VERS LE MIX ELECTRIQUE

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1 DE L ENERGIE PRIMAIRE A L ELECTRICITE PRODUIRE EN TEMPS REEL CHOISIR LE MIX ELECTRIQUE DE L ENERGIE PRIMAIRE A L ELECTRICITE De la centrale au consommateur L électricité qui arrive au bout de la prise de courant n est pas directement disponible dans la nature. Si néanmoins elle a pris une telle importance dans nos vies, c est parce que c est une forme d énergie facile à produire et à transporter en grandes quantités, facile à utiliser, tout cela à un coût très raisonnable. Mais c est aussi et surtout parce que beaucoup d appareils modernes fonctionnent spécifiquement à l électricité (télévisions, ordinateurs, réfrigérateurs ). Bien que l on parle de production ou de consommation d électricité dans le langage courant, cela n est pas tout à fait juste, au sens purement physique du terme. En effet, l énergie ne peut être produite à partir de rien, elle ne peut être créée, on ne peut que la transformer d une forme à une autre. C est le principe de conservation de l énergie, loi générale pour toutes les théories physiques, encore jamais contredite, résumée dans la célèbre formule de Lavoisier : «Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme». Ainsi, au sens physique, une centrale électrique ne «produit» pas de l électricité, mais transforme des ressources énergétiques primaires en électricité. Voyons comment Transformer l énergie primaire en électricité De nombreuses énergies primaires permettent de produire l électricité, la méthode la plus courante étant de convertir l énergie mécanique (ou énergie cinétique) issue d un mouvement en électricité, grâce à un alternateur. On utilise dans ce cas : l énergie mécanique directe (hydraulique, éolien, énergie des marées, des courants ou des vagues) l énergie mécanique obtenue à partir d une énergie thermique (centrales thermiques, nucléaires ou géothermiques) On peut aussi produire l électricité à partir de : l énergie lumineuse du rayonnement solaire (centrale photovoltaïque) l énergie chimique (pile, pile à combustible) 1/5

2 L alternateur L alternateur est la partie commune à presque toutes les centrales électriques. Il est constitué d une partie tournante (le rotor), et d une partie fixe (le stator). Le plus souvent, le rotor est un grand aimant qui tourne à l intérieur du stator, composé d un enroulement de fils de cuivre (bobine). Cela produit un courant alternatif, c est-à-dire un mouvement de va-et-vient des électrons, par induction électromagnétique. Pour faire tourner le rotor, on le couple à une turbine mise en rotation par une énergie mécanique de mouvement, provenant du vent (énergie éolienne), de l eau (énergie hydraulique) ou de vapeur d eau (énergie thermique). L alternateur est une machine qui convertit en énergie électrique l énergie mécanique fournie au rotor par la turbine. Contraintes geographiques En fonction de l énergie primaire utilisée, les centrales électriques ne peuvent être construites n importe où. Les centrales thermiques, à flamme et nucléaires, ont besoin d être refroidies grâce à de grandes quantités d eau froide : elles doivent être construites au bord d un fleuve ou de la mer. Les centrales exploitant les forces naturelles (courant, soleil, vent) sont construites dans les lieux où l énergie primaire est non seulement présente, mais aussi là où la centrale pourra fonctionner de manière optimale, afin de rentabiliser l investissement. Ainsi, pour implanter un parc éolien, il ne suffit pas qu il y ait du vent, mais des vents dont la régularité, la vitesse, la fréquence puissent permettre une production maximum. Pour un barrage hydraulique, c est la hauteur de chute et le débit qui détermineront la puissance délivrable. 2/5

3 PRODUIRE EN TEMPS REEL Ajuster la production à la demande On ne sait pas toujours que lorsque l on appuie sur un interrupteur, une centrale est en train de produire l électricité nécessaire à l instant même. L électricité ne pouvant être stockée à grande échelle, la production des centrales doit correspondre à tout instant à la quantité demandée par les consommateurs. Sous-production Si la production est insuffisante par rapport à la demande, on risque le black-out (panne généralisée sur une partie du territoire). On peut alors : Augmenter rapidement la production en mobilisant des unités de productions supplémentaires (centrales programmables et modulables). Acheter de l électricité aux pays voisins. Surproduction Si la production est supérieure à la demande, on peut : Agir sur les centrales modulables pour diminuer ou arrêter leur production. Vendre l électricité en surplus aux pays voisins. Stocker le surplus dans une STEP. Adapter le parc aux variations de la demande Pour que le parc électrique puisse produire la quantité demandée à tout instant, il faut qu il soit capable de s adapter aux variations de la demande. La demande globale d électricité fluctue constamment, selon des cycles journaliers (jour/nuit), hebdomadaires (jours ouvrés/week-end) ou saisonniers (été/hiver). En hiver, par exemple, lorsque tout le monde rentre à 19h et allume au même moment lumières, chauffages, et appareils de cuisson, la puissance appelée augmente brutalement. C est ce qu on appelle une pointe de consommation hivernale. Heureusement, grâce aux statistiques, ces variations sont prévisibles. Le parc de production électrique doit donc être capable de produire la puissance moyenne appelée toute l année, mais surtout disposer de capacités de production ajustables : il faut pouvoir baisser la production de base lorsque la demande diminue et disposer de capacités de réserve, mobilisables lors des périodes de pointe. 3/5

4 CHOISIR LE MIX ELECTRIQUE Choix des unités de production Pour satisfaire la demande et s ajuster aux variations, le choix des moyens de production appelés se fait selon trois critères principaux : Les coûts de production (les productions les moins chères - au niveau de leur coût variable de production - sont appelées en premier). La facilité à programmer et/ou à moduler la puissance de chaque moyen de production. Les périodes types de production (base, semi-base et pointe). Ainsi, les producteurs «empilent» les unités de production, ils utilisent pour la base (longues durées d utilisation) les productions les moins chères et les moins modulables, et réservent pour la pointe (courtes durées) les productions les plus chères et les plus facilement modulables. Ces différents moyens de production composent le mix électrique. Les périodes types de production Base La période de base correspond à l électricité produite et consommée 7 jours sur 7 et 24h/24. En France, on appelle en premier l électricité fatale, c est-à-dire l hydraulique au fil de l eau, l éolien, et le solaire. Vient ensuite le nucléaire, qui convient bien à une utilisation en base, dans la mesure où son coût variable de production est faible, et sa puissance moins facile à moduler. Semi-base La période de semi-base correspond à l électricité produite en complément de l électricité de base, quand la consommation augmente en hiver. En France, cette production est assurée par les centrales thermiques à flamme, au gaz et au charbon surtout, bien adaptées techniquement et économiquement à des variations de production. Pointe et hyper-pointe La production de pointe et hyper-pointe est assurée par les centrales thermiques à flamme (gaz, charbon, fuel), les barrages hydrauliques et les STEP (stockage). Quand la capacité de réserve est insuffisante, on achète l électricité aux pays voisins. 4/5

5 Gérer la pointe : un défi social, technologique et environnemental</h2> La période de pointe soulève plusieurs problèmes : pour quelques heures par an, c est elle qui détermine le dimensionnement du parc de centrales et les infrastructures de réseau et, par conséquent, les prix de l électricité. Plus la variation de la puissance appelée est grande par rapport à la période de base, plus les impacts économiques et environnementaux de la pointe sont importants. En France, la pointe est gérée en grande partie par le recours aux centrales hydrauliques à barrage et aux combustibles fossiles. Or, ces dernières productions sont particulièrement coûteuses pour le consommateur et génèrent d importantes émissions de CO2. Au niveau social, l augmentation des tarifs de l électricité pénalise les ménages les plus modestes et accroît le nombre de personnes en situation de précarité énergétique. Gérer la pointe : les solutions La gestion de la pointe est complexe. Néanmoins, des solutions existent. Du point de vue environnemental, il existe des moyens de production relativement peu émetteurs de CO2, comme les centrales hydrauliques de barrage, ou même utilisant les combustibles fossiles, comme les centrales au gaz à cycle combiné. Les actions de maîtrise de l énergie, d effacement des consommations, le développement des renouvelables, et notamment des petites unités d autoproduction, seront des solutions d autant plus efficaces combinées entre elles et confortées par les nouvelles technologies de réseaux intelligents (smart grids) ou de compteurs communicants (smart meters). Une politique énergétique adéquate sera aussi nécessaire pour permettre la mise en œuvre de ces solutions. 5/5

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