L’énergie électrique est une des formes les plus souples d’énergie ce qui lui donne son succès. Mais elle a un inconvénient : elle ne peut être stockée qu’en infime quantité (piles, batteries) ou à l’aide de gigantesque réservoir d’eau surélevés. Il est impératif de la produire au moment de sa consommation, ce qui nécessite un ajustement permanent.

La consommation de l’électricité varie d’heure en heure mais aussi de saison en saison.

 

                                                                           Variation quotidienne en juin de la consommation électrique belge (doc. Elia)

On remarque que cette consommation a un minimum (ici environ 7400 MW) et un maximum (ici 10500 MW).

Il faut donc disposer de moyens assurant le minimum de façon constante avec les moyens les plus économiques possibles, quitte à ce que ces moyens manquent de souplesse (peu de latitude de variation de régime). Cette base est assurée par les centrales de base.

La production des centrales dites « de base » (qui sont lentes à mettre en route et à ralentir) est d’environ 8 000 MW. On voit que cette production est excédentaire entre 01h00 et 6h00.

Il faut donc –impérativement- trouver un moyen pour utiliser cette énergie.

Des moyens sont utilisés pour stocker l’énergie excédentaire, mais pas sous forme d’électricité. C’est généralement le rôle des stations hydro-électriques, qui pompent de l’eau d’un réservoir bas vers un réservoir haut et qui utilisent ces masses d’eau à travers des turbines pour –plus tard- produire de l’électricité. Cette opération ne se fait pas sans pertes.

Pendant cette période, on procède au pompage : l’énergie excédentaire est utilisée pour faite tourner les pompes de la centrale de Coo et dans une moindre mesure celles du barrage de l’eau d’Heure. C’est pour cette raison aussi que des tarifs préférentiels sont proposés aux consommateurs, particuliers ou industriels consommant de l’énergie nuitamment.

C’est aussi pourquoi les autoroutes belges sont éclairées, l’énergie étant revendue à bas prix.

 

                                                                                                 Schéma d’une centrale nucléaire, utilisée en base

 

Coupe de la centrale de Coo : l’eau est pompée du réservoir bas vers le réservoir haut en utilisant l’énergie excédentaire en période creuse. La différence de niveau entre le bassin inférieur et le bassin supérieur est d’environ 300 m.

 A partir de 6h00, il faut mettre en route progressivement d’autres unités de production. On met en route d’abord les plus rentables, puis au fur et à mesure celles qui le sont de moins en moins, les unités moins performantes parce qu’utilisant un combustible plus difficile à manipuler, ou plus cher ou plus âgée, un peu comme un agriculteur qui se sert de ses machines les plus performantes pendant l’année et qui fait appel à tout ce qui roule en période de moisson.

 

                                                                                                    Schéma d’une centrale thermique classique

 

Figure : schéma d’une centrale TGV, le plus souple des moyens de production et aussi le moins générateur de CO₂ comparé au fuel et au charbon (hormis les centrales nucléaires)

Les centrales les plus souples sont les centrales alimentées au gaz dites TGV.

Les centrales les moins performantes sont les centrales à charbon, hautement productrice de CO₂.

Ces moyens de production ont tous des caractéristiques propres et ne sont donc pas complètement substituables : ils ont des applications bien déterminées.

La génération d’électricité n’utilise pas partout les mêmes moyens de production. Les moyens de production (« vecteurs » en jargon) sont différents d’une contrée à l’autre, c’est ce qu’on appelle le « mix » énergétique.

• La Hollande, l’Allemagne et l’Italie par exemple sont dépourvues de centrales nucléaires.
• La Hollande, le Danemark et la Belgique sont quasi dépourvues d’énergie hydraulique.
• La France, l’Italie, la Suisse, la Norvège sont abondement pourvus de ressources hydrauliques, alors que le Danemark et la Hollande en sont dépourvus.

La production belge en 2006 se répartissait comme suit:

• centrales nucléaires:                                                                54,5%

                                       (production stable depuis 1985, mais la part relative en légère baisse)

• centrales thermiques au gaz:                                                     29,7% (part en augmentation)
• centrales thermiques au charbon:                                              8 %
• centrales thermiques au pétrole:                                               1,6%

                                                                    (presque plus utilisé pour la production d'électricité,

                                                                    mais essentiellement pour le transport et le chauffage)

• centrales hydroélectriques (y compris pompage):                       1,2 %
• éoliennes:                                                                              1,4% (part en augmentation)

• biomasse :                                                                             3.6  % (solde)

Les centrales nucléaires fonctionnent donc en base et de manière régulière et quasi permanente, hors arrêts programmés.  Ainsi, le régime de marche des centrales nucléaires est difficile à modifier. Ces centrales produisent la plupart du temps à puissance maximale car la vitesse à laquelle on peut changer leur régime est très lente. En outre, si une centrale nucléaire est arrêtée brutalement, un phénomène particulier (empoisonnement Xénon) empêche son redémarrage. Au point de vue sécurité, c’est parfait, mais au point de vue production d’énergie c’est plus délicat.

Viennent ensuite les combustibles fossiles et enfin la « cogénération de qualité » c'est-à-dire la production combinée de chaleur (chauffage de bâtiments, chaleur pour usage industriel et d'électricité, conçue en fonction des besoins de chaleur du client, qui réalise une économie d'énergie par rapport à la production séparée des mêmes quantités de chaleur et d'électricité. On conçoit directement que ces centrales n’ont pas toujours la souplesse requise : s’il n’y a pas de besoin de chaleur, il n’y a pas de génération d’électricité.

Les centrales au charbon sont évitées, car fortement polluantes.

Les centrales les plus modernes sont du type « TGV » pour Turbine-Gaz-Vapeur, alimentées directement au gaz, avec un rendement très favorable (56 %), un coût d’investissement relativement peu élevé et une certaine souplesse de fonctionnement. Les chiffres suivants sont donnés pour fournir un ordre de grandeur de ce qu’on entend par « souplesse », qui se chiffre malgré tout en heures.

Elles peuvent augmenter leur puissance de 10 MW par minute (à partir d'un minimum de 20 MW), soit passer du ralenti au maximum en une demi-heure. Quant au démarrage à froid jusqu'à la puissance maximale, il faudra attendre 5 heures (soit 4 h 30 pour le "chauffage du moteur").

Puissance de production électrique installée en Belgique

La puissance maximum installée en Belgique (somme de la puissance de toutes les centrales) est de 15,5 GW :

• Les éoliennes sur les sites off-shore distants de plus de 22 km de la Côte ont un potentiel immédiat de 3 GW.
• Les centrales nucléaires (7 réacteurs) ont une puissance cumulée de 5,7 GW.
• Des centrales modernes au charbon et au gaz ont une puissance totale en Belgique de 5 GW.
• Des centrales utilisées occasionnellement ont une puissance de 2,5 GW. Ce sont de vieilles centrales peu performantes servant d’unités de réserve en cas de panne et de pointe de consommation. Elles fonctionnent peu de temps.
• La puissance hydraulique des stations de pompage est de 1,3 GW (jusqu'à 4 heures).
• De plus en plus, la Belgique importe de l'électricité de France, bénéficiant des bas prix du nucléaire (10% en 2009).
•  Il faut avoir une puissance de backup équivalente à la puissance éolienne installée (La réduction du backup n'est que de 4 % pour 100 % d'éolien). Ces centrales (souvent TGV alimentées au gaz) servent au cas où il n’y a pas de vent du tout. Les éoliennes n’augmentent pas la puissance installée car elles peuvent être toutes indisponibles.

La Belgique consomme plus d’électricité qu’elle n’en produit et doit déjà importer environ 10% de celle-ci, alors qu’elle était exportatrice il y a 15 ans. L’importation est majoritairement issue de France et d’origine nucléaire (77 % de l’énergie électrique française est d’origine nucléaire).

 

Si on prend le risque d’utiliser les centrales thermiques à la fois comme réserve pour les grandes centrales et pour l'éolien, il n'est pas nécessaire de construire de nouvelles centrales comme backup à l'éolien tant que leur puissance est inférieure à celle des centrales TGV existantes. Au delà, et si ce risque n’est pas acceptable, la construction de nouvelles centrales est inéluctable.

 

                                                                    Evolution entre 1960 et 2001 de la consommation d’énergie électrique en Belgique

En 41 ans, la consommation a été multipliée par 5.5 !

Et l’éolien dans tout çà ?

On a vu que qu’entre 01h00 et 6h00 du matin, point de besoin : la production « incompressible » est déjà excédentaire.

Donc, s’il y a une production (du vent) pendant cette période, on ne sait rien en faire.

L’énergie éolienne intervient un peu comme une personne inattendue à un repas au restaurant. De même, cette même personne, ayant réservé dans ce restaurant, peut aussi ne pas se présenter.