Une électricité stockable, renouvelable et disponible à volo

[Pat]

Une électricité stockable, renouvelable et disponible à volonté, est-ce possible ?

Les Enjeux
La production d’électricité est assurée par des productions constantes, 24h/24, 365 jours par an : il s’agit de l’énergie nucléaire (78 % de la production), des centrales électriques au fil de l’eau et des centrales thermiques au charbon

Les éoliennes et les panneaux photovoltaïques fournissent de manière discontinue de l’électricité. La consommation électrique est très variable suivant les heures de la journée et les saisons. Les pics de consommation peuvent être gérés, soit en achetant de l’électricité à l’étranger (solution très coûteuse) soit grâce à des unités de production pouvant passer en une minute de zéro à 100% de leur capacité de production ; il s’agit essentiellement des TAC (Turbines À Combustion) au gaz et au fioul et des STEP. Mais les coûts de production des TAC sont exorbitants, ils dépassent seuls (c’est-à-dire sans tenir compte des investissements, des charges de personnels) les tarifs de revente de l’électricité : 0,146 € pour le KW/h des TAC à gaz et 0,158 € pour celui des TAC au fioul.

Les barrages à accumulation (=l’eau de plusieurs cours d’eau est stockée dans une retenue, pour être conduite par une conduite forcée vers une centrale située en contrebas) ne répondent que partiellement à la notion d’énergie renouvelable et stockable. Un débit minimal est imposé pour le cours d’eau en aval du barrage et durant l’été, certains barrages (Serre Ponçon, Ste Croix) servent en priorité à l’irrigation.

La seule énergie stockable et en quantité est constituée par les STEP (Stations de Transfert d’Énergie par Pompage). On a deux barrages ou retenues d’eau, séparés par une dénivellation variant des 200 à 1 000 m. Lors des périodes de pics de consommation, l’eau du barrage supérieur se dirige par des conduites forcées vers le barrage du bas. La nuit (23 heures à 05 heures) lorsque la consommation est faible, on remonte l’eau du barrage du bas vers le haut, en utilisant l’énergie nucléaire des centrales.

Limites et inconvénients des STEP
Vu la masse énorme à remonter dans le barrage supérieur, les STEP ont un rendement énergétique négatif ; dans le meilleur des cas, une STEP produit 82 % de l’énergie qu’elle consomme. Quelle soit grande ou petite, l’énergie électrique nécessaire aux STEP doit être amenée par des câbles à haute tension ; la conduite montante est la même que la descendante, et si on utilise pour cela un tuyau d’arrosage, on ne produira pas d’électricité. On comprend alors que plus la centrale est petite, moins le rapport énergétique est bon, et qu’en raison de la quantité d’énergie nécessaire pour remonter l’eau, on ne pourrait utiliser celles d’éoliennes se trouvant à proximité. À titre d’exemple, la plus grande STEP de France, le barrage de Grand Maison a une puissance de 1 800 MgW, soit celle de 2 réacteurs nucléaires, cela donne une idée de la quantité (et de la tension) d’énergie nécessaire en approvisionnement des STEP.

Le nouveau procédé
Étant donné qu’on ne peut changer les lois de la physique, tant qu’on utilisera le système de pompage pour remonter l’eau, il sera impossible d’améliorer le rapport énergétique des STEP. Le nouveau procédé utilise un système de transfert d’air comprimé par étages. L’air comprimé est utilisé pour pousser la colonne d’eau, mais la poussée n’est exercée qu’une seule fois, lors de son introduction dans la colonne montante (qui est en zigzag et différente de celle qui sert au turbinage). Tout le long de la colonne montante, on a alternativement une colonne d’eau et de l’air comprimé ; celui-ci est produit par un système entièrement mécanique (=sans transformation d’énergie) obtenu en canalisant dans une conduite forcée un torrent en amont. Avec ce nouveau procédé le rendement devrait se situer entre 500 et 1 000 %, tout dépend s’il faudra utiliser de l’électricité en appoint pour augmenter la pression de l’air comprimé. La masse d’eau à soulever (=volume d’eau X sinus de l’angle de la pente) est entre 15 à 25 fois plus faible que dans le système actuel (tout dépend du pourcentage de la pente de la colonne montante).

Des différences fondamentales existent entre les 2 procédés.
Il faut le reconnaître, le procédé actuel est extrêmement simple et sûr tant que la turbine ne tombe pas subitement en panne (sur la première STEP tous les employés sauf 1- étaient morts lors d’un accident). Depuis les années soixante-dix, tous les barrages hydrauliques sont automatisés et télécommandés, leur fonctionnement ne nécessite aucune main-d’œuvre (il ne reste que du personnel de maintenance et d’entretien). Pour EDF, l’opération est très rentable, car ils utilisent de l’électricité des centrales dont ils ne savent pas quoi faire, pour produire de l’électricité en période de pointe qu’ils vendent à un prix maximum. Toutefois, depuis la privatisation, EDF est considérée comme acheteur final, pour l’électricité nécessaire au pompage dans les STEP. Elle doit payer la redevance à RTE et tous les impôts et taxes. J’ai donc soumis ce procédé au service R&Développement d’EDF, qui ne s’est même pas donné la peine de lire le dossier pour me donner une réponse négative. Il y a le Grenelle de l’Environnement et la dure réalité du business.

Dans le procédé que je propose, on remonte l’eau 24 heures / 24, mais on remonte moins d’eau et plus lentement. En volume, on remonte en fait plus d’air que d’eau ; la poussée par l’air comprimé et les manipulations nécessaires, font que l’eau met plus de temps à remonter dans le barrage supérieur. En revanche, tout l’avantage des STEP à fournir de l’électricité en fonction des besoins en temps réel (énorme avantage par rapport au solaire et à l’éolien) est conservé et amplifié car on remonte même de l’eau en période de pointe.

Le développement des énergies renouvelables est essentiellement axé sur l’éolien et le photovoltaïque, qui sont des énergies intermittentes et non stockables. Si on envisage d’ici à 2020, que ces énergies représenteront environ 10 % de nos ressources en électricité, on va augmenter les risques de pénuries lors des pics de consommation, car il serait absurde dans le même temps d’accroître le nombre des turbines à combustion, polluantes et chères.

On se rend compte que, même si c’est difficile à réaliser (toutefois moins qu’ITER !) il y a tout intérêt à faire des recherches dans ce domaine.

Mais l’accroissement du rendement énergétique (de 82 % à 500 voir 1000 %) est obtenu grâce à un accroissement considérable de la main-d’œuvre nécessaire et cela est très intéressant, car les zones exploitables sont en général situées dans des régions à fort exode rural. Pour exploiter de tels barrages, en production 24h / 24 il faudrait une cinquantaine de personnes (par STE), alors que les barrages actuels sont entièrement automatisés et il n’y a plus d’employés sur site pour la régulation.

L’avantage de ce système est qu’il peut être conçu ex nihilo, un torrent suffit, mais celui-ci n’a pas besoin de se trouver dans l’axe des 2 retenues. Étant donné qu’on remonte l’eau 24/24 heures, on n’a pas besoin de réserves d’eau aussi importantes que dans les STEP actuelles, l’impact environnemental est quasi nul.

D’un point de vue la science physique, ce système repose sur le principe assez simple, qu’il faut la pente minimale pour limiter l’effort à la remontée de l’eau, et la pente maximale pour utiliser un maximum la chute d’eau.

Si on remonte 300 m3 d’eau en 1 minute, on aura un débit moyen en chute d’eau de 5 m³ (avec l’avantage de réguler la production comme dans n’importe quelle STEP). Si on produit 1,6 kW/h avec 1 m³, on produira 8 kW/Sec. Ce qui fait une production de 250 000 MgW par an, avec un rendement de 500 %, la production effective est donc de 200 000 MgW, de quoi fournir de l’électricité à 50 000 foyers. Le travail d’un employé du barrage, fournirait donc de l’électricité à 1 000 foyers.

Les difficultés de réalisation
Elles sont importantes et se situent dans le domaine industriel. Faire circuler des corps durs dans une colonne d’eau, n’a, à mon avis, jamais été réalisé. Cela suppose des tolérances de fabrication, auxquelles la métallurgie lourde n’est pas habituée. L’autre difficulté sera de concevoir un système d’ouvertures-fermetures sur la colonne montante, tout en laissant passer les plateaux.

Conclusion
Si on réussit à développer ce type de STEP, alors dans un premier temps les turbines à combustion ne seront plus nécessaires (bon pour l’environnement et la balance commerciale) ; dans un deuxième temps on pourrait se passer de centrales thermiques, le stade ultime étant le remplacement de l’énergie nucléaire pour les régions ayant un minimum de massifs montagneux.
par Cassino via http://www.agoravox.fr

[Miroir]

Rien d'étonnant à ce que le service Recherche & Développement d'EDF n'ait pas voulu approfondir.
L'auteur nous balance des chiffres arbitraires, s'il avait vraiment réfléchi il se serait rendu compte que ça ne présente aucun intérêt.

[Bayard]

Les STEP, c'est le Shadoks pompaient. Juste une invention du lobby d'EDF.

L'avenir, c'est de diminuer la consommation d'électricité et d'énergie en générale. Isolation des logements, éclairage à faible consommation, etc. Le solaire va se développer et en partie à cause des progrès technologiques dans le domaine de la batterie. Pour l'instant il faut encore de la défiscalisation ou des subventions pour justifier les investissements, mais à la prochaine flambée incontournable des prix du gaz et du charbon celà va s'installer dans le paysage.

[Miroir]

Les STEP, c'est le Shadoks pompaient. Juste une invention du lobby d'EDF.

L'avenir, c'est de diminuer la consommation d'électricité et d'énergie en générale. Isolation des logements, éclairage à faible consommation, etc. Le solaire va se développer et en partie à cause des progrès technologiques dans le domaine de la batterie. Pour l'instant il faut encore de la défiscalisation ou des subventions pour justifier les investissements, mais à la prochaine flambée incontournable des prix du gaz et du charbon celà va s'installer dans le paysage.

DANGER!

Les technologies de batteries les plus récentes et les plus performantes utilisent des matériaux dont plus de 80% des gisements se trouvent en Chine!
Voulons-nous vraiment devenir totalement dépendants des chinois?

Les STEP sont encore actuellement la seule façon économique de gérer les variations de consommation.
Même si une variante pneumatique présente aussi un intérêt.