Groupe d’information sur les éoliennes (La Roche-en-Ardenne)
Dossier sur les coûts et les nuisances des éoliennes
Les éoliennes (qui ne sont utilisables qu'avec des centrales d'appoint au gaz) sont-elles plus ou moins efficaces pour le climat que la cogénération ?
Les deux méthodes produisent de l'électricité à partir de gaz naturel. Quelle quantité d'électricité et de CO2 est consommée par kWh produit ? Cela est calculable.
L'éolien terrestre ne fonctionne que 20 % du temps, l'électricité étant fournie par du gaz naturel pendant 80 % du temps. Pour lutter contre le dérèglement climatique et l'épuisement des combustibles fossiles, la solution éolienne se révèle une impasse car il faudra toujours employer 80 % de ressources fossiles émettant autant de CO2.
Cette page peut servir de test de compréhension de l'économie énergétique : elle compare l'éolien et la cogénération mais demande que l'on fasse des bilans comptables pour mesurer les économies de CO2 et de combustibles fossiles.
La cogénération ne fonctionne que lorsqu'un ensemble de bâtiments ou une industrie a besoin de chaleur. Elle produit de l'électricité tout en produisant de la chaleur qui est récupérée pour le chauffage. Comme la chaleur d'une chaudière peut être conservée pendant quelques heures dans un grand boiler isolé (disons pendant une demi-journée), la production d'électricité en cogénération est planifiée aux heures de pointes et se vend à un prix élevée.
La cogénération remplace la production classique de chaleur par une chaudière et la fourniture d'électricité par le réseau (venant par exemple de centrales TGV).
Les éoliennes produisent de l'électricité quand il y a du vent. Des centrales TGV doivent alors être préchauffées pour fournir du courant si le vent n'est plus assez fort ou devient tempétueux.
Cette page calcule les performances (rendement et production de CO2) de différents systèmes (cogénération, éolien + centrales d'appoint) et les compare au système existant (chaudière + TGV).
Le rendement des turbines à gaz dépend du refroidissement du fluide à la sortie (ce qui dépend d'un condenseur, d'un radiateur, d'un échangeur ou d'une tour de refroidissement par évaporation).
Si le gaz chaud de combustion sorti de la turbine à gaz, au lieu d'être refroidi, est utilisé pour un second étage d'un cycle combiné (TGV : Turbine - gaz - vapeur) ou pour du chauffage par cogénération, le rendement de ce premier cycle est moins efficace (par exemple 33% au lieu de 35 %).
Le rendement du second cycle d'une centrale TGV est meilleur sans cogénération additionnelle (par exemple, de 30 % au lieu de 23 %). Le rendement en électricité est la somme de ce qui est produit par les 2 étages (par exemple, 35 % pour le premier cycle plus 19 % récupérés sur la chaleur restante au second cycle [65 % restant × 30 % = 19 %], soit au total 54 %).
La cogénération est utilisable partout où l'on a besoin de chaleur (ou de froid). On doit produire de l'eau chaude toute l'année. Des hôpitaux et bureaux doivent être refroidis en été (obtenu aussi par la cogénération). La cogénération fonctionne donc chaque jour mais fournit une énergie variable suivant la demande de chaleur. Comme dans les chaudières modernes, l'énergie produite par des régimes optimaux de production (longs cycles de chauffage) est stockée jusqu'à une demi-journée dans des accumulateurs d'eau chaude ayant une bonne isolation calorifique. La cogénération a surtout été étudiée pour l'industrie mais elle est efficace aussi pour des immeubles, logements groupés, hôpitaux, écoles, centres sportifs, centres commerciaux et bureaux.
L'exemple de la cogénération avec une turbine au gaz naturel est développé ici pour pouvoir mieux le comparer au système éolien mais d'autres méthodes permettent de faire de la cogénération à partir de biomasse (dont le bois, abondant et mal comptabilisé).
Les générateurs modernes d’électricité utilisent des cycles combinés. Le surplus de chaleur du premier étage est récupéré dans un second étage, soit pour produire de la vapeur pour faire tourner une turbine (TGV : turbine-gaz-vapeur), soit pour le chauffage dans des échangeurs de cogénération.
Depuis 1980, des turbines à gaz sont intégrées dans le premier étage des systèmes à cycles combinés. Le rendement des TGV (turbine-gaz-vapeur) atteint (38 % + (1-38 %) x 28 % =) 55 %, au lieu de 25 à 35 % pour les centrales à charbon traditionnelles. Les centrales à vapeur alimentées au bois (ou aux autres renouvelables) ont un rendement de 20 à 33 %.
La cogénération n’est applicable que quand une demande de chaleur existe. Les conditions d’emploi de la cogénération et le calcul de son rendement sont suffisamment compliqués pour que des experts en communication aient pu les dénigrer pour ne pas les subsidier autant que les systèmes qu’ils sont chargés de promouvoir.
Le calcul de la cogénération est brièvement expliqué ici. Le principe du calcul de rendement est de comparer deux systèmes produisant la même quantité d’électricité et de chaleur. Les 2 systèmes sont représentés sur le graphique.
Les caractéristiques pour étudier et mesurer les performances des systèmes d’énergie sont illustrées dans le graphique.
Pour établir la formule, on calcule la relation entre les énergies entrantes et sortantes pour chaque dispositif. Ces résultats sont combinés suivant le graphique en comparant d’une part la cogénération et d’autre part la production séparée. L’amélioration du rendement est attribuée à la génération d’électricité et non aux chaudières.
Si les échangeurs de cogénération avaient le rendement de chaudières séparées, le rendement électrique de la cogénération serait de 100 %. Le facteur b/c (0,82/0,90 = 0,91) tient compte de la moindre efficacité des chaudières de cogénération par rapport à celles de chauffage (car la température des gaz entrants est plus basse).
La cogénération au gaz permet des rendements électriques de 85 % et plus. D’une part, la cogénération produit un pourcentage d’électricité d’autant plus élevé que le rendement de l’étage électrique est meilleur, ce qui favorise le gaz naturel par rapport aux renouvelables. D’autre part, le rendement des centrales de cogénération au gaz naturel est plus efficace qu’au renouvelable.
Les calculs décrits ici ont été développés en Angleterre, en Flandre et en Wallonie. D'autres études calculent aussi le nombre de certificats verts spéciaux (non échangeables ?) générés en Wallonie.Un tableau mesure le rendement de 4 ensembles : éoliennes et centrales d'appoint travaillant en coopération (on en cogénération TGV-éolien) pour fournir une quantité égale de courant, quel que soient le intermittences du vent. Les TGV d'appoint travaillent ici en moyenne à 80 % de leur puissance maximum et ont alors un rendement de 55 % réduit à 52 % en raison de leur marche irrégulière.
Éolien + backup | S 1 | S 2 | S 3 | S 4 |
Facteur charge 'f' | 17,5% | 20,0% | 25,0% | 30,0% |
Rendement TGV | 52,0% | 52,0% | 52,0% | 52,0% |
Utilisation TGV | 82,5% | 80% | 75% | 70% |
C02 émis (k MW an) | 1 714 | 1 662 | 1 558 | 1 454 |
C02 évité | 364 | 415 | 519 | 623 |
Ratio combiné | 63,0% | 65,0% | 69,3% | 74,3% |
Le tableau montre qu'un ensemble [éolienne ayant un facteur de charge 'f'' de 20 % et des centrales d'appoint ayant la même puissance] est équivalent à un dispositif ayant un rendement énergétique (production électrique/gaz consommé) de [52/80 =] 65 %. Le rendement de l'ensemble éolienne-backup varie ainsi de 63 % (f=17,5 %) à 74 % (f=30 %).
La comparaison a l'air paradoxale : La cogénération a un rendement de 86 %, alors que l'éolien gratuit a un rendement moyen de 65 % ! (de 63 % en Ardennes à 75 % dans les meilleurs sites offshore en Irlande ou en Écosse).
Par MWh électrique, une centrale TGV produit 456 kg éq. CO2 ; un ensemble éolienne-backup ('f'' = 20 %) : 365 kg éq. CO2; une cogénération : 291 kg éq. CO2. Soit : 100 %; 80 %; 64 %.
Malgré cette extraordinaire supériorité de la cogénération par rapport à l'énergie dite gratuite de l'éolien, la cogénération n'est pas considérée par les grands politiciens de l'Europe et de l'ONU comme du renouvelable alors qu'elle est plus efficace à la fois pour l'économie de carburant et pour réduire les émissions de CO2 et pour le contrôle de son utilisation car l'intermittence de la cogénération devient un avantage si on la fait fonctionner aux heures de pointe.
L'énergie électrique de cogénération est injectée au réseau dans les villes, là où la consommation est la plus forte. Il y a donc, contrairement à l'éolien qui a besoin d'un réseau électrique amélioré pour transporter de l'énergie de l'endroit où il y a du vent jusqu'aux villes et leur zone industrielle où l'on a besoin d'électricité, une réelle diminution des pertes en ligne de 50 %, soit de l'ordre de 3% de l'électricité consommée.
La cogénération génère un grand nombre d'emplois locaux, tels que des emplois de chauffagistes formés à ces nouvelles techniques. L'éolien donne quelques emplois aux Danois et aux Allemands mais peu là où les éoliennes sont installées. Emplois de transporteurs de convois exceptionnels pour les pales et les mats, de terrassiers et de grûtiers pendant la construction. Emplois partiels pour des pompiers et des gardiens ensuite).
Les gaz brûlants provenant de la flamme des hydrocarbures (pétrole, gaz naturel, biogaz) ou du syngaz (gaz de cokerie ou de vaporisation spéciale du charbon) peuvent être directement envoyés dans des turbines spéciales pour autant qu'on les mélange à de l'air pour que la température maximum ne soit pas dépassée au niveau des ailettes en métaux spéciaux.
La flamme provenant du charbon ou d'autres combustibles solides ou liquides contient des particules et des produits chimiques oxydants qui peuvent endommager les ailettes des turbines. On ne peut donc pas l'envoyer sur des turbines à gaz à haut rendement.
La plupart des combustibles renouvelables (telle que le bois) ne peuvent produire de l'électricité que par l'intermédiaire d'une chaudière et d'un circuit de machine à vapeur dont le meilleur rendement (sans cycles combinés) est inférieur à 25 % ou moins.
La cogénération reste nettement supérieure à l'éolien tant que le rendement de l'étage électrique atteint au moins r = 13 %. Il faut en effet un facteur de charge éolien f = 17,5 % pour donner le même rendement global g = 63 %. Les comparaisons donnent :
Il faut quitter le domaine technique et entrer dans le domaine des relations industrielles et politiques pour tenir compte des subsides variés et mesurer ce qui est le plus rentable pour l'industrie et le moins efficace pour le consommateur qui doit payer en finale pour les CV. Parmi les moyens de lutter contre le réchauffement, l'éolien a un des plus mauvais rapport : coût de l'investissement sur CO2 évite.
Les biocarburants, soutenu par de puissants lobbies, ont obtenu d'énormes subsides pour leur catégorie (pas celle du bois mais celle des déchets et des agro-carburants). En raison du rendement moindre des cogénérations par du renouvelable plutôt que par du gaz, il serait techniquement, écologiquement et économiquement sage d'utiliser du gaz naturel pour la cogénération et du bois pour le chauffage des maisons isolées. Les stratèges de l'Europe, qualifiés pour rédiger des règlements mais dépourvus de connaissance techniques, ne semblent pas prêts de vouloir comprendre cela.
Des erreurs fondamentales subsistent-elles dans le bien fondé des règlements pout combattre le dérèglement climatique ? Cela est flagrant dans les 2 exemples suivants
Deux lobbies s'occupant de cogénération ont les moyens d'être bien représentés auprès des gouvernements, dans les conférences, dans le médias et sur Internet. Ce sont ceux du renouvelable (EREC) et de la cogénération. Ils entretiennent la désinformation sur l'utilité réelle de la cogénération. Leurs messages sont les mêmes que ceux des lobbies éoliens, y compris les messages antinucléaires. Ils cultivent l'ambiguïté en parlant de cogénération renouvelable mais leur définition, s'ils la donnent, ne s'applique qu'à la cogénération à partir de biomasse. La plupart des sites traitant de cogénération ne signalent pas qu'elle est plus efficace que le renouvelable éolien, tout en n'étant pas catégorisée dans le renouvelable et donc subsidiée en proportion.
La co-combustion brûle de 10 à 30 % de renouvelable mélangé à du charbon ou du gaz pour la production d’électricité. Ce renouvelable remplace la même énergie qui proviendrait de combustibles fossiles. Il faut logiquement ajouter aux renouvelables comptabilisés la partie inclue dans le mix combustible.
De la biomasse (pellets de bois ou plantes tropicales) est importée en Belgique. Le bois wallon transformé en pellets peut-il devenir moins cher que celui importé du Canada si ce bois local est comptabilisé dans les règlements internationaux ? Que l’on emploie l’un ou l’autre de ces combustibles, ils devraient, du point de vue global de la planète, être inclus dans les mesures de CO2 évité.
Une cogénération raisonnable avec un mix gaz/biomasse est un moyen sérieux de réduire la consommation fossile et les émissions de GES et devrait entrer de façon équitable dans les comptabilisations sur l’environnement.
Pourquoi ajouter du renouvelable dans la cogénération ? Pour obtenir une combustion plus complète et pour augmenter le pourcentage de combustibles renouvelables brûlé. Pour cette part, on bénéficie ainsi du rendement supérieur de la cogénération, ce qui démultiplie l’énergie du combustible consommé.
Une rumeur raconte que la lutte contre le réchauffement climatique n'est pas basée sur des critères scientifiques mais sur l'influence prépondérante d'intérêts particuliers. Le traitement de la cogénération dans la politique internationale de l'énergie en apporte une preuve éclatante. Ces constatations s'ajoutent aux autres preuves que la lutte contre le réchauffement climatique a été habilement détournée au bénéfice du puissant lobby germano-danois de l'éolien et du lobby des pétroliers qui, en extrayant du pétrole, produisent plus de gaz qu'ils ne peuvent en vendre.
Les politiciens, qui ont en général une formation de juristes, sont-ils incapables de comprendre le calcul du bilan de la cogénération ou se préoccupent-ils de satisfaire ceux qui ont les moyens de financer leur parti ? Les bureaucrates ne voient pas à quel endroit du processus de cogénération le mot 'renouvelable' peut s'appliquer et, dépourvus de culture technique pour surmonter cette difficulté verbale, sont incapables de concevoir une solution évidente.
La directive 2004/8/CE sur la cogénération explique que l’effet de la cogénération sur le climat est difficile à mesurer de façon équitable. Elle reporte sur les pays la mise au point d’un encadrement administratif adéquat, chacun des pays devant par ailleurs décider et financer les mécanismes de soutien (aides à l’investissement, exonérations ou réductions fiscales, certificats vert et soutien direct des prix).
Donner la priorité à la clarté administrative avant la cohérence technique a pour résultat que l’UE fait traîner depuis 8 ans un support équitable de la cogénération et laisse se développer d’autres manœuvres (accroissement des quotas de renouvelables dont la cogénération est exclue). Ces développements entraînent une discrimination techniquement ridicule (ou astucieusement concoctée par des lobbies) dans la comparaison des soutiens à l’éolien et la cogénération.
L’Union européenne mène ainsi une politique contraire à la réduction des gaz à effet de serre et des énergies fossiles. Pourquoi des lobbies arrivent-ils ainsi à manipuler des partis politiques, des hommes politiques et des Parlements ? Parce que ceux-ci n’ont plus de conseillers scientifiques indépendants pour dénoncer par exemple la stupidité technique du traitement de la cogénération. En Belgique, les avis des Commissions d’experts (Ampère, Énergie 2030, Cartes Feltz) sont ignorés.
Pourquoi le remplacement du protocole de Kyoto est-il basé sur deux exigences qui sont parfois en opposition (pourcentage d'augmentation du renouvelable et pourcentage de réduction de GES) ? Ce qui compte pour le climat est la diminution de gaz à effet de serre, peu importe la façon dont il est produit, par du renouvelable, par de la cogénération ou par la réduction des pertes et de la consommation. Les demandes de quotas d'électricité par du renouvelable n'ont rien à voir avec le climat et ne s'expliquent que pour faire plaisir aux producteurs éoliens, aux gaziers et aux installateurs de lignes électriques. Un autre but caché pourrait être de défavoriser le nucléaire.
L'incitation à augmenter le renouvelable va à l'encontre de l'amélioration du rendement de centrales et des économies d'énergie.
Le remplacement de la cogénération par de l'éolien diminuerait le CO2. mais n'augmenterait pas le renouvelable ! La cogénération, pour une production électrique donnée, consomme moins de gaz, produit moins de CO2, génère le courant en ville là où il est utilisé, donc avec un besoin réduit de transport par ligne. Quand des centrales de cogénération maintiennent chauds de grands accumulateurs d’eau bien isolés, l’énergie calorifique peut être stockée pendant une demi-journée, ce qui permet de produire l'électricité pendant les périodes de pointe de consommation.
Ces choix technologiques qui réduisent l'émission de CO2 sont fâcheux pour des intérêts spéciaux. Ceux-ci sont-ils à l'origine des manœuvres suivantes pour contrer le développement technique ? Parmi les multiples quotas de la nouvelle directive européenne (décembre 2009), certains sont plus difficile à réaliser que les autres. C'est le cas des 20 % de renouvelables par rapport à la réduction du CO2. Ce quota incite à construire des éoliennes au lieu d'économiser de l'énergie, d'où l'emphase sur l'objectif du renouvelable dans les récents discours des Communautés européennes, comme s'ils étaient les porte-parole des lobbies éoliens ou assimilés.
On ne s’explique pas pourquoi la cogénération, la méthode la plus efficace pour combattre le dérèglement du climat (après l’hydraulique et le nucléaire, mais bien avant l’éolien), n’est pas soutenue par des subsides et des aides équivalents à ceux de l’éolien. On craint donc que des lobbies éoliens aient acquis une influence politique anormale.
Electrabel publie ses opérations dans la promotion du renouvelable. L'entreprise a installé une puissance de 67 MW d'éolien sur un total de 402 MW de renouvelable, soit 16 %. Les résultats les plus importants sont la combustion du bois transformé en pellets subsidiés (Awirs, 20 %), la co-combustion (54 %), les autres cogénérations (3 %) et l'hydroélectricité (5 %). L'éolien on-shore est un poste presque négligeable par rapport à l'éolien l'offshore. Cela vaut-il la peine de détruire des cadres de vie pour un résultat si piteux ?
Dans cette brochure, on lit : Electrabel et GDF SUEZ intensifieront leurs investissements dans l’ensemble des technologies renouvelables matures existantes (éolien, biomasse, hydroélectrique, solaire) en tenant compte des potentiels physiques, des mécanismes de support existants et de l’acceptation du public.
La situation à La Roche montre que le premier motif, les mécanismes de support existants, a beaucoup plus de poids que l'acceptation du public. Alors que l'éolien terrestre est honni partout en Europe, Electrabel veut investir l'équivalent d'à peu près la construction d’une éolienne par semaine pendant 7 ans. Une de leurs motivations, outre l'âpreté au gain quel qu'en soit l'absence de bien pour le pays, semble être le passe-droit qui permet ainsi de prétendre vendre de l'électricité verte alors qu'elle ne se distingue pas de l'énergie nucléaire et n'inclut même pas le prix 3 fois plus élevé de l'éolien. Leur filiale AlpEnergie produit de l'électricité verte par l'hydraulique des Alpes et du Rhône. Ou bien cet électricité verte est acceptée en Belgique et il n'y a aucun besoin de construire des éoliennes terrestres pour ajouter à une production d'électricité excédentaire ou bien Electrabel ne veut pas dénoncer que l'on empêcher l'échange de Certificats Verts entre les régions, entre la Wallonie et le fédéral et entre les pays européens, ce qui arrange l'industrie éolienne wallonne.
Les calculs montrent clairement que la cogénération (rendement de 86 %) produit de l'ordre de 20 % d'électricité en plus (pour le gaz consommé) que des ensembles éoliens (rendement de 63 à 69 %).
Comme des turbines de cogénération sont maintenant miniaturisées, on peut construire des centrales de petite dimension pour chauffer un immeuble ou des habitats groupés.
La cogénération permet de connecter la centrale d'un immeuble au réseau pour générer en même temps de l'électricité bien distribuée car proche des lieux de consommation (les villes). La cogénération est donc préférable à l'éolien puisqu'elle réduit le besoin d'investir dans le réseau mais, comme le bois et le nucléaire, elle a été (volontairement ?) mal intégrée dans les règlements du protocole de Kyoto, règlements conçus pour vendre plus de gaz et non pour combattre le dérèglement du climat. Dans les pays qui ont besoin de chauffage central, la cogénération est bien plus intéressante que l'éolien.
Dans cette période d'endettement exagéré et donc d'investissements raréfiés, on devrait éviter les investissements les moins rentables. Il faut donc bannir l'endettement caché dans les subsides éoliens. La crise financière devrait nous obliger à nous occuper rationnellement et non dogmatiquement du dérèglement climatique.
Pourtant les aides publiques pour la cogénération sont faibles par rapport à celles pour l'éolien. La cogénération a un fort potentiel dans les zones urbanisées de la zone tempérée mais elle est n'est pas soutenue comme la stratégie éolienne. La cogénération est moins intéressante pour des gaziers qui désirent conquérir le marché des centrales thermiques et contrer la concurrence nucléaire. Elle concourt peu au piège éolien car elle peut être convertie au bois. Par contre, l'éolien ne fonctionne pas sans centrales thermiques qui démarrent rapidement (c'est à dire surtout au gaz naturel).
Les calculs développés ici démontrent que le but de l'éolien n'est pas de combattre le dérèglement du climat ou de prévenir l'épuisement des combustibles fossiles. En effet, l'éolien en Belgique oblige de consommer entre 63 et 69 % de gaz naturel et donc d'émettre le CO2 associé pour générer de l'électricité alors que la Belgique a de l'expérience pour une solution sans émission de CO2 et sans épuisement des combustibles fossiles. Le gaz naturel devrait être réservé au transport et à la cogénération là où l'on a pas d'autres énergies à utiliser.
Que des politiciens négocient le renouvellement du Protocole de Kyoto sans avoir compris les fondamentaux des rendements énergétiques (y compris ceux de la cogénération) est inquiétant pour le futur succès de la lutte contre le dérèglement climatique et la résolution des crises économiques et financières.
Les lobbies profitent ainsi du fait que les politiciens ignorent les question techniques. Les négociateurs devraient faire supprimer les quotas de production électrique renouvelable, installer des politiques favorisant la cogénération par rapport à l'éolien et s'assurer que la biomasse, y compris le bois séché, puisse être pleinement comptabilisée pour son efficacité supérieure à d'autres renouvelables (elle n'augmente pas le prix de l'alimentation comme les agro-carburants).