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Si le
lecteur trouve des inexactitudes dans cette étude Cette
étude a été faite au début de 2005. L’effet d’une puissance éolienne sur la
capacité nucléaire et sur les émissions de gaz carbonique La contribution des éoliennes à satisfaire la
demande d’électricité de pointe Les éoliennes produisent de l’électricité
sans émettre de gaz carbonique. Pourtant, programmer des éoliennes ne
signifie pas nécessairement programmer moins d’émissions de gaz
carbonique puisque avec l’énergie nucléaire il existe en France une
autre façon de produire de l’électricité sans émettre de gaz carbonique. Pour montrer que les choses méritent examen,
il suffit d’imaginer le cas d’une consommation constante. Ou bien elle
est satisfaite entièrement par une production nucléaire, ou bien,
partiellement, par des éoliennes. Mais comme le vent ne souffle pas
toujours, il faudra dans ce cas compléter la production éolienne, ce
qui ne pourra se faire qu’avec une production à partir d’énergie
fossile. Alors prévoir des éoliennes dont il faut, coûte que coûte,
injecter la production sur le réseau, ce serait programmer une
augmentation des émissions de gaz carbonique. Certes ce cas est
théorique mais il montre qu’il vaut mieux entrer dans une analyse assez
fine pour voir quand les éoliennes permettent – ou ne permettent pas –
de diminuer les émissions et de combien. Les calculs précis sont terriblement
compliqués et demandent l’usage des ordinateurs – de sorte que l’on
risque de ne pas voir quels mécanismes sont en jeu. Dans cette note, nous proposons un
raisonnement qui permet de faire des calculs avec un crayon et du
papier quadrillé et nous avons vérifié que les résultats sont
proches de ceux de calculs sophistiqués. Nous montrons dans quelles
conditions les éoliennes permettent ou ne permettent pas d’éviter des
émissions de gaz carbonique ; dans le premier cas, nous calculons
à quel coût.
De même, nous n’avons pas tenu compte du fait
que les variations journalières peuvent rendre nécessaire l’utilisation
de moyens plus faciles à mettre en route que les installations
nucléaires, même pour des niveaux de puissance qui sont appelés, au
total sur l’année, sur une durée qui dépasse celle qui rend la
production nucléaire moins chère. Dans le cas théorique où la capacité des
éoliennes est notable par rapport à la variation de consommation,
lorsque la capacité nucléaire est libre programmer davantage d’éolien,
c’est programmer plus d’émissions ;
cette situation est commentée en annexe. Autre résultat : une contribution à la
« pointe » :
les éoliennes contribuent à diminuer la capacité des autres
installations de pointe à condition que la probabilité de grands froids
sans vent un jour de semaine reste faible ; dans le cas contraire,
la contribution des éoliennes à la capacité de pointe est nulle. 1- Courbe de consommation et courbe de
consommation déduction faite de la production éolienne La courbe de consommation est représentée par
une « monotone » : on divise l’année en N périodes en
affectant à chacune la puissance moyenne appelée, puis on range ces
périodes par puissance décroissante. A partir de là, on construit la
monotone.
La production éolienne est aléatoire ;
des études sont en cours mais faute de connaissances précises sur le
sujet on supposera ici que la répartition des probabilités de puissance
délivrée est indépendante de la période annuelle, donc en particulier
indépendante de la consommation. Le plus souvent, une éolienne tourne
à la puissance nominale ou près de cette puissance, ou bien ne tourne
pas, soit qu’il n’y ait pas assez de vent, soit qu’il y en ait trop.
Mais, pour un parc d’éoliennes réparti sur tout le territoire
français, la répartition des puissances délivrées est plus régulière.
Selon les estimations actuelles, la production d’un parc en France
pourrait être de 30 % de la production théorique maximale –
c'est-à-dire celle qui serait délivrée si toutes les éoliennes
tournaient à plein les 8760 heures de l’année (ce taux de 30 % est sans
doute supérieur à la réalité car les sites les plus favorables sont
aussi les plus visibles). On représentera la probabilité de puissance
éolienne par quelques nombres qui indiquent chacun la puissance moyenne
appelée avec la même probabilité de 10 %. La méthode présentée permet
aisément de faire les calculs avec d’autres puissances installées et
d’autres répartitions de cette puissance. La méthode adoptée ici pour évaluer l’effet
des éoliennes sur les émissions de gaz carbonique : 1- Comme la production d’électricité éolienne
doit être absorbée coûte que coûte par EDF (c’est une obligation
légale), elle est comptée comme une diminution de la demande. On a donc
une monotone de demande sans éoliennes et une autre déduction faite de
la production des éoliennes. 2- Comparaison entre les monotones sans
éoliennes et avec éoliennes. A priori, on connaît deux points de la monotone
déduction faite de la production d’éoliennes : en base, l’écart
des puissances appelées est égal à la puissance maximale délivrée par
les éoliennes car il se peut que le vent souffle bien quand la demande
est très faible ; en extrême pointe, la puissance appelée avec
éoliennes et la même que sans éoliennes car il se peut qu’il n’y ait
pas de vent (ou qu’il y en ait tellement que les éoliennes se mettent
en drapeau) lorsque la demande est très forte. Mais pour bien
interpréter cette constatation, qui est exacte, il faut entrer
précisément dans l’analyse de ce qui se passe en pointe : en
réalité, comme on tolère une – très faible – probabilité de
défaillance, équivalente à 3 heures par an en moyenne, même s’il est
exact que la pointe extrême de la consommation déduction faite de la
production éolienne est la même que sans éolienne, pour répondre à la
demande « à trois heures près » la capacité des moyens de
production autres que les éoliennes est inférieure lorsqu’il y a des
éoliennes – voir ci-dessous au paragraphe 3. La surface entre les deux monotones avec et
sans éoliennes est égale à la production des éoliennes, elle-même
fonction du taux de disponibilité des éoliennes, soit 30%. Voici une méthode très simple pour tracer une
monotone déduction faite de la production éolienne – hors la pointe et
la proximité immédiate de la base En dehors des 400 heures de pointe (il y a
8760 heures dans l’année), la monotone de consommation française est
aujourd’hui proche d’un segment de droite qui diminue de 30 GW sur
l’année, qui est voisin de 37 GW en base et qui, si on le prolonge vers
la gauche en oubliant l’extrême pointe, coupe l’axe des ordonnées à 67 GW. Cette puissance appelée se répartit ainsi,
en GW :
Si la puissance appelée est supérieure à 58
GW 30 % du temps et à 55 GW 40 % du temps, elle est comprise entre 55
et 58 pendant 10 % du temps. Donc, pendant 10 % du temps, sa valeur
moyenne est de 56,5 GW. De même pour les
autres déciles, ce qui donne le tableau suivant :
Supposons que la puissance éolienne installée
soit telle que la répartition des puissances effectives en fonction de
leur probabilité est la suivante :
Si la puissance installée est de 10 GW, cela
donne un taux de disponibilité des éoliennes de 32 %. En moyenne par décile, la puissance appelée
déduction faite des éoliennes va donc de 65,5GW à 30,5 GW. Il est alors assez simple de dresser la
monotone de consommation déduction faite de la production éolienne. En combinant décile par décile la
consommation et la puissance délivrée par les éoliennes (que l’on
soustrait à la consommation), on obtient 100 nombres de 65,5 à 30,5
séparés les un des autres par un nombre entier. Pour chaque valeur de
la puissance on compte les nombres qui ont cette valeur ; on
trouve alors le nombre de combinaisons « consommation-puissance
éolienne » qui conduisent à la « consommation déduction faite
de la puissance éolienne » qui a cette valeur. Ce nombre de
combinaisons représente la durée pendant laquelle sont appelés à ce
niveau de puissance les moyens de production autres que les éoliennes.
On classe les niveaux de puissance par ordre décroissant en affectant à
chaque niveau le nombre de combinaisons correspondant. Puis pour chaque
niveau de puissance, on fait le total des nombres correspondant à ce
niveau et aux niveaux supérieurs. A partir de là on peut tracer la
monotone de la consommation déduction faite de la production
d’éoliennes. Ainsi le niveau de puissance 59,5 est atteint
5 fois (59,5 et 0 ; 62,5 et 3, trois fois ; et 65,5 et 6). Ce
niveau et les niveaux supérieurs sont atteints, en tout, 17 fois, soit
17 % du temps. On fait ce calcul pour tous les niveaux de puissance
puis, par interpolation, on dresse le tableau suivant :
Dans sa partie médiane, cette monotone
diminue de 3 GW sur chaque tranche égale à 1/10ème de
l’année. Elle est donc parallèle à la monotone de consommation.
La surface hachurée est égale à la production
éolienne ; dans la réalité environ 30 % de la capacité nominale. Commentaires sur la forme de la monotone
déduction faite de la production éolienne : La forme de la monotone de consommation
déduction faite de la production des éoliennes dépend bien sûr de la
forme de la monotone de consommation. Elle dépend aussi de la
puissance des éoliennes, comparée à la décroissance de la monotone de
consommation. Dans le cas présenté ci-dessus, sans tenir
compte des extrémités la décroissance de la consommation est de 30 GW
sur l’année, la puissance installée des éoliennes de 10 GW. Sauf aux extrémités, la monotone déduction
faite de la production des éoliennes est parallèle à la monotone de
consommation. Si la puissance éolienne est supérieure à la
moitié de la décroissance de la monotone de consommation, la forme de
la monotone déduction faite de la production éolienne est différente
car disparaît sa partie centrale où elle est parallèle à la monotone de
consommation. La monotone déduction faite de la production éolienne
décroît alors plus vite que la monotone de consommation.
2- Une capacité éolienne ne permet pas
toujours de diminuer les émissions de gaz carbonique Il s’agit de programmer les moyens de
production autres que les éoliennes de façon à répondre à la demande au
moindre coût, sachant que la capacité éolienne est fixée pour des
motifs autres qu’économiques. Compte tenu du délai important entre la
décision de construire une centrale nucléaire et de la très longue
durée de fonctionnement d’une centrale, il convient de bien
distinguer deux cas. Jusqu’en 2012, la capacité nucléaire est connue et ne peut
être modifiée ; à cette échéance, ce n’est donc pas un paramètre à
programmer. Au-delà, la capacité nucléaire dépend de
décisions à prendre ; c’est alors un paramètre à faire entrer dans
la programmation. 1°) Comparaison entre les situations
avec et sans éoliennes, la capacité nucléaire étant la même dans
les deux cas Revenons au graphique de la page précédente. La capacité d’hydraulique au fil de l’eau et
du nucléaire réunis est OE. En ne tenant pas compte de l’extrême pointe,
sans éoliennes, la quantité de gaz carbonique émis est proportionnelle
à la surface EAK. Avec éoliennes, elle est
proportionnelle à la surface EMF. Il y a donc une diminution des émissions de
CO2, correspondant à la production des éoliennes pendant les heures où
le nucléaire ne suffit pas, sans les éoliennes, à répondre à la
demande. Si, sans éoliennes, le nucléaire suffit à répondre à la
demande la moitié du temps et si le taux de marche des éoliennes est de
30%, la production fossile remplacée par les éoliennes est 15 % de la
capacité nominale des éoliennes. 2°) Comparaison entre deux situations avec
plus ou moins d’éoliennes, la capacité nucléaire étant fixée pour
minimiser les coûts de production La capacité éolienne est fixée ; la
programmation a pour objet de minimiser le coût de production des
autres moyens de production ; la capacité nucléaire peut être
augmentée. A chaque niveau de capacité éolienne correspond une capacité
nucléaire qui minimise les coûts de production. On s’aperçoit que les
quantités de gaz carbonique émises ne dépendent pas de la capacité des
éoliennes. Supposons qu’il s’agisse de se préparer à
répondre à une augmentation de la demande avec une capacité imposée
d’éoliennes en recherchant, pour les autres moyens de production, le
parc qui permet de répondre à la demande au moindre coût. La composition de ce parc – nucléaire,
turbines à gaz à cycle combiné, turbine à combustion, autres moyens de
pointe – sera calculée en fonction des coûts de production de chaque
moyen. Selon les cas, on comptera seulement les coûts variables
(lorsque les équipements existent déjà, les coûts variables augmentant
alors avec l’âge des machines) ou, également, les coûts fixes pour les
installations nouvelles. Quoi qu’il en soit, le point important ici est
que ce calcul conduit à déterminer d’abord les durées de
fonctionnement des différents modes de production, en fonction de
ces coûts mais indépendamment de la consommation. Les capacités
dépendent, elles, de la monotone de consommation, en l’absence
d’éoliennes, ou de la monotone déduction faite de la production
d’éoliennes. La capacité nucléaire qui minimise les coûts
est OD sans éoliennes et OE avec éoliennes. Sans tenir compte de la pointe extrême, les
émissions de gaz carbonique sont proportionnelles aux surfaces ADB sans
éoliennes et EMF avec éoliennes. Comme la capacité éolienne est et restera
bien inférieure à la décroissance de la monotone de la consommation, la
plus grande partie de la monotone déduction faite des éoliennes est
parallèle à la monotone de consommation. Les deux surfaces ADB et EMF
sont donc égales. Les surfaces des pointes extrêmes sont très faibles
et ne modifient pas le résultat. Ainsi, quelle que soit la capacité des
éoliennes - fixée par ailleurs -, si l’on cherche à minimiser les coûts
de production, les émissions de gaz carbonique seront les mêmes. Programmer
de nouvelles capacités d’éoliennes ne conduit pas à programmer une
diminution des émissions de gaz carbonique. Cela est vrai
quel que soit le coût du gaz carbonique, quels que soient les coûts
fixes et variables des différents moyens de production et
quel que soit l’état du parc existant. 3- A
capacité nucléaire constante, à quoi se substitue la production
d’éoliennes ?
A quel coût ?
3.1- A quoi se substitue la production d’électricité
éolienne
Sans
éoliennes, la quantité
d’électricité nucléaire produite pour la consommation nationale est la
surface comprise sous la monotone sans éolienne et sous la droite
représentant la capacité nucléaire la quantité
exportée est limitée par la capacité des interconnexions avec
l’étranger ; on peut commodément la représenter par la surface
située au-dessus de la monotone de consommation, sous la droite
représentant la capacité nucléaire mais et à une distance de cette
droite inférieure à la capacité des interconnexions. la quantité
d’électricité thermique et hydraulique est la surface située sous la
monotone et au-dessus de la droite représentant la capacité nucléaire. Avec les
éoliennes La production
d’électricité éolienne est la surface comprise entre les deux
monotones, soit 30 % de 8760 fois la puissance installée et l’on peut
donc dire que cette production éolienne se substitue à du nucléaire ou
à du thermique et augmente les exportations comme indiqué à droite du
graphique. Les quantités
de production nucléaire pour la consommation nationale et pour
l’exportation et la quantité d’énergie fossile et hydraulique se
visualisent de la même façon. La production
éolienne qui remplace de l’électricité produite sur fossile est
proportionnelle à la durée où le nucléaire ne suffit pas à répondre à
la demande (sans tenir compte, bien sûr, des besoins en d’énergie
fossile pour répondre aux nécessités de l’ajustement) ; supposons
que ce soit 3000 heures. Alors, pour 1 GW installée produisant 2700 GWh, 900 GWh de
production éolienne remplacent une production à partir de fossiles, un
tiers de la production éolienne. La quantité
exportée est représentée dans un parallélogramme dont il est facile de
calculer la surface : 300 fois la capacité d’interconnexion
multiplié par 30% de la capacité éolienne installée soit 900 GWh par GW installé – un tiers également de la
production éolienne. La quantité
qui remplace du nucléaire est la différence soit un tiers de la
production éolienne. Ces valeurs
rejoignent bien le résultat des calculs précis. La quantité
substituée à de l’énergie fossile dépend du temps où l’électricité
nucléaire ne suffit pas à répondre à la demande ; la quantité
exportée dépend de la capacité des interconnexions. 3.2- En cas de diminution des émissions, le
coût à la tonne évitée est très élevé On suppose ici que la capacité nucléaire
est fixée et que, pour répondre à une augmentation de la demande, la
décision à prendre est d’investir plus ou moins en éoliennes et plus ou
moins en installations de production à partir de gaz. La capacité des
moyens de pointe reste inchangée. En voyant à quoi se substitue la production
éolienne – énergie fossile ou nucléaire -, il est possible de calculer
son coût, c'est-à-dire la différence des dépenses nécessaires pour
produire la même quantité d’électricité avec ou sans éoliennes. Ce coût
dépend évidemment du prix des énergies fossiles. En rapportant ce coût
à la quantité de gaz carbonique évitée, on mesure à quel niveau devrait
être porté le coût d’usage de l’énergie fossile (c'est-à-dire la somme
du prix de l’énergie et du « coût du gaz carbonique »)
pour justifier l’investissement en éoliennes. Le prix du gaz est celui qui est retenu dans
l’étude « coûts de référence » de la DGEMP, c'est-à-dire les
prix au début de 2004. Le coût complet de l’éolien, fonctionnant à
30 % de sa capacité maximale nominale, est aujourd’hui de 51,5 €/MWh ; supposons que, à échéance de dix ans,
il soit abaissé à 42,8 €/MWh (selon l’étude
« coûts de référence » de la DGEMP). La gestion de
l’équilibre offre/demande est compliquée par l’introduction d’une
production intermittente ; les aléas peuvent être réduits par une
régulation de la puissance instantanée de la production éolienne, ce
qui génère un surcoût évalué à 3 €/MWh (Milbrow, 2001, cité par l’étude « coûts de
référence » de la production d’électricité). Il faut aussi une
capacité de production sur énergie fossile pour pallier
l’intermittence ; tant que la capacité installée est assez faible,
la volatilité de la production éolienne se fond assez bien dans celle
de la consommation ; pour l’équilibrage, le coût des
investissements complémentaires reste alors limité à 1 €/MWh. Par ailleurs, les éoliennes créent une gêne
environnementale évaluée à 8 €/MWh. Le coût
complet de la production éolienne est donc de 55 €/MWh.
Pour une production de 3000 GWh par GW
installé, cela fait 165 M€ par GW installé. Cette production est exportée pour un tiers
en semie-base à (supposons) 30 €/MWh ; pour un tiers elle remplace une
production à partir de gaz dont le coût moyen complet (sans compter
l’effet de serre) est de (autre hypothèse) 35 €/MWh ; pour un tiers elle remplace une
production nucléaire dont elle évite seulement le coût marginal de
8 €/MWh, soit une augmentation des
recettes et une diminution de dépenses qui, en moyenne, au total sont
égales à 24,3 € par MWh produit par les
éoliennes. La différence avec le coût de la production
éolienne est donc de 31 € par MWh produit
par les éoliennes, soit 83,7 M€ pour une capacité installée de 1 GW
produisant 2700 GWh/an. Dans cette situation où la capacité nucléaire
est intangible, pour une capacité éolienne installée de 1 GW produisant
2700 GWh, la production éolienne permet
d’éviter des émissions de gaz carbonique causées par la production, à
partir de gaz, de 1800 GWh, à raison de
0,35 tonne de CO2 par MWh, soit
630 000 TCO2, moitié en France, moitié à l’étranger. Les dépenses supplémentaires attachées à la
production d’éoliennes sont donc de 133 €/TCO2 ou 500 € par
tonne de carbone évitée, moitié en France, moitié à l’étranger. Pour situer cet ordre de grandeur, rappelons
que les hypothèses retenues sont en général inférieures à
100 €/tonne de carbone émis dans l’atmosphère et redisons que ce
calcul n’est ici possible qu’en supposant que la capacité nucléaire est
fixée ; en effet si celle-ci est choisie de façon à diminuer les
coûts de production d’électricité, programmer une capacité éolienne n’a
aucun effet sur les émissions de gaz carbonique ; le coût
implicite des émissions évitées est alors « infini ». Note ajoutée en janvier 2009 Cette étude a été faite au
début
de 2005. Depuis, le prix du pétrole et celui du gaz ont changé. Mais le
prix de reprise de l'électricité éolienne est monté à 83 €/MWh.
Lorsqu'elle remplace de l'électricité produite à partir de gaz, elle ne
coûte pas beaucoup plus cher. Mais lorsqu'elle remplace de
l'électricité nucléaire elle est beaucoup plus chère : 70 €/MWh, en
comparant au coût marginal du nucléaire. Supposons que les éoliennes
produisent une quantité de 100 MWh. Si un tiers de l'électricité
éolienne se substitue à du nucléaire, le surcoût est de 33 fois 70
soit 2310 €. 67 MWh remplacent une électricité au gaz ou au
charbon. Supposons que le surcoût ne soit que de 10, soit 670 €. Les
émissions évitées en France et à l'étranger par cette subsitution sont
de l'ordre de 15 tonnes de carbone. Le surcoût par tonne de carbone
évité est donc de 3000/15 soit 200 €/tC ; mais 400 /tC si on le
rapporte aux émissions évitées en France seulement. Et cela sans
compter les coûts externes des éoliennes. Et, redisons le, ce surcoût
deviendra infini dès que l'on augmentera la capacité nucléaire, ôtant toute justification aux éoliennes
- on comprend que les promoteurs des éoliennes n'aiment pas le
nucléaire... 4- L’extrême pointe et de la défaillance Supposons que la puissance appelée est
supérieure à 80 GW pendant 3 heures, mais que la
puissance délivrée, elle, est égale à 80 pendant 3 heures car 3 heures
est la durée de défaillance acceptée. Au-delà de trois heures, la
puissance délivrée est égale à la puissance appelée selon ce
tableau :
A partir de là on estime les puissances
moyennes par période de 10 heures :
Supposons que la puissance éolienne installée
soit de 10 GW et que, comme ci-dessus, la force du vent ne soit pas
corrélée avec la consommation et se répartisse avec ces
probabilités :
On peut tracer la monotone à la pointe
Chaque période vaut le dixième de la période
retenue pour décrire la monotone de consommation, qui est de 10 heures.
La durée tolérée de défaillance est donc de 3 périodes. La puissance
correspondante est comprise entre 77 et 78 GW.
Déduction faite de la puissance des éoliennes, la capacité pour limiter
la défaillance à 3 heures est donc de 77 ou 78 GW, soit 2 à 3 GW de
moins que sans éoliennes. Si, en période d’extrême pointe de
consommation, la probabilité que la puissance éolienne soit inférieure
à 1 GW était de 30 %, pour garantir une défaillance inférieure à 3
heures, il faudrait que la capacité hors éolienne soit presque la même
que sans éoliennes quel que soit le taux d’utilisation des capacités
sur toute l’année. Mais l’effet économique est mineur car les capacités
d’extrême pointe ne coûtent pas cher en investissement. Naturellement ces calculs « à la
main » ne prétendent pas à une grande précision. Mais ils montrent
pourquoi et à quelle condition une capacité éolienne, même si elle ne
permet pas de réduire l’extrême pointe physique, réduit la pointe
pratique, c'est-à-dire la pointe que le système s’engage, en
probabilité, à satisfaire sauf sur une durée moyenne équivalant à 3
heures par an. Si la force du vent n’est pas corrélée avec
la consommation, pour la pointe, 10 GW d’éoliennes auront remplacé 2 à
3 GW de moyens d’extrême pointe tels que des générateurs diesel. Mais si la probabilité d’absence de vent sur
le territoire en période de grands froids est supérieure à 3 heures par
an en moyenne, la présence d’éolienne ne contribue en rien à la
capacité de pointe. Annexe - Un cas
d’école : la consommation d’électricité est constante Influence d’une capacité éolienne Ce cas est théorique, bien sûr. Il nous a
paru intéressant à étudier pour mieux visualiser comment la variabilité
de la production éolienne se combine avec celle de la consommation. Cette étude suppose que l’électricité peut
être produite à partir d’énergie nucléaire. Lorsque la puissance des éoliennes est faible
par rapport à la différence de puissance appelée par la consommation en
pointe (à 400 heures) et en base (à 8300 heures), on peut dire que tout
se passe comme si la puissance appelée par la consommation était
diminuée d’une quantité constante, égale à une proportion de la
puissance installée des éoliennes ; cette proportion est le
rapport entre la quantité produite par les éoliennes et ce que serait
leur production si toutes tournaient au maximum pendant les 8760 heures
de l’année – production nominale. La situation serait moins simple si la
puissance éolienne se rapprochait de la moitié de la différence entre
base et pointe (sans compter les extrêmes), différence qui, en France,
est de 30 GW. Prenons donc le cas d’une situation où cette
différence est nulle, c'est-à-dire le cas d’une consommation constante. Alors, sans éoliennes, la capacité optimale
de nucléaire est, bien sûr, celle qui répond à la demande, en tenant
compte des arrêts programmés pour maintenance. Les émissions de gaz à
effet de serre seraient nulles si la disponibilité du parc nucléaire
était parfaitement prévisible. Avec éoliennes, le parc optimal comporte
une capacité nucléaire moindre ; mais, à côté de la production
éolienne, il faut une production fossile émettrice de gaz à effet de
serre. Avec cette configuration, la présence d’éoliennes génèrerait
donc évidemment des émissions de gaz à effet de serre. Mais les générateurs nucléaires sont sujets à
des pannes non prévues, à hauteur de 4 % du temps chacun. Pour combler
le manque inopiné de puissance, il faut alors produire de l’électricité
avec des moyens fossiles. Il n’est donc pas évident a priori
que l’introduction d’éoliennes augmente les émissions. Pourtant, il en
est bien ainsi. Pour le plaisir intellectuel, voici une façon
de traiter cela simplement. Pour représenter l’effet de ces pannes
imprévues, on suppose que la capacité nucléaire n’est pas défaillante
mais que la consommation est augmentée de la production défaillante de
nucléaire. A partir du taux de 4 % de défaillance par tranche, il n’est
pas compliqué de tracer une monotone de consommation corrigée. Supposant un consommation constante de 50 GW
et une capacité disponible hors pannes (mais y compris les arrêts
programmés) de 50 GW, 50 tranches de 1 GW.
On calcule la probabilité qu’il n’y ait aucune tranche en panne ou
qu’il y en ait une, ou deux, ou trois, ou plus jusqu’à ce que la
probabilité soit inférieure à la durée tolérée de défaillance, soit 3
heures par an ou 0,3 pour 1000. Cela permet de calculer le niveau de
capacité défaillante totale en fonction du temps de la défaillance. On
ajoute cela à la consommation constante et l’on obtient la puissance
moyenne par décile. Un décile vaut 876 heures.
Cela donne une série de points qui donne la
forme de la monotone, sauf aux extrémités. La pointe à 3 heures, soit 0,4 pour
1 000, est à 58 GW. Si la puissance
moyenne sur le deuxième décile est 53,5, la monotone passera par la
puissance 53,5 à peu près au milieu de ce décile ; alors, si la
puissance moyenne du premier décile est 54, la monotone, qui monte
jusqu’à 58, passe par 54 à 1/8 du premier décile. La puissance appelée
est supérieure à 53,7 pendant 10 % du temps.
Introduisons 10 GW d’éoliennes fonctionnant
comme plus haut
Procédant comme indiqué dans la note (§1), on
obtient la monotone déduction faite de la production éolienne
L’écart entre la monotone de la consommation
corrigée des défaillances du nucléaire et la monotone déduction faite
de la production d’éolienne n’est pas constant : il passe de 2 GW
à 10 % du temps à 3,5 GW à 80 % du temps. Donc le parc optimal avec
éoliennes générera davantage de gaz carbonique que le parc optimal sans
éolienne. En traçant les courbes sur du papier
quadrillé, on a une idée de la différence : quelques TWh. Dans cet exercice, ce n’est pas la précision
du chiffre qui compte ; c’est de montrer le mécanisme par lequel
les éoliennes contribuent un peu ou pas du tout à la diminution des
émissions de gaz à effet de serre –voire, dans certains cas, les
augmentent. |
