L' ÉOLIEN : LE MAUVAIS PRODUIT IMPOSÉ À UN MAUVAIS MARCHÉ

  Tout comme le mensonge politique existe depuis la nuit des temps[i], le nouveau mensonge éolien, né au début des années 2000, est tout aussi puissant et virulent. Soutenu par des ressources considérables, sa propagande – ' vérité ' imposée – se diffuse quotidiennement dans les médias, sur les réseaux sociaux et, surtout, au sein du monde politique français et européen. L'outil central de cette stratégie ? L'euphémisme ![ii]

  " L’éolien et le solaire photovoltaïque sont, a minima jusqu’à 2035, les piliers de la transition énergétique de notre pays. Ces sources de production d’énergies permettent de diversifier le mix électrique français, d’accompagner la croissance de la demande d’électricité associée à l’électrification des usages, d’accroître notre indépendance et notre sécurité énergétique. De par leur compétitivité elles sont un outil de maîtrise des coûts de l’électricité et un levier indispensable pour la protection du pouvoir d’achat des Français mais également pour la compétitivité des entreprises françaises. "

Source. 

 

  Et pourtant, malgré cette logorrhée omniprésence, un fait reste indéniable pour l'éolien, et accessoirement pour le solaire : " intermittent un jour, intermittent toujours ! "

[i]. Lire sur le même sujet : HAZAN Éric, LQR, La propagande du quotidien, Raison d'agir, Paris, 2006 

[ii]. Euphémisme : bas latin euphemismos, du grec euphêmismos. Atténuation dans l'expression de certaines idées ou de certains faits dont la crudité aurait quelque chose de brutal ou de déplaisant. Exemple : il s'est éteint, il est parti pour un monde meilleur, etc., à la place de « il est mort ». Larousse. 

 

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L'énergie éolienne n'est que de l'énergie, pas de puissance garantie, même avec des batteries

La confusion entre puissance et énergie a permis aux éoliennes de vendre le mauvais produit au mauvais marché.
Marc Deroover; mai 2021

Résumé
  Un réseau électrique est une question de puissance : à tout moment, le réseau doit fournir la puissance demandée par ses clients. Mais les éoliennes ne produisent qu'une puissance variable. Les réseaux doivent donc transformer cette puissance variable en une puissance fixe garantie afin de l'intégrer dans leur plan de production. Cette transformation nécessite des générateurs de secours, des générateurs de recul, et, supposément, divers autres moyens exotiques comme des batteries de secours ou le stockage d'hydrogène. Les coûts de ces outils sont difficiles à évaluer car ils sont cachés dans les opérations quotidiennes du réseau.
   Mais nous pouvons avoir une idée du type et de l'ampleur des problèmes rencontrés si nous forçons la centrale éolienne à fournir une puissance fixe et garantie et si nous examinons ce qu'il faut faire pour atteindre cet objectif.
   Le comportement d'une centrale éolienne qui doit fournir une puissance fixe et garantie est illustré dans la figure suivante qui montre, pour chaque niveau de puissance garantie, la valeur moyenne des différents flux de puissance entrant et sortant du système.

  La figure est tracée pour une centrale électrique de 1000 MW, avec un facteur de charge éolien de 28%, couplée à des générateurs de secours et à des batteries de 4GWh. Les valeurs sont calculées pour chaque valeur de puissance garantie sur la base de la simulation quotidienne du système. Les valeurs journalières résultantes sont ensuite agrégées sur la période pour montrer les flux de puissance moyens. En regardant la figure, on peut voir que :

• Pour tous les niveaux de puissance garantie, les éoliennes ont besoin d'une certaine puissance de secours pour pouvoir fournir la puissance garantie — sauf si celle-ci est très faible, ce qui n'aurait pas beaucoup de sens.
• Une centrale éolienne ne peut même pas vendre toute l'énergie qu'elle produit si elle doit garantir une puissance égale à sa puissance moyenne. Dans notre exemple, environ 25 % de l'énergie éolienne produite par les éoliennes devra être éliminée et remplacée par la production de générateurs de secours.
• Une fois que la puissance garantie atteint la puissance moyenne de l'énergie éolienne, la quasi-totalité de la puissance supplémentaire sera fournie par les générateurs de secours, à l'exception de quelques pour cent supplémentaires du surplus d'énergie éolienne qui pourraient finalement être utilisés pour alimenter la charge.
• Les batteries ne peuvent être remplies qu'en utilisant une fraction du surplus d'énergie éolienne : avec ou sans batteries, la fraction de l'énergie éolienne qui peut alimenter directement la charge reste inchangée.
• Dans notre exemple, 4 GWh de batteries permettront d'économiser 9% de l'énergie éolienne produite, réduisant ainsi le surplus d'énergie éolienne de 25% à 16% de l'énergie éolienne produite — probablement à un prix très élevé. 
• Les batteries sont totalement inutiles : 
• lorsqu'elles sont pleines et qu'il y a trop de vent, ou lorsqu'elles sont vides et qu'il n'y a pas assez de vent. Cela se produit jusqu'à 50 % du temps dans notre exemple. Cela est principalement dû au fait que les batteries sont toujours trop petites par rapport à la puissance éolienne installée - en raison de leur coût.
• Lorsque la puissance garantie augmente, les batteries deviennent inutiles, car il n'y a pas assez de surplus d'énergie éolienne pour les remplir. Elles restent vides la plupart du temps.
• Plus surprenant, les batteries deviennent également inutiles lorsque la puissance garantie diminue. Cette fois, c'est parce qu'il n'y a pas assez de déficit éolien pour utiliser l'énergie stockée dans les batteries. Elles restent pleines la plupart du temps.

   Si vous comprenez comment fonctionne une centrale éolienne obligée de produire une puissance garantie, vous comprendrez également que chaque fois que quelqu'un vous promet que les éoliennes fourniront des « choses magiques » qui ne sont pas représentées dans la figure précédente, ce qu'il veut vraiment dire, c'est qu'il a l'intention d'utiliser les ressources du réseau pour vous faire croire que l'énergie éolienne est, eh bien, « magique ».
  Vous pouvez essayer d'ajouter des batteries dans les maisons des clients, ou d'utiliser un système de stockage d'hydrogène. Mais comme ces éléments doivent être alimentés en électricité avant d'être utiles, ils se comporteront comme les batteries principales de notre exemple, c'est-à-dire de manière très inefficace.
  Le fait que les éoliennes soient une sorte de moteur magique capable de violer les lois de la thermodynamique est l'une des plus grandes illusions de l'histoire de l'humanité. Ce n'est qu'en pompant gratuitement les ressources du réseau que les éoliennes peuvent prétendre fournir des services utiles.
  Il y a un moment où les gens se rendront compte que les lois de la physique s'appliquent même s'ils ne les connaissent pas...

 

Le réseau électrique est une question de puissance, pas d'énergie
  Un réseau électrique est avant tout une question de puissance : à tout moment, le réseau doit fournir la puissance demandée par ses clients.
  L'énergie est une valeur dérivée. Elle est très pratique pour calculer le prix qui sera facturé à un client, et est donc bien connue du grand public. Bien que la plupart des gens pensent qu'ils paient pour l'énergie, ils paient en fait pour la puissance dont ils ont besoin à chaque instant — en d'autres termes, l'énergie est une mesure de la puissance moyenne appelée.
  Ainsi, lorsque les services publics d'électricité étaient gérés par des ingénieurs, les gestionnaires de réseau achetaient à leurs fournisseurs — centrales électriques — une production d'énergie suffisante pour répondre à la charge attendue des clients, plus quelques réserves pour faire face aux événements inattendus. L'énergie ne faisait jamais partie du jeu.
  Maintenant que les compagnies d'électricité doivent obéir aux politiciens, tout cela a changé : les gestionnaires de réseau sont désormais contraints d'acheter la production des éoliennes.
  Mais les éoliennes ne produisent pas d'« énergie » au sens de « puissance garantie », comme l'exige le réseau. Les éoliennes ne produisent que de l'énergie à une puissance variable et non contrôlable.

  Le problème fondamental des éoliennes est donc qu'elles produisent le mauvais produit pour le mauvais marché.

 

Éoliennes : le mauvais produit pour le mauvais marché
  Pour être intégrée dans le plan de production du réseau, la puissance éolienne variable doit être convertie en une puissance fixe garantie.
  Pour ce faire, le réseau doit prévoir des générateurs de secours qui augmenteront leur production lorsque le vent est moins fort que prévu, des générateurs de secours qui diminueront leur production lorsque le vent est plus fort que prévu, et divers autres moyens exotiques tels que des batteries de secours ou le stockage d'hydrogène.
  Tous ces outils nécessaires, ainsi que leurs coûts associés, sont dissimulés dans les opérations quotidiennes du réseau. Il est donc difficile de les identifier et d'estimer les dommages réels infligés au réseau par la variabilité de l'énergie éolienne.
  Cependant, il existe un moyen de visualiser le travail que le réseau doit effectuer pour transformer la puissance variable du vent en une puissance garantie qu'il peut utiliser. Au lieu d'obliger le réseau à utiliser la puissance éolienne variable, obligeons la centrale éolienne à fournir une puissance fixe et garantie, et donc à fournir et à payer tout moyen nécessaire pour obéir à cette contrainte.
  Ce faisant, nous verrons mieux ce que fait le réseau pour gérer l'énergie éolienne. Nous aurons également un aperçu de ce à quoi ressembleraient nos réseaux si la pression exercée pour augmenter la puissance éolienne installée était un jour couronnée de succès.

Si une centrale éolienne devait fournir une puissance garantie fixe...
  Avant d'entrer dans le petit modèle qui va nous aider à comprendre le fonctionnement d'une centrale éolienne, je tiens à préciser que le but ici est juste de décrire le fonctionnement, et peut-être de donner un ordre de grandeur des problèmes rencontrés. Les résultats qui seront présentés dépendent fortement des données utilisées, en particulier du profil de puissance du vent, et ne peuvent donc pas être appliqués tels quels à d'autres systèmes.
  La première chose dont nous avons besoin est un profil de puissance du vent. J'ai sélectionné deux mois d'un profil réel de puissance éolienne en Europe occidentale, et je l'ai remis à l'échelle pour obtenir une puissance éolienne installée de 1000 MW tout en conservant le facteur de charge original de 28% :

 

  Si l'on fait d'abord l'hypothèse que le propriétaire des éoliennes souhaite vendre une quantité d'énergie égale à ce que ses éoliennes produiront, c'est-à-dire garantir une puissance de 280 MW, l'énergie éolienne sera utilisée comme suit, sans batteries :

• la ligne horizontale rouge représente la puissance garantie PG, Puissance garantie
  
• toute la puissance éolienne inférieure à la PG sera utilisée par le réseau (bleu)
• toute la puissance éolienne excédentaire — au-dessus de la ligne rouge, doit être rejetée (rouge)
• une alimentation de secours doit être fournie pour atteindre la puissance garantie lorsque la puissance éolienne est inférieure à la puissance garantie (jaune).

  L'équilibre de la puissance moyenne — ou de l'énergie — est illustré dans la figure suivante : n'oubliez pas que lorsque PG = puissance moyenne éolienne, l'énergie produite par les éoliennes est égale à l'énergie alimentant la charge.

  

  La première chose que l'on constate est qu'une centrale éolienne ne peut pas vendre toute l'énergie qu'elle produit si elle doit garantir une puissance égale à sa puissance moyenne.
    Environ 25% de l'énergie éolienne produite par les éoliennes devra être rejetée.
     Cette puissance correspond à la puissance produite au-delà de la puissance garantie.
    Par conséquent, pour fournir la puissance garantie, ces mêmes 25 % de la charge devront être fournis par une puissance auxiliaire : « puissance de secours ».
  Nous verrons plus loin comment ces valeurs changent lorsque la puissance garantie est augmentée ou diminuée.

 

Les batteries ont un comportement contre-intuitif
  Examinons maintenant le même système, mais couplé à des batteries de 4 GWh.  Cela signifie qu'il faut installer 4 MWh de batteries pour chaque MW de puissance éolienne. Cette solution est incroyablement coûteuse et probablement impossible à mettre en œuvre d'un point de vue économique. Mais examinons les avantages qu'un tel niveau de capacité des batteries apporterait en ce qui concerne les flux d'énergie.
  Nous supposons toujours que nous voulons une puissance garantie égale à la puissance moyenne des éoliennes — 28% FC, soit 280 MW. Dans ce cas, le profil de la puissance éolienne serait le suivant :

 

  Le graphique supérieur est le même que le précédent, à deux différences près :

• une partie du surplus d'énergie éolienne (en rouge) est remplacée par l'énergie utilisée pour remplir les batteries (en vert). 
• une partie de l'énergie produite par les générateurs de secours est remplacée par l'énergie fournie par les batteries (en bleu foncé).

   Le graphique du bas représente le niveau de charge chronologique des batteries. Notez que les batteries sont pleines au début de la période. Vous pouvez voir que l'énergie stockée dans les batteries augmente avec les lignes vertes et diminue avec les lignes bleu foncé.
   Nous pouvons maintenant comprendre comment les batteries fonctionnent avec une centrale éolienne obligée de garantir une production d'énergie fixe :

• Si, un jour donné, la puissance éolienne dépasse le niveau de puissance garanti, le système utilisera d'abord le surplus de puissance pour remplir les batteries. Une fois les batteries pleines, le surplus d'énergie éolienne restant doit être éliminé.
•  Si, un jour donné, la puissance éolienne est inférieure au niveau de puissance garanti, le système utilisera d'abord l'énergie stockée dans les batteries pour alimenter la charge. Lorsque les batteries sont vides, la puissance manquante restante doit être fournie par les générateurs de secours.

  En observant l'évolution de l'énergie stockée dans les batteries, nous pouvons constater une caractéristique assez attendue des batteries : elles sont totalement inutiles

• lorsqu'elles sont pleines et qu'il y a trop de vent

ou

• lorsqu'elles sont vides et qu'il n'y a pas assez de vent.

  On peut également voir sur la même figure que près de 50 % des jours sont des « jours de décès » pour les batteries - des jours où les batteries n'étaient tout simplement pas opérationnelles.
  La principale explication du nombre élevé de « jours de décès » est que les batteries sont trop petites.

  Si le vent produit 200 MW de plus que la puissance garantie, cela représentera 4,8 GWh sur la journée, soit plus que les 4 GWh des batteries installées. Les batteries sont donc remplies en moins d'une journée et restent inutiles jusqu'à ce qu'il y ait un déficit d'énergie éolienne.
  Il en va de même lorsqu'il y a un déficit d'électricité. Les batteries pleines peuvent facilement être vidées en une journée, après quoi elles restent inutilisables jusqu'à ce qu'il y ait un surplus d'énergie éolienne.
  Bien sûr, on pourrait augmenter la taille des batteries, mais nous verrons plus loin que cela ne change pas grand-chose au bilan énergétique final, bien que ce soit une option très coûteuse.
  Avec les batteries, le bilan de la puissance — ou de l'énergie — moyenne se présente maintenant comme suit :

  Cette figure montre une autre caractéristique du couple énergie éolienne-batteries :
  les batteries ne peuvent être remplies qu'avec une fraction du surplus d'énergie éolienne.
  Avec ou sans batteries, la part de l'énergie éolienne qui alimente directement la charge reste inchangée.

• la figure montre que les batteries de 4 GWh permettront d'économiser 9 % de l'énergie éolienne produite, réduisant ainsi le surplus d'énergie éolienne de 25 % à 16 % de l'énergie éolienne produite.
• Si l'on suppose que le coût d'investissement d'une batterie de 1 MWh est à peu près le même que celui d'une éolienne de 1 MW, l'énergie fournie par les batteries coûtera environ 33 fois plus cher que l'énergie directement fournie par l'éolienne — en termes de coûts d'investissement.

Vue d'ensemble
  Il s'agit maintenant de comprendre comment les valeurs calculées dans les figures précédentes changent lorsque la puissance garantie est modifiée.
  Pour ce faire, il suffit de calculer ces valeurs pour l'ensemble de la gamme de puissance garantie et de les présenter comme dans la figure suivante :

  Cette figure contient beaucoup d'informations, mais comprenons d'abord comment la lire :

• l'abscisse indique la puissance garantie. Elle varie entre zéro et la puissance éolienne installée : 1000 MW dans notre cas.
• la ligne verticale bleue est fixée à la puissance moyenne de la centrale éolienne — dans notre cas 280 MW, soit un facteur de charge, FC, de 28%.
• les ordonnées du graphique représentent la puissance moyenne produite ou consommée par source d'énergie, calculée comme indiqué dans les sections précédentes de ce document. Un tel graphique représenterait normalement l'énergie produite par chaque source, mais je préfère le concept de puissance moyenne parce qu'il redimensionne linéairement les valeurs entre 0 et 1000, ce qui permet une compréhension plus intuitive de la physique impliquée dans le processus.
• la diagonale représente les points où la puissance totale produite est égale à la puissance garantie. Elle divise le plan en deux sous-espaces :

• sous la ligne se trouvent les différentes puissances qui alimentent la charge : la puissance éolienne directement utilisable, la puissance de décharge des batteries et la puissance des générateurs de secours
•  au-dessus de la ligne se trouve le surplus d'énergie éolienne qui doit être soit jeté, soit utilisé pour remplir les batteries.

  Ainsi, lorsque vous disposez d'un profil de puissance éolienne, vous pouvez calculer et dessiner ce graphique. Une fois cela fait, vous pouvez facilement savoir quelle sera l'énergie — ou la puissance moyenne — qui alimentera votre charge, qui alimentera les batteries ou qui devra être rejetée pour toute puissance garantie : il suffit de tracer une ligne verticale à la puissance garantie choisie, et de regarder ses couleurs.

  Parmi les nombreuses observations que l'on peut faire en regardant ce graphique, les plus significatives sont les suivantes :

• pour tous les niveaux de puissance garantie, les éoliennes ont besoin d'une certaine puissance de secours pour pouvoir fournir la puissance garantie — sauf si celle-ci est très faible, ce qui n'aurait pas beaucoup de sens
• une fois que la puissance garantie atteint la puissance moyenne de l'éolien, la quasi-totalité de la puissance supplémentaire sera fournie par les générateurs de secours, à l'exception de quelques pourcents supplémentaires du surplus d'éolien qui pourraient finalement être utilisés pour alimenter la charge.

  Comme nous l'avons déjà vu, les batteries ne peuvent utiliser qu'une fraction du surplus d'énergie éolienne et sont trop petites par rapport à la puissance éolienne installée. Elles sont donc plutôt inutiles, n'économisant qu'environ 10 % de l'énergie des éoliennes lorsque la puissance garantie est égale à la puissance moyenne du vent — 28 %.

• lorsque la puissance garantie augmente, les batteries deviennent totalement inutiles, car il n'y a pas assez de surplus de puissance éolienne pour les remplir. Les batteries restent vides la plupart du temps, comme le montre le schéma ci-dessous : PG=400 MW

• plus surprenant, les batteries deviennent également inutiles lorsque la puissance garantie diminue trop. Cette fois, c'est parce qu'il n'y a pas assez de déficit éolien pour utiliser l'énergie stockée dans les batteries, bien qu'il y ait beaucoup de surplus éolien pour remplir les batteries. Les batteries restent pleines la plupart du temps, comme le montre le schéma ci-dessous : PG=160 MW

 

Qu'en est-il du doublement de la capacité de stockage des batteries ?
  Les figures suivantes montrent les flux d'énergie moyens avec une batterie de 4 GWh — à gauche — et avec une batterie de 8 GWh : à droite. 

  Comme vous pouvez le constater, doubler la capacité des batteries permettra d'économiser 5 % de la production totale d'énergie éolienne. C'est un montant ridicule si l'on considère les coûts d'investissement associés.

 

Lorsque la centrale éolienne est insérée dans le réseau...
  Que se passe-t-il lorsque la centrale éolienne est insérée dans le réseau, comme c'est actuellement le cas partout dans le monde ?

→ ... l'énergie de secours doit être fournie par le réseau Tout d'abord, l'énergie de secours doit être fournie par le réseau. 

  Dans notre exemple, les générateurs de secours doivent pouvoir fournir 234 MW, avec un facteur de charge, FC, de 19%. Leur programme de production est présenté dans la figure suivante :

  Cela montre que les générateurs de secours ont les caractéristiques de ce que l'on appelle les « unités de pointe ». Pour des raisons économiques, ils devraient probablement être constitués de turbines à gaz ouvertes ou d'unités diesel — coût élevé du combustible, mais faible coût d'investissement — et fortes émissions de CO2.
 D'aucuns pensent qu'il s'agit d'un faux problème, car le réseau pourrait utiliser l'énergie de secours qu'il gère déjà pour atténuer le risque de panne au cas où une centrale électrique tomberait en panne.
  Mais cet argument est fallacieux. La puissance de secours des unités contrôlables est calculée pour réduire à un niveau acceptable le risque de panne suite à la défaillance d'une centrale électrique.

  Chaque fois que vous utilisez cette réserve d'énergie à d'autres fins, vous réduisez d'autant la fiabilité globale du réseau. Cela a un coût, même s'il n'est pas visible tant que tout va bien.
→ ... le réseau doit se débarrasser du surplus d'énergie éolienne
  Comme les réseaux sont contraints par la loi d'acheter toute l'électricité fournie par les éoliennes, ils doivent se débarrasser du surplus d'électricité éolienne.
  Dans notre exemple, ce surplus de puissance a une valeur maximale de 370 MW et un facteur de charge de 12%. Son profil est présenté dans la figure suivante :

  Si vous voulez utiliser cette énergie pour une charge utile, comme alimenter une usine de production d'hydrogène, vous aurez besoin d'une unité contrôlable qui, en réalité, produira la majeure partie de l'énergie utilisée par la charge — on devrait donc les appeler " puissance de compensation " : une puissance qui est produite la plupart du temps, mais qui peut être réduite pour compenser le surplus d'énergie éolienne.

Améliorer les performances de l'énergie éolienne : la grande illusion
  Si vous comprenez comment fonctionne une centrale éolienne contrainte de produire une puissance garantie, vous pouvez avoir une idée de ce que le réseau doit faire — et payer— pour utiliser l'énergie éolienne variable.
  Vous comprendrez également que chaque fois que quelqu'un vous promet que les éoliennes fourniront des " choses magiques " qui ne figurent pas dans les chiffres de cet article, ce qu'il veut vraiment dire, c'est qu'il a l'intention d'utiliser les ressources du réseau pour vous faire croire que l'énergie éolienne est, si si, je vous assure... "MAGIQUE ".

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