d origine hydraulique qu il serait nécessaire pour produire la totalité d énergie électrique du pays. 5 7 Comparer le résultat précédent avec le potentiel hydroélectrique du pays qui est exploité à environ 70 %. 6 Utilisation des centrales éoliennes. La puissance typique d une éolienne est de l ordre de 2 MW. La durée moyenne de fonctionnement équivalent pleine puissance est de 2500 h par an. 6 1 Calculer le nombre d éoliennes de puissance 2 MW nécessaire pour produire la même quantité d énergie (10 TWh) qu une tranche de 4/5

5 6 2 Calculer le nombre d éoliennes de puissance 2 MW nécessaire à la production de l énergie électrique en France en 2006, si l énergie électrique éolienne était le seule moyen de production utilisé. 6 3 Calculer la superficie du parc éolien à utiliser sachant qu une éolienne de 2 MW placée dans un parc occupe une surface au sol de 0,18 km Comparer le résultat précédent avec la superficie de la France qui est de km 2 (exprimer le en pourcentage de la superficie totale). L étude du potentiel éolien en France métropolitaine est résumée ci dessous (source : eolien.fr/eolien/50twh.htm) pour les sites terrestres pour les sites en mer Puissance MW Energie TWh/an Nombre Surface sol km² , , soit au total : , Comparer le résultat précédent avec l étude ci dessus. 7 Utilisation des centrales photovoltaïques. La puissance typique d un capteur photovoltaïque de surface 10 m 2 est de l ordre de 1,4 kw. La durée moyenne de fonctionnement équivalent pleine puissance en France est de 1000 h par an. 7 1 Calculer la quantité d énergie produite annuellement par un capteur photovoltaïque de surface 10 m Calculer le nombre de capteurs de surface 10 m 2 nécessaire pour produire la même quantité d énergie (10 TWh) qu une tranche de La superficie de la France qui est de km 2 et la surface bâtie est de l ordre de 2% de la superficie totale. 7 3 Calculer le nombre de capteurs de surface 10 m 2 nécessaire à la production de l énergie électrique en France en 2006, si l énergie électrique photovoltaïque était le seul moyen de production utilisé. 7 4 Calculer la superficie du parc photovoltaïque à utiliser. 7 5 Comparer le résultat précédent avec la surface bâtie en France Synthèse. La production d énergie électrique en France est elle envisageable à partir d une seule source? Argumentez votre réponse. 5/5