Quelle énergie renouvelable choisir ?

1 – Stations isolées

Dans l’article précédent nous avons vu que les énergies se caractérisent par la structure de leur disponibilité, que celles-ci soient classiques (centrales thermiques ou nucléaires) ou renouvelables (photovoltaïque ou éolienne).

Le principal inconvénient de l’éolien est l’inconstance du vent et la difficulté à le maîtriser, qui nécessite un certain savoir-faire. Il est plus facile de conduire un canot à moteur qu’un voilier. Ainsi, les navires à vapeur ont rapidement remplacé les grands voiliers…

Pour une installation isolée, l’usage de la technologie éolienne doit répondre à ces Inconvénients par :

  • des moyens de stockage pour pallier aux périodes de carence, au-delà des besoins quotidiens (batterie, en cas de production d’électricité, ou bacs d’abreuvage en cas de puisage d’eau)
  • le surdimensionnement de l’installation éolienne pour capter les vents les plus faibles.

Au contraire, le photovoltaïque brille par sa prédictibilité. L’on sait dire de quelle énergie l’on disposera le 26 mars 2057 à Paris comme à Singapour, par exemple… Il est donc facile de dimensionner une installation isolée dont on connaît les besoins énergétiques.

Le photovoltaïque a été développé pour les besoins des satellites opérationnels, comme les satellites scientifiques d’observation de la Terre ou de télécommunication en orbites stationnaires. Cette technologie permettait de les rendre autonomes, en réduisant considérablement la taille des batteries nécessaires à la durée des zones d’ombre (quelques dizaines de minutes) auxquelles ils sont soumis…

C’est tout naturellement que l’on a transposé cette technologie à des installations terrestres isolées. Là, le besoin de stockage est dicté par la nuit la plus longue. Il suffit alors de disposer les panneaux solaires en nombre suffisant pour recharger les batteries en plus de l’alimentation directe.

Contrairement à ce qui se passe dans l’espace, les installations photovoltaïques terrestres sont tributaires de la latitude à laquelle elles se trouvent. Si l’on peut réduire cet inconvénient en orientant les panneaux constamment en direction du soleil, l’on ne peut rien faire pour modifier la durée du jour…

Prenons un petit exemple pour illustrer cela en prenant pour hypothèse une consommation constante le jour comme la nuit, comme une station météo isolée ou une antenne relais…

À l’équateur, où l’on a 12 heures de nuit et 12 heures de jour, il faudra 1 panneau destiné au stockage de l’énergie pour les besoins nocturnes pour 1 panneau destiné à couvrir les besoins diurnes.

La même installation à Paris, où la nuit la plus longue est pratiquement deux fois plus importante que le jour, il faudra 2 panneaux pour le stockage pour 1 panneau d’alimentation directe. Soit 3 panneaux, là où 2 étaient nécessaires à l’équateur. Il faudra également 2 unités de stockage là ou une seule suffisait…

Plus on s’approchera du cercle polaire, plus la technologie solaire photovoltaïque sera pénalisée du fait de la latitude élevée. Tandis que celle-ci n’a pas d’influence sur le vent…

En conclusion partielle, pour les installations isolées aux besoins énergétiques constants, la technologie photovoltaïque est plutôt mieux adaptée que l’éolienne pour les régions où l’ensoleillement est suffisant. Ce qui est le cas pour la plupart des régions habitées.

2 – Répartition en réseau

Peut-on extrapoler la conclusion sur les installations isolées aux besoins mondiaux ?

Par nature, les installations isolées ne représentent qu’une part marginale de la consommation énergétique.

Que ce soit pour des usages isolés ou pour une production de masse, la structure de l’énergie photovoltaïque conduit à la même logique de dimensionnement des unités de production, par une duplication des stations isolées, au prorata des besoins. Comme il fait nuit en permanence sur la moitié du globe, il faut nécessairement une capacité de stockage au moins égale aux besoins correspondants à la nuit la plus longue…

Plus les pays se trouvent à des latitudes élevées (comme c’est le cas pour la majorité des pays « développés », comme l’Europe) et plus la situation structurelle du photovoltaïque est pénalisante :

  • le parc de production à installer représente 2 à 3 fois la puissance nominale demandée ;
  • les besoins de stockage quotidiens dépassent les ressources disponibles connues…

Dans ce contexte, la situation de la technologie éolienne est bien plus confortable. Contrairement au niveau local où le vent peut venir à manquer ou souffler trop fort, il y a toujours un vent exploitable pas trop loin, l’été comme l’hiver, la nuit comme le jour, quelle que soit la latitude où l’on se trouve…

La péréquation obtenue par la mise en réseau des sites de production d’électricité éolienne présente trois avantages déterminants :

  • elle lisse les variations locales de vent et conduit à l’installation d’un parc éolien proche de la puissance nominale (consommation) ;
  • le parc de production d’ajustement est réduit à une fraction de la puissance nominale ;
  • le lissage de la production éolienne rend inutile le recours à des moyens de stockage (quitte à arrêter une partie des éoliennes d’un site en cas de surproduction).

 

Conclusion

Pour une production de masse, l’éolien jouit d’un fort effet de synergie par la mise en réseau au niveau régional, et supranational (Europe) a fortiori, se rapprochant de la souplesse des centrales thermiques…

Le photovoltaïque ne bénéficie d’aucun gain d’échelle et devrait être réservé à des applications isolées

(Climat & Avenir : 24 novembre 2017)

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4 réponses à Quelle énergie renouvelable choisir ?

  1. Erik dit :

    Pourquoi opposer éolien et solaire?
    Ils sont complémentaires, en particulier pour les habitats isolés qui sont très pénalisant dans le transport de l’électricité.
    Cette complémentarité facilite le lissage en réduisant les distances nécessaires.

    • Climat & Avenir dit :

      Avantage au solaire pour des utilisations isolées.
      Avantage à l’éolien pour un réseau régional.
      Entre deux, c’est une question à étudier plus finement.
      Il faut aussi tenir compte du retour énergétique des installations. C’est un sujet qui sera prochainement abordé.

  2. Erik dit :

    Je ne serais pas aussi catégorique. L’intérêt de chaque formule dépend de sa situation géographique et de la saison.
    En Norvège, le solaire est plutôt limité en hiver, tandis qu’au Sahara, cela marche tout le temps.
    Même à l’échelle de la France, il y a le double d’ensoleillement en été avec un angle plus favorable, tandis que le vent est généralement plus soutenu.
    L’été nous avons un effet thermique sur les côtes qui donne une brise de mer idéale de 40km/h l’après-midi. Celle-ci se ressent encore 50km à l’intérieur. Une brise de terre se lève la nuit, mais celle-ci est plus faible et reste prés du rivage.
    Même phénomène en montagne avec une brise de vallée due à l’échauffement des pentes.

  3. Erik dit :

    Que penser de l’énergie hydraulique? Sur un voilier autonome, l’hydroalternateur est de loin la source d’énergie la plus efficace en mer.
    Les barrages marchent bien en France, l’impact sur l’environnement est un autre débat, mais finalement, ces lacs sont plutôt de beaux plans d’eau qui nous sécurisent les réserves d’eau potable.
    De même pour l’usine marémotrice de La Rance.
    En mer, on a des endroits intéressants comme La Hague avec 7 à 11 nœuds de courant très prévisibles.
    Traditionnellement, on avait des moulins à marée, à eau. Pourquoi ne pas se pencher sur des turbines le long des rivières dans des canaux de dérivation pour respecter la biodiversité?

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