DEFINITION
Le nom d’éolienne a été donné au moteur transformant l’énergie cinétique acquise par l’air propulsé à une certaine vitesse par le vent, en énergie mécanique utilisable sur un arbre tournant.
Cette énergie mécanique était utilisée par les anciens moulins pour faire tourner la meule à moudre le grain ou autre denrée ou encore à pomper l’eau du sous-sol pour l’irrigation. Actuellement on transforme cette énergie mécanique en énergie électrique destinée à tous usages, l’éolienne électrique est parfois désignée sous le terme d’aérogénérateur.
AVANTAGES
L’énergie primaire d’origine éolienne est gratuite - le vent, renouvelable, sans production de déchets. En principe sans danger notable pour l’homme. La fabrication des 3 éléments d’un aérogénérateur ne pose pas de problème technologique particulier : Le moteur, une hélice type aviation fait la transformation de l’énergie cinétique du vent en énergie mécanique de rotation, énergie transformée en électricité dans un générateur asynchrone classique à vitesse assez lente, le tout étant installé sur un haut pylône métallique, fixé sur un lourd socle en béton.
Le coût de fabrication est comparable à celui de générateurs hydrauliques de puissance équivalente Ces avantages certains sont aussi ceux de l’énergie hydraulique.
INCONVÉNIENTS
Par ordre d’importance décroissante.
DISPONIBILITÉ
1) Faible : le vent n’est exploitable que 20 % du temps en moyenne. Les sources nombreuses situent ce chiffre entre 18% et 23% en France, 18.3 aux USA, 20,6 à 23 % au Danemark et20%enAllemagne En prenant une valeur optimiste de 25%, une éolienne produit donc son énergie nominale pendant 2200 heures par an ( sur 8760 h ). L’ADEME annonce 28%. L’énergie produite par une machine de puissance 1000 kW (kilowatt), soit 1 MW (méga ou million de watt), est de 2200 milliers de kWh, soit 2200 MWh.
L’éolienne est conçue pour produire sa puissance maximale pour une vitesse de vent de 50 km/h environ. Par vent faible, moins de 15 km/h et de plus de 90 km/h elle est stoppée.
2)- Très intermittente
Le vent souffle pendant des durées très variables.
3) Pratiquement imprévisible,
Le vent souffle n’importe quand : heure, jour, saison ; les prévisions météos de vent sont approximatives même à court terme.
Ces inconvénients, surtout cumulés, réduisent fortement l’intérêt de l’énergie électrique d’origine éolienne. Ceci explique que son exploitation, sous forme d’énergie mécanique depuis longtemps, n’ait été envisagée que récemment pour produire de l’électricité.
STOCKAGE
Pour tout type d’énergie, surtout pour celles converties en électricité, le stockage est indispensable (sous forme primaire) pour répondre rapidement à la demande, naturellement très fluctuante. La disponibilité faible, intermittente et peu prévisible de l’énergie éolienne, pourrait être compensée par un stockage, même partiel.
1) Stockage direct d’énergie primaire
Le stockage du vent est impossible, contrairement à la plupart des autres formes d’énergies, même l’hydraulique se stocke partiellement.
2) Stockage indirect de l’énergie mécanique
L’énergie mécanique de l’éolienne peut actionner un compresseur. L’air comprimé produit se stocke facilement, se transporte à courte distance pour ensuite, soit faire tourner diverses machines, soit pour remplacer le compresseur d’air d’une turbine à gaz, accouplée à un générateur électrique. Ce stockage d’air comprimé est réalisé en Allemagne, dans une mine de sel.
Un stockage d’énergie analogue consiste à utiliser l’éolienne pour pomper de l’eau dans un réservoir supérieur, pour ensuite la récupérer avec une turbine hydraulique.
3) Stockage indirect de l’énergie électrique
L’énergie électrique n’étant pas stockable, on peut cependant la transformer en énergie électrochimique dans des accumulateurs, pour la retransformer ensuite en électricité. Ce stockage coûteux, n’est envisageable que pour des puissances faibles. On propose aussi de la stocker sous forme d’hydrogène, obtenu par électrolyse, utilisée ensuite, avec un faible rendement, dans des piles à combustible ou des moteurs thermiques.
UTILISATION DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE D’ORIGINE ÉOLIENNE
La disponibilité aléatoire de cette énergie est peu compatible avec la disponibilité permanente que tout utilisateur d’électricité exige.
1)utilisateur ou réseau indépendant - exemple une île.
L’éolienne ne produisant de l’électricité que 25% du temps au mieux, elle ne peut être qu’un complément d’une autre source principale fonctionnant les 3/4 du temps.
2) L’énergie de l’éolienne est transmise à un réseau puissant
On pense souvent qu’un réseau électrique, c’est comme un grand réservoir d’eau, qui se remplirait d’un coté par l’apport des centrales en service, se viderait de l’autre coté en envoyant l’énergie par lignes et câbles aux utilisateurs.
Cette image est malheureusement trop simpliste : à chaque instant (fraction de seconde) l’énergie électrique fournie au réseau par les dizaines de générateurs des centrales en service doit être strictement égale à l’énergie, fluctuante en permanence, consommée par des centaines de millions d’appareils, lampes, moteurs etc. L’électricité ne peut pas être stockée.
L’énergie électrique consommée en France varie dans le rapport 1 à 2 entre les moyennes d”été et d’hiver, dans le rapport 1 à 4 entre minuit au mois d’aout et 6h du soir d’un mercredi de décembre.
Cet ajustement instantané
production/consommation se fait à la fois automatiquement et volontairement au dispatching central. II implique la possibilité d’augmenter/diminuer le débit d’énergie des générateurs en service et de démarrer/stopper les générateurs disponibles, en réserve dans les centrales thermiques et hydrauliques. Or la disponibilité de l’éolienne est imprévisible ; lorsqu’elle va tourner l’été ou la nuit, cela réduira simplement la production des centrales en service, d’où léconomie de combustible. Mais au moment des pointes de consommation, lorsque l’on fait appel à toutes les disponibilités, on ne peut compter sur l’éolienne que par hasard.
Ce grave inconvénient pratique se répercute économiquement :
le kWh éolien ne vaut que le coût du combustible économisé, qui aurait été consommé par le générateur qu’il remplace temporairement.
A noter qu’une autre énergie à production intermittente, le solaire, présente cet inconvénient, mais bien plus atténué. La durée nuit/jour est prévisible, la couverture nuageuse d’une région l’est aussi, à court terme, par la météo.
RENTABILITÉ
Pour tout générateur d’électricité, il doit y avoir équilibre entre le total des charges fixes et charges variables de fonctionnement, le revenu de la vente des kWh d’autre part.
Les charges fixes d’un générateur d’énergie sont : L’amortissement du capital investi et l’intérêt des emprunts contractés. Il dépend de la durée d’amortissement envisagée, 15, 20 ou 30 ans. Les frais d’exploitation : maintenance, réparations, charges et impôts.
Les charges variables, le combustible - nul pour l’éolienne, comme l’hydraulique.
Les données connues sur l’investissement sont rares : 1,3 à 1,5 M$ par MW en Californie. En France, 1,3M€/MW pour 5 éolienne (3 MW) à Donzère en 1999 - 1M€/MW pour 10 MW, estimé par ADEME et EDF.
De même pour les frais d’exploitation. Seul chiffre trouvé : 1,5 à 2% de l’investissement par an d’après l’Ademe. Beaucoup d’éoliennes sont installées par des sociétés qui prennent tout en charge, avec un contrat de 15 ans : l’investissement (avec les subventions afférentes), les frais d’exploitation, elles encaissent les revenus de la vente des kWh.
Le revenu est constitué de la vente du kWh. Il est difficile de connaitre le coût réel (hors subventions) du kWh éolien. La fourchette 0,06 à 0,07 € en serait l’ordre de grandeur . C’est un coût de production, au point de raccordement avec le réseau. Il est à comparer avec le coût “moyen”de production du kWh thermique (en France) soit 0,032 € pour le nucléaire - 0,04€ pour le charbon - 0,05 ou plus pour le fioul, le consommateur ordinaire le payant 0,105 € T.T.C.
A noter qu’il s’agit d’un coût très “moyen”, variable suivant que la centrale tourne 2000, 4000, 6000 h ou plus par an. En effet, plus la part du combustible est faible dans le coût du kWh, avec des frais d’amortissement élevés, plus ce coût va croître lorsque la centrale tourne peu, les frais fixes constants étant répartis sur moins de kWh.
La part du combustible dans le coût du kWh est d’environ 60 % pour le fioul, 35% pour le charbon, 10 à 15 % pour le nucléaire (moins cher à l’étranger où il n’est pas retraité, mais avec surcoût de déchets plus importants) Le seul acheteur possible est le réseau national EDF, l’Etat lui impose le rachat du kWh éolien à 0,084€ pendant 5 ans puis dégressif, avec une moyenne de 0,073€ pendant 15 ans. Ces conditions sont variables.
On peut comparer ce prix au coût du kwh nucléaire, 0,032€, soit plus du double. Mais en réalité, il a été montré ci dessus que le kwh éolien devrait être racheté au prix du seul combustible économisé dans la centrale qu’il remplace partiellement, soit 0 si c’est de l’hydraulique, environ 0,005 € si c’est du nucléaire, 0,014€ si c’est du charbon, plus si c’est du fuel. Avec les chiffres précédents, ce surcoût de rachat se monte à 14,6 fois le prix réel pour le nucléaire, à 5 fois pour le charbon. L’opérateur du réseau de distribution, EDF en France, répercute alors ce surcoût de l’éolien sur le prix du kWh facturé aux consommateurs.
ENVIRONNEMENT
Les éoliennes font un peu de bruit, gênant pour des habitations trop proches, mais on critique surtout leur aspect inesthétique, s’intégrant mal dans le paysage. Il faut reconnaître qu’une éolienne de1 MW est aussi “polluante” visuellement qu’un pylône haute tension transitant 1000 MW.
Certains estiment qu’une éolienne c’est beau, deux ou trois encore, mais 10 ou plus, non !
Impossible de les cacher, il faut qu’elles soient au contraire sur des sommets ou des couloirs ventés. Ce problème est accentué par la nature trop diffuse de l’énergie éolienne.
ÉNERGIE DIFFUSE
Sur les plans pratique et coût, on sait qu’on a toujours intérêt à concentrer la fabrication d’un produit dans une usine d’une taille suffisante, plutôt que dans de multiples petites unités dispersées. Ce qu’on appelle le ”facteur d’échelle”. La puissance unitaire des éoliennes s’accroit favorablement, actuellement 1 MW est atteint et 1,5 MW prochainement. _Une éolienne de 3 MW tourne à Hawaii
Pour l’énergie éolienne, le vent est naturellement diffus ; la nature l’a un peu concentré dans certains sites (effet Venturi) tels que la vallée du Rhône, les pointes Nord et Sud de la Corse. D’où de nombreuses unités dispersées sur de larges espaces, entraînant des coûts plus élevés d’entretien et de lignes MT, elles mêmes sensibles aux tempêtes. La mise sous câbles enterrés en double le prix.
05:40
Henri frances pour les cantonnales 2011
