Les Energies renouvelables

1. Les Energies renouvelables Part 1: le soleil et l’air

2. Présentation générale • Les EnR : énergies dont la consommation ne diminue pas la ressource. Elles proviennent : • Du soleil, • Du vent, • Du cycle de l'eau, • De l’océan : courants, vagues, différences de température, eau douce/salée, • De la terre • Du système terre-lune • L’agence de l'énergie renouvelable (IRENA), créée en 2009, compte 148 états (dont 70 ont déjà ratifié ses statuts).

5. Des gains de moitié à deux tiers sur les usages de l’énergie escomptés par Négawatt

6. Evolution des consommations d’énergie, de sobriété, d’efficacité, et de la part d’énergies fissile et fossile et d’EnR par grand usage dans Négawatt

7. Répartition de la consommation totale d’énergie finale en 2008

8. Sources d’énergie électrique à La Réunion 2009 2010

9. Évolution de la ressource énergétique pour la production d’électricité Réunionnaise

10. Evolution des énergies renouvelables (EnR) à La Réunion

11. Evolution de la consommation énergétique à La Réunion • Jusqu’en 1981, les centrales hydrauliques suffisaient à répondre à la demande en électricité: 100% hydraulique = 100% EnR. • les EnR représentent: • 36,2% de la production électrique totale en 2006. • 35,0% de la production électrique totale en 2007. • 34,2% de la production électrique totale en 2008. • 32,5% de la production électrique totale en 2009. • La part de production d’électricité par les EnR a perdu 3,7 pts en 3 années, • De 1980 à 2000, en 20 ans, la consommation a quadruplé. • En 2009, la dépendance énergétique de l’île est à son plus haut niveau depuis 2005, avec 87,1% des ressources d’énergie primaire importées.

12. Les énergies photovoltaïques

13. Un peu de chimie… • Le silicium est un élément de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14. • Elément le plus abondant dans la croûte terrestre après l'oxygène, soit 25,7 % de sa masse. • Il n'existe pas à l'état libre, mais sous forme de composés : sous forme de dioxyde de silicium (SiO2), la silice (dans le sable, le quartz, la cristobalite, etc.), ou d'autres silicates (dans les feldspaths, la kaolinite...). • Utilisé depuis très longtemps sous forme d'oxyde de silicium amorphe comme composant essentiel du verre. • Depuis le milieu du XXe siècle nouveaux usages en électronique (transistors), pour la production de matériaux tels que les silicones ou, pour fabriquer des panneaux solaires photovoltaïques.

14. Monocristal de silicium

15. Barreau de silicium polycristallin

16. Principes et techniques • Énergie électrique de flux, renouvelable, à partir du rayonnement solaire • Utilise l’effet photoélectrique • Différentes techniques: • les modules solaires monocristallins • les modules solaires polycristallins • les modules solaires amorphes

17. Les différents cellules photovoltaïques (I) • Cellule en silicium amorphe • Cellule en silicium monocristallin • Cellule en silicium multicristallin

18. Les différentes cellules photovoltaïques (II) • Cellule tandem • Cellule organique • Cellule multi-jonction • Cellule CIGS

19. Rayonnement solaire moyen de 1991 à 1993

20. Carte de la radiation solaire en France métropolitaine

21. Bateau solaire

22. Modules solaires à Grand Bassin

23. Production de silicium dans le monde • En 2006, 1500 MW installés • Totalité des installations mondiales à 6 700 MW. • Le Japon (1 750 MW), • l'Allemagne (3 063 MW), • Les États-Unis (610 MW) représentent ensemble 81 % du marché mondial. • Les installations connectées majoritaires • Cinq firmes = 60% du marché mondial • Le Japon = la moitié des cellules PV du monde, mais panneaux assemblés surtout en Chine. • Allemagne premier consommateur, Japon deuxième.

24. Producteurs de cellules photovoltaïques • Q-Cells, Allemagne. 1er producteur mondial avec 389 MW en 2007 • Sharp, Japon. 3e producteur mondial avec 370 MW en 2007 • mais aussi : Suntech Power, Schott, Isofoton, Bosch Solar Energy, DelSolar, MPO Energy, Photowatt, Photovoltec, Sunways, Topray Solar, Nanjing PV-tech, REC, KIS Co, Solland, Solartec Sro, etc.

25. Producteurs de panneaux solaires photovoltaïques • Suntech Power (Chine) : 1er mondial avec 1 GW en 2009 • First Solar (États-Unis) • Sharp (Japon) : 1er producteur mondial avec 710 MW en 2007 (produit le silicium, les cellules et les panneaux) • VHF-Technologies SA (Suisse) : l'une des seules entreprises européennes à produire des cellules souples • Centrosolar (Allemagne) • Solarworld (Allemagne)

26. Prix du kWh solaire • Installation domestique • Centrale solaire d'Amareleja (Portugal) • Centrale photovoltaïque à concentration de Mildura, en Australie (échéance 2013)

27. Eléments de rentabilité d’une installation • Flux liés à l’investissement • Flux liés à l’installation • Flux liés aux financements

28. Prix hors taxe des équipements • Le rendement est de 8 à 16%, soit 100 à 200 Wc/m2. • En référence à l'année 2010 : • Modules polycristallins (fabrication) • Modules polycristallins (du grossiste au détaillant) • Système d'intégration • Onduleur pour injection réseau • Coffrets électriques CC et CA • Câbles électriques • Main d'œuvre • Installation photovoltaïque clé en main : de 4 €/Wc à 6 €/Wc, en baisse constante (cible à 1 €/Wc compétitive avec les ressources fossiles).

29. Prix de l’électricité photovoltaïque et prix d’autres sources d’énergie • kWh photovoltaïque = de loin le plus cher • IGF (08/10) • Projection 07/2010 (Association NC WARN) • Solaire thermodynamique moins cher • 3,3 fois plus que hydroélectricité, 2,85 fois plus que l’éolien terrestre. Seule la pile électrique est plus chère… • Mais grandes potentialités de réduction de coût!

30. Puissance photovoltaïque installée (MW)

31. Recherche et développement sur le photovoltaïque • Très active dans le domaine du solaire photovoltaïque. • Les prix diminuent, les rendements progressent. • L'essentiel des progrès se fait au niveau des cellules. • Autres innovations qui peuvent réduire le coût global ou améliorer les fonctionnalités : • Amélioration des onduleurs, des héliostats, • Intégration dans des éléments standards de toitures, • Mécanismes anti-poussières automatiques, • Panneaux solaires laissant mieux passer l'énergie...

32. Parcs au sol et concurrence d’usage • Entre les productions électrique et agricole. • Néanmoins avantages: • Valorisation des sols artificialisés ou pollués • Économies d'échelle • 5 recommandations pour tout parc au sol: • Politique de territoire • Études sur usage des sols et leur artificialisation • Considération particulière sur la biodiversité • Favoriser la multifonctionnalité • Rechercher la réversibilité.

33. Projet réunionnais : EDF relayé par des sociétés commerciales comme Réunion Conseil PV • Réunion Conseil Photovoltaïque pour particuliers: • Tarif clés en mains : 10000 à 30000 € selon la surface • Cellules monocristallines (rendement 17,5%, 250 Wc/p de 1,50 m x 1 m) • Fabriquées par Schneider (Allemagne) • EDF limite à 1800 heures la quantité à racheter (Saint-Denis : environ 2500 heures d’ensoleillement annuel), le reste = délestage • Contrat/20 a, retour/investissement 10 a, garantie 25 a • Fin 2011 rachat de 40,63 cts du kWh (11 cts à la vente) • Indexage automatique de la différence achat/vente • Couplage avec éolienne de 600 W à 1 kW, plus système de stockage de classe C (à l’intérieur) Hypothétique remboursement partiel par la Région. • Défiscalisation de 7200 €, dépend de la surface initiale.

34. Projet réunionnais : Région • Millener (mille installations de gestion énergétique) • Doter 500 familles de production d’électricité alternative, fondé sur la capacité des ménages consommateurs à devenir leur propre producteur. • 250 familles réunionnaises seront équipées en PV + boîtier intelligent (gestion de leur consommation et capacité d’intervention sur le stockage de l’énergie en régulateur) • 250 autres familles se verront attribuer ce seul compteur intelligent afin de mesurer leur consommation et d’intervenir notamment aux heures de pointe. • 15 millions d’investissements dont 1,5 millions de la Région • Ambition d’économie = 500 MWh/an

35. L’énergie éolienne

36. Parc éolien off-shore en Belgique

37. Choix d’un site éolien

38. Éolienne de San Sebastian

39. L’éolien dans le monde

40. Capacité mondiale installée

41. L’éolien dans le monde par habitant

42. Principes de fonctionnement • La puissance du vent est : • Pcinétique = 0,5rSV3 • r est la masse volumique de l’air, S la section, V la vitesse du vent. • Une éolienne ne permet de récupérer qu'une partie de cette puissance, car l'écoulement ne peut pas avoir une vitesse nulle après son passage. • La puissance récupérable par une éolienne est donc : • Pcinétique = 0,5rSV3Cp, avec Cp coefficient de performance

43. Production comparée • En 2009, l'éolien représente • 1,3% de la production mondiale d'électricité • 1,5 % de la production totale d'électricité en France • 1,7% en 2010. • Intermittence des vents et incapacités de stockage de l’électricité • Ainsi, au Danemark…

44. Les fabricants • En 2011, les parts de marché mondiales des principaux fabricants d'éoliennes selon Make Consulting étaient les suivantes : • le Danois Vestas avec 12 % ; • le Chinois Sinovel avec 11 % ; • l'Américain GE Wind avec 10 %. • le Chinois Goldwind avec 10 % ; • l'Allemand Enercon avec 7 % ; • l'Espagnol Gamesa avec 7 %

45. Avantages de l’éolien • Énergie durable et propre • Aucun carburant • Pas de gaz à effet de serre • Chaque MWh éolien réduit de 0,9 t les émissions de CO2 • Pas de concurrence d’usage avec l’agriculture • Foncier : loyer de 1500 à 2000 euros par MW. La propriété particulière ou la municipalité profite de la protection de l’environnement. • Taxe professionnelle jusqu’à 10000 euros par MW produit (pour faire revivre les petites communes) • Pas de déchet toxique, en grande partie recyclable (acier, béton)

46. Inconvénients de l’éolien • Santé : nuisances sonores • Émissions induites de CO2 • Influence des éoliennes sur le climat • Energie d’appoint • Nuisance visuelle • Dépréciation de l’immobilier • Bruit • Environnement : QS • Radars, télévision • Subventions et spéculation

47. Recherche et développement • Condensation de la vapeur d’eau • Méthanation • Stockage = hydro-éoliennes • 2010 : pour stocker les productions excédentaires des éoliennes, on les couple à du pompage-turbinage au sein de centrales mixtes.

48. El Hierro (l’île de Fer) • La plus occidentale et méridionale des Canaries • 287 km2, 10500 hbts

49. Centrale hydro-éolienne d’El Hierro • Initiée en Espagne en 2003, prévue pour être opérationnelle fin 2011- début 2012. • La centrale assurera l'autonomie énergétique de l'île et de ses 10 500 habitants permanents. • Fin de la centrale thermique à fuel!

50. Conclusion sur les éoliennes • Pour Hubert Reeves, « chaque éolienne est garante d'un peu moins de gaz carbonique dans l'atmosphère ou d'un peu moins de déchets nucléaires à gérer par les générations à venir ». • selon EDF29 : « l'énergie éolienne se révèle une excellente ressource d'appoint d'autres énergies, notamment durant les pics de consommation, en hiver par exemple. »  • Un élément évident du smart grid énergétique. La Réunion a toutes les cartes en mains pour en profiter, avec la constance des alizés.