NEGATEP de SLC: l'éco-cohérence des choix énergétiques

Le scénario Négatep actualisé en juin 2014 :

Diviser par quatre les rejets de CO2 dus à l’énergie
Claude Acket et Pierrre Bacher

voir le résumé                                                  voir ou télécharger le document complet en pdf

7 ème Université d'été de Sauvons le Climat,  Bordeaux, 2 au 4 octobre 2014 :

Le devenir du climat : pourquoi agir ? 

Cliquez ici pour informations et inscription

Attention : inscrivez-vous sans tarder si vous voulez être sûr d'avoir votre chambre réservée

Le Conseil scientifique de Sauvons Le Climat
a élaboré des fiches explicitant les caractéristiques,
les atouts et les inconvénients des diverses sources d'énergie.
Pour les consulter, aller dans Notre expertise, puis Fiches énergies
ou cliquez ici

Treize et deux contes de fées sur le tournant énergétique allemand

N°6 : le conte des nouveaux moyens de stockage de l'électricité

Dix années se sont écoulées depuis l'entrée en vigueur de la loi sur les énergies renouvelables (EEG : Erneuerbare Energien Gesetz) qui encourage massivement l'électricité éolienne et solaire – dépendantes du temps et de l'heure et donc violemment fluctuantes et non fiables – par des subventions imposées sur le prix de l'électricité.

Cette offre d'électricité est un vrai cauchemar pour les opérateurs du réseau : au delà d'une certaine quantité, elle ruine la stabilité du réseau à cause de ses oscillations rapides, et de ce fait menace de black-out l'approvisionnement en électricité ; cela, au cours de ces 10 années, aucun des trois gouvernements ne s'en est aperçu. En revanche, au cours de ces années, ils ont assidûment inauguré de nouveaux parcs d'éoliennes et des fermes photovoltaïques, ce qui fut illustré  par de bonnes photos de presse.

Ca a fait tilt une première fois; quand il devint impossible de ne pas entendre les mises en garde : on a vraiment vu un problème avec l'électricité écologique.  Et on a reconnu que, quand les centrales conventionnelles ne suffisent plus à compenser ces fluctuations, il faut des moyens de stockage d'électricité gigantesques.

Ca a alors fait tilt une deuxième fois : on n'avait pas ces moyens de stockage. Certes, on a quelques stations de transfert d'énergie par pompage(STEP), mais leur capacité de stockage, 6 020 MW – avec des réservoirs presque vides au début des périodes à forts vents – ne couvre idéalement que 17% de la capacité déjà nécessaire aujourd'hui (voir plus bas).

l'AGEB[26]a sur ce sujet publié le 1-2-2011 les données suivantes : sur les 621 milliards de kWh d'électricité produite par l'Allemagne en 2010,

-        l'éolien en a produit 5,9%  (pour une puissance installée de 25 800 MW  ; données VGB PowerTech)

-        le photovoltaïque n'en a produit que 1,9% (pour une puissance installée de 9 800 MW  ; données VGB PowerTech)

Ces pourcentages faibles malgré les grandes puissances installées viennent du faible nombre d'heures par an, de fonctionnement à pleine puissance : éolien : 18,3 - 20% ; photovoltaïque : 9 - 10 %. En conséquence, on ne peut pas les utiliser pour la production électrique de base.

En  supposant que seulement 10 000 MW sont à stocker sur cette puissance importante éolienne et solaire, pendant les périodes à fort vent, il faudrait déjà des réservoirs qui tiennent cette quantité pendant 30 heures, et donc une capacité de stockage de 300 000 MWh. Les stations de transfert d'énergie par pompage (STEP)  allemandes n'ont qu'une puissance  totale de 6 020 MW.

Même en supposant que tous les réservoirs allemands sont presque vides au début de la période à fort vent – une hypothèse irréaliste – ces réservoirs ne pourraient stocker que 50 000 MWh, tout juste 17% de la quantité nécessaire. On n'aurait plus qu'à choisir entre déconnecter immédiatement les éoliennes ou faire s'écrouler le réseau.

En construisant tous les STEPs là où il est encore possible de le faire, on n'augmenterait la capacité de stockage que de 3%.(Prof. Dr. Helmut Alt, FH Aachen).

Que faire ?

Après cette prise de conscience désagréable, il y a eu une solution politique : on a commencé le "conte de fée du saut technologique" avec des stockages d'électricité complètement nouveaux qui résoudraient bientôt le problème. On n'a pas osé penser sérieusement à la construction de STEPs gigantesques, la seule technique de stockage disponible avec des pertes limitées de 20 à 25 %. Avec raison car, aussi bien pour la construction du grand STEP d'Atorf en Forêt-Noire, probablement le dernier grand réservoir avec une puissance  de 1 400 MW, que pour les projets de construction d'installations nettement plus petites, les protestations des citoyens ont laissé peu d'espoir (voir plus bas).

Ayant reconnu cela, un gouvernement qui conduit une politique honnête et raisonnable, aurait arrêté le déploiement de nouvelles installations éoliennes aussi bien que photovoltaïques, et aurait peut-être tenté de rendre moins probable le black-out qui devient de plus en plus vraisemblable, en construisant des centrales à turbine à gaz, chères et rapides.

Mais le gouvernement fédéral fait le contraire : construction renforcée d'éoliennes off-shore, et poursuite sans changement des encouragements pour l'énergie solaire figurent dans le projet de rapport de retour d'expérience sur la loi EEG, du ministère fédéral de l'environnement. En contrepartie, on veut arrêter les centrales nucléaires qui – universellement délaissées et désagréables dans l'opinion allemande qui est fondamentalement pour leur abandon – offrent dans la réalité d'aujourd'hui le réglage de puissance (suivi de charge) le plus rapide de toutes les centrales (si on excepte les turbines à gaz)  et représentent ironiquement le soutien le plus sûr à l'éolien.

Mais on a négligé de mettre en évidence quand il en était temps cette contribution des centrales nucléaires. Maintenant, plus personne ne s'y risque.

Ainsi, le gouvernement fédéral aggrave le problème et le transfère partiellement à nos voisins qui, depuis la déconnexion des 7 premières centrales nucléaires, nous exportent vigoureusement leur courant, et, dans une certaine mesure, s'en inquiètent (voir le conte du modèle énergétique allemand, et également le conte de l’inutilité des sept centrales nucléaires mises à l’arrêt).

Le problème dont il est responsable et qu'il vient encore d'aggraver, de l'insécurité d'approvisionnement, le gouvernement le combat maintenant par la rhétorique en promettant des nouvelles techniques de stockage, mais qu'il faudra toutefois d'abord développer.

Le 21 avril 2011, le gouvernement a présenté une initiative globale de développement "stockage d'énergie", dans l'introduction de laquelle, après la citation du concept énergétique du 28-9-2010 et ses ambitions placées incroyablement haut, on trouve la phrase remarquable : "malheureusement, sur la route des avancées nécessaires dans le domaine des stockage d'énergie, se dressent maintenant comme auparavant, des obstacles technologiques dont certains sont fondamentaux (!)". Nous devons saluer ce courage de dire la vérité. On doit alors se poser la question comment, au vu de ce manque de la technique clé pour une utilisation renforcée de l'électricité éolienne et solaire, on a pu prendre cette décision du concept énergétique.

Les grands stockages d'électricité rentables étaient encore en septembre 2010 le grand lapin dans le chapeau du concept ; mais déjà en avril 2011, il s'avère selon les propos du gouvernement qu'il n'ya pas du tout de lapin dans le chapeau.

Que l'initiative de développement stockage d'énergie soit présentée par trois ministères fédéraux (éducation  et recherche, économie, environnement) met en évidence au niveau gouvernemental l'émiettement des compétences.

Parmi les technologies de stockage mentionnées dans le concept de développement, seul le "développement de grandes centrales adiabatiques à air comprimé" représente une possibilité intéressante et utilisable pour la stabilisation du réseau. Toutes les autres techniques qui y sont évoquées, ou bien ont d'autres utilisations – particulièrement les voitures électriques (voir le conte correspondant) – ou sont encore plus éloignées de toute réalisation que les centrales adiabatiques à air comprimé – par exemple les ouvrages souterrains de stockage par pompage.

Les espoirs du gouvernement d'avoir à un moment quelconque des grands stockages d'énergie abordables reposent sur les techniques suivantes :

1- Stockage à air comprimé

Le courant à stocker entraîne des compresseurs (pertes de chaleur) qui envoient l'air comprimé dans des cavités souterraines. Ultérieurement, cet air comprimé entraîne des turbines qui entrainent à leur tour des générateurs qui envoient le courant sur le réseau. Jusqu'à maintenant, l'air comprimé devait en outre être porté à haute température à l'entrée des turbines, au moyen d'un chauffage d'appoint au gaz ; une technique occasionnant beaucoup de pertes.

A l'échelle mondiale, il existe deux installations prototypes, une à Huntorf en Allemagne et une à McIntosh aux USA – cette dernière utilise déjà une fraction de la chaleur perdue lors de la compression (technique de récupérateur). Le creusement des cavités est en outre un problème environnemental.

Par rapport aux pertes de seulement 20 à 25 % des STEPs, l'état de l'art atteint jusqu'à maintenant avec le stockage à air comprimé est tout-à-fait insatisfaisant. On veut donc à l'avenir essayer d'utiliser des stockages de chaleur additionnels qui récupéreraient la chaleur résultant de la compression et la fourniraient à l'air frais à comprimer (compression adiabatique), ce qui, idéalement, rendrait inutile le chauffage d'appoint au gaz et permettrait d'atteindre un taux de stockage estimé de manière optimiste à 71 %, proche du niveau atteint par le stockage à pompage. Pour d'autres, le rendement devrait être plus faible.

Un premier projet de développement de stockage par air comprimé, appelé ADELE, a été présenté le 22-11-2010 par RWE Power conjointement avec ses partenaires General Electric, Zublin et DLR à Stassfurt en Saxe Anhalt. RWE y opère déjà un grand réservoir de gaz dans la formation saline du col de Stassfurt. Tout d'abord, selon le président de RWE, le professeur Gerd Jäger,  il faut réaliser un certain nombre de préalables : "achèvement réussi des recherches techniques et planifications ; financement incluant les aides financières indispensables (!) ; géologie du site".

Parmi les tâches de développement technique de tels systèmes de stockage, il faut :

Ø  stocker la chaleur de compression à très haute pression (jusqu'à 150 bar)et températures (jusqu'à 650 degrés). Cela veut dire développer des systèmes de stockage de chaleur à haute température  (stockage dans des céramiques ou dans des sels fondus) avec une puissance allant jusqu'à 1200 MW thermiques : DLR Stuttgart ;

Ø  développer des nouveaux compresseurs à haute pression qui atteignent des hautes températures de sortie, une grande efficacité, un débit variable, la disponibilité rapide en quelques minutes ;

Ø  des turbines à air qui atteignent des puissances de 300 MW dans l'expansion de l'air comprimé chaud jusqu'à la pression atmosphérique. Cela signifie une forte concentration de puissance,  une température d'entrée élevée, des flux volumiques élevés à forte variabilité, une grande efficacité sur tout le domaine de charge, des coûts spécifiques bas.

Un tel système de stockage fonctionne de façon rentable  si on peut stocker l'air comprimé pendant une environ semaine.

La construction du premier démonstrateur doit débuter à partir de 2013. Il doit avoir une capacité de stockage de 360 MWh au plus, et une puissance électrique de 90 MW, ce qui, d'après les données de RWE, devrait pouvoir prendre le relais d'environ 50 éoliennes pendant 4 heures.

A la fin 2010, il y avait déjà en Allemagne 21 607 éoliennes avec une puissance crête installée de 25 800 MW.

Cette technique est très prometteuse et vraisemblablement réalisable. Mais elle est à ses tout débuts ; et d'après les expériences avec des développements similaires, les délais pour construire de façon importante et efficace des installations de stockage achevées, ayant fait leurs preuves et  intégrées au réseau, seront de 25 à 30 ans.

Ce sont des projets sensés, mais arrivant beaucoup trop tard pour résoudre les problèmes aigus du réseau allemand, et également beaucoup trop tard pour apporter une contribution à la réalisation du concept énergétique du gouvernement fédéral.

2- Liaison par câbles sous-marins aux centrales hydrauliques de Norvège

Un tel câble doit être disponible d'ici 2017 : le "nord link", long de 530 km. Il doit transporter 1 400 MW. Cela correspond à la puissance d'un réacteur nucléaire et tout juste 4 % de la puissance éolienne déjà installée en Allemagne. Il faudrait cinq à dix de ces câbles, mais ils ne sont pas planifiés, et il y a aussi d'autres problèmes : la plupart des centrales hydrauliques norvégiennes ne sont pas réversibles (eau descendante et ascendante). Il faudrait les transformer, ce qui serait onéreux et prendrait beaucoup de temps, si toutefois les Norvégiens veulent le faire. En outre, tous les pays riverains de la Mer du Nord qui ont également bâti des installations éoliennes, veulent aussi être reliés par câbles sous-marins aux centrales hydrauliques norvégiennes. La Hollande l'a déjà fait. De ce fait, la capacité de stockage diminue pour chacun d'entre eux.  Et finalement, dès maintenant, les actions citoyennes dans le nord de l'Allemagne combattent la station de transformation sur le continent et les nouvelles lignes à haute tension.

3- Voitures électriques– voir le conte de la voiture électrique comme moyen de stockage du courant électrique.

4- les STEPs : Stations de Transfert d'Énergie par Pompage

Bien qu'il soit clair que la puissance des STEPs allemands soit loin de suffire, on présente ici les derniers plans de nouvelles constructions et d'extensions :

- Atorf dans le sud de la Forêt-Noire. Maître d'ouvrage : Schluchseewerke. Puissance prévue 1400 MW. Deux bassins de retenue supplémentaires et une centrale souterraine. Mise en service 2020 et 2030. Capacité de stockage 3,7 milliards de kWh.

La DENA (agence allemande de l'énergie) a constaté que même cette nouvelle installation ne pourrait mettre en réserve que 8 % de la quantité d'électricité produite dans l'année 2009 par l'ensemble des installations éoliennes et solaires.

Le Schwarzwaldverein (Association pour la Forêt-Noire) en tant que représentant des intérêts de la population, avait émis des critiques lors des auditions : "la région ne devait pas se transformer en un simple objet pour l'exploitation rentable de l'énergie". Les représentants de l'EVU[27] on reconnu que le paysage changerait notablement, "mais on va bien devoir s'y habituer". L'association B90 Les Verts, section de Waldshut  se prononça contre le projet.

-Riedl en Bavière. Puissance prévue 300 MW. Délais de construction : 2018. Le projet est politiquement contesté. Une action citoyenne s'est créée contre lui.

-Schweich sur la Moselle. Maître d'ouvrage : services techniques de la ville de Trèves. Puissance prévue 300 MW. Mise en service 2017 - 2021. Nouveau projet. Pas encore de réactions de la part de la population.

- Blautal / Birkhau. Maître d'ouvrage : services techniques des villes de Ulm et Neu-Ulm. Puissance prévue 60 MW. Le projet a débuté à la mi 2005. Des actions citoyennes massives à Arnegg et Markbronn ont conduit à des modifications importantes du projet – également en ce qui concerne le lieu d'implantation des installations. Actuellement on a quelques soucis en ce qui concerne la sécurité. L'opposition tient toujours après 6 ans. On ne peut pas prédire la date du début de la construction.

Au cours des 20 dernières années, les Allemands ont appris que, par des actions citoyennes ils peuvent agir de façon très efficace contre toutes sortes de projet de construction. Ce sont particulièrement Les Verts qui l'ont pratiqué. Dans ce laps de temps, le spectre des projets à contrer s'est étendu à quasiment tout ; et ce sont particulièrement les projets supposés servir la protection  de l'environnement ou du climat qui appellent la plus grande résistance : les éoliennes, les lignes à haute tension pour le tournant énergétique, les stockages souterrains pour le CO2, les stations de transformation pour les câbles sous-marins, les installations photovoltaïques de grande surface, les installations de production de biogaz, et particulièrement les STEPs qui causent des altérations extrêmes au paysage. C'est ainsi que, dans les faits, il n'est pas possible de réaliser les nouveaux STEPs  théoriquement encore possibles.

Non compris dans le concept énergétique, se trouvent d'autres propositions pour de grands systèmes de stockage de l'électricité, mais qui se distinguent tous par des coûts immenses et le plus souvent aussi des pertes de 70 à 80 %. Ainsi, tous les projets qui débutent par la dissociation électrolytique de l'eau à partir de l'électricité éolienne, pour ensuite retransformer  en électricité à l'aide de moteurs à gaz ou même des chères piles à combustible, l'hydrogène produit qui n'est qu'un combustible gazeux, tous ces projets appartiennent au groupe des installations onéreuses de gaspillage de l'énergie. Néanmoins, de telles propositions sont présentées sans critique comme des technologies d'avenir dans des revues jusqu'alors sérieuses. Une caractéristique typique de toutes ces propositions techniques est l'omission volontaire de toutes les données sur la constitution du prix du kilowattheure et sur les coûts d'investissement nécessités par chaque kilowatt de puissance de l'installation. A ce manque des données on reconnait bien le manque de sérieux tant de ceux qui inventent ou proposent ces techniques, que des journalistes.

Il y a une autre mauvaise nouvelle , et elle est de nature fondamentale: les stockages d'électricité ne peuvent pas  couvrir l'ensemble des besoins en centrales de réserve pour compenser les fluctuations de l'alimentation électrique : ils peuvent  juste réduire le nécessaire renforcement du réseau et se partagent l'alimentation des pointes avec les centrales à gaz à réglage rapide.

Conclusion

Les seuls systèmes de stockage de l'électricité suffisamment importants et sur lesquels on puisse compter sont les stockages à air comprimé, et ils arrivent beaucoup trop tard, alors que l'extension des éoliennes et du photovoltaïque se poursuit. Le réseau interconnecté européen ne pourra bientôt plus accepter et compenser leurs fluctuations. Au contraire, pour ne pas sombrer dans le chaos prévisible importé d'Allemagne, nos voisin devront se déconnecter de ce réseau. Cette évolution est certainement inévitable. Mais apparemment, le gouvernement a l'espoir de pouvoir calmer les médias et gagner du temps jusqu'aux prochaines élections au Bundestag, avant que les problèmes deviennent intenses. On verra plus tard.

Informations supplémentaires