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4.3 Filières à ressources internationales

4.3.1 Réseau Electrique

Le réseau électrique est en réalité un réseau de transport d’énergie secondaire produite à partir d’énergies renouvelables ou non renouvelable. Dans les pays européens, ce réseau irrigue tout le territoire et permet une mutualisation de l’électricité. Dans le cadre d’une production accrue d’électricité renouvelable dans un territoire donné, il est indispensable de pouvoir échanger et mutualiser les besoins d’électricité afin d’éviter un stockage coûteux. Le stockage local ne prendra probablement de l’importance que lorsque la production d’électricité renouvelable se sera développée de manière massive sur toute l’Europe et que le taux de pénétration de l’éolien et du photovoltaïque aura atteint plusieurs dizaines de pourcent.

A partir de là, des problèmes de stabilité du réseau Haute Tension et des échanges d’électricité entre zones pourront apparaître et des solutions de stockage ou de réseaux intelligents (smart-grid) devront être mises en place (PEREZ R., 2010 et BARTHE O., 2010).

De manière générale, toute production et utilisation d’électricité locale est préférable, mais la connexion au réseau est indispensable pour partager les besoins de puissance avec le reste du réseau.

33 4.3.2 Filières Fossiles

Le réseau de Gaz est également un réseau international, dont la ressource est souvent éloignée des centres de consommations. Pour la Suisse, les sources d’approvisionnement de gaz sont réparties essentiellement entre la Norvège et la Russie (voir Figure 9) et sont assurés par des contrats de moyen terme jusqu’en 2020 environ (GUEDEMANN F., 2010).

Figure 9 : sources d’approvisionnement principales de la Suisse (GUEDEMANN F., 2010)

Ce réseau interconnecté permet d’amener la ressource jusque chez l’utilisateur final. Afin de limiter la dépendance aux ressources fossiles, ce réseau de gaz devrait être utilisé en dernier recours lorsque les ressources locales ont été toutes correctement valorisées sur le territoire. A l’heure actuelle, il reste un complément pratique, disponible et peu cher.

Quant aux produits pétroliers, ils sont – pour le moment - accessibles partout et en tout temps.

CH3 mia.

M3

Norvège et UE27

74%

Russie 20%

Algérie et GNL 6%

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4.4 Synthèse

Au niveau quantitatif, il n’a pas été possible de chiffrer de manière détaillée le potentiel d’une zone comme celle du PACA St-Julien/plaine de l’Aire, étant donné les nombreuses inconnues sur les diverses filières énergétiques et leurs développements futurs. Pour produire une information fiable en la matière, il aurait fallu disposer de plus de moyens et de temps pour analyser l’existant, lever les différentes inconnues des filières à ressources locales et comparer les besoins avec les ressources réellement disponibles sur une zone réelle.

D’après nous, le travail effectué par BG/Enercore n’est que partiel et ses manques ne permettent pas de fournir une information fiable (FAESSLER J., 2009d). En revanche, en terme de communication, ces travaux ont permis de souligner deux points essentiels :

• les ressources renouvelables existent et sont présentes sur le territoire, les enjeux se trouvant souvent dans leur captage et leur valorisation à des coûts acceptables ;

• la diminution des besoins est essentielle pour une valorisation massive et intelligente des ces énergies.

L’idée développée dans ce chapitre est le principe de subsidiarité, où les énergies renouvelables locales devraient être prioritairement mises en œuvre. De manière schématique, on peut utiliser l’image des pelures d’oignons, avec, par ordre d’importance : commencer par utiliser les énergies locales renouvelables (y compris les économies d’énergie), puis les énergies régionales (type biomasse) et enfin de compléter les besoins de pointe de puissance avec les énergies internationales (fossile et électricité non produite localement).

On peut imaginer dans le futur des systèmes plus intelligents où les différentes énergies sont couplées, avec une utilisation maximale (en ruban) des énergies renouvelables et une complémentarité avec d’autres filières, renouvelables ou non. Un exemple de ce que pourrait être des filières dans un quartier avec un recours massif aux énergies renouvelables est représenté ci-dessous (voir Figure 10) :

Figure 10 : systèmes énergétiques du futur

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Nous observons sur la partie gauche du schéma (en vert) les ressources renouvelables, bois et solaire ou géothermie. Le bois représente la mobilisation actuelle pour une chaufferie villageoise reliée à environ 1’000 habitants. Les échangeurs solaires représentent environ 3 m2

Tableau 1

de surface de toit par habitant. Les transformateurs se trouvent au milieu (en gris) et correspondent à des techniques en cours d’évaluation dans des projets innovants. La prestation est fournie soit par un réseau de chaleur centralisé (bois) soit par des PAC décentralisées. Les hypothèses sur la consommation de bâtiments sont celles retenues dans le

.

De multiples enjeux se retrouvent derrière ce schéma de flux, principalement :

• Enjeux financiers lié au développement de nouvelles technologies pour des cogénérations au bois de faible puissance (< 5 MW) ;

• Enjeux techniques sur la faisabilité d’obtenir un COP annuel élevé (5 ?) (en cours d’évaluation par l’Université de Genève dans le cadre d’un projet réel) ;

• Enjeux environnementaux pour la mobilisation de la ressource bois tout en préservant les autres fonctions de la forêt (valorisation matière, gestion durable, etc…) ;

• Enjeux juridiques et politiques concernant l’application de standard énergétique élevés pour les besoins des nouveaux bâtiments et l’obligation de se raccorder à un réseau ;

• Besoin de mutualisation avec les réseaux existants (en haut du schéma) afin de gérer les pointes de puissance pour optimiser les rendements des filières ;

En couplant des filières plus performantes d’utilisation de la ressource (facteur 3 grâce aux PAC et à l’utilisation du soleil ou de la géothermie) à des politiques de diminution des besoins (facteur 3 grâce à l’application de standard de type MINERGIE), nous arrivons à multiplier par 8 ou 9 la prestation finale avec la même ressource biomasse de départ. N’oublions pas non plus que cela est envisageable grâce à la mutualisation avec les réseaux existants. C’est ces complémentarités et ces synergies qu’il faut favoriser à tous les niveaux dans l’AFVG.

Rappelons enfin que le concept de société 2000 Watt imagine une répartition de trois quart de renouvelable et d’un quart d’énergies fossiles. Nous vivons dans un monde interconnecté avec des réseaux et des transformateurs existants et le développement massif du renouvelable va de pair avec des systèmes plus intelligents couplés à l’existant.

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5 Conclusions et recommandations

L’analyse partielle du territoire du PACA St-Julien/plaine de l’Aire a permis de montrer la difficulté du choix d’échelle pour les analyses énergétiques d’un territoire. L’option de traiter prioritairement la chaleur est guidée par le caractère très local des filières associées, contrairement à l’électricité qui est une filière beaucoup plus étendue.

Les contraintes énergétiques pour la valorisation intensive du renouvelable sont nombreuses.

En plus des contraintes techniques, économiques et sociales définies dans le chapitre 2, quatre points sont à relever :

1. la valorisation des ressources renouvelables devrait être le plus possible en ruban afin de maximiser leur utilisation sur le territoire et d’éviter des investissements superflus ; 2. des basses températures au niveau de la demande de chauffage des immeubles sont indispensables afin d’optimiser le recours à des ressources renouvelables telles que la géothermie ;

3. l’inertie du système énergétique est grande, d’où l’importance d’avoir des objectifs de long terme ambitieux mais réalistes, compréhensibles, opérationnels et mesurables.

Une analyse correcte et détaillée de l’existant (non réalisée ici) est indispensable afin de coupler des scénarios de rénovation avec des scénarios incluant les nouveaux bâtiments d’ici 2030. Ces nouveaux bâtiments devraient avoir comme objectif des standards élevés de performance énergétique (type Minergie-P) ;

4. Pour la production électrique, il n’y a beaucoup moins de contraintes locales, même si elles peuvent être réelles, au niveau des réseaux notamment.

Les différentes filières (locales, régionales, internationales) ont montré toute leur complexité et certaines synergies ont pu être exposées. Citons plus particulièrement les 3 filières à ressources locales que sont le solaire, la géothermie et les rejets de chaleur, qui peuvent se compléter : la géothermie comme stockage saisonnier de chaleur, les rejets de chaleur difficilement utilisables comme apport de chaleur et le solaire thermique comme élément de réglage entre demande et recharge de chaud. De même, une complémentarité avec des ressources régionales mais hors PACA peut être réalisée avec la biomasse et CADIOM. Le solde, et principalement pour assurer les demandes de chaleur de pointe, devra encore être fournie par le fossile.

Plus concrètement, cinq recommandations peuvent être faites :

1. Construire le neuf avec des hauts standards énergétiques et avec des systèmes de chauffage à basse température ;

2. Elaborer en parallèle des scénarios de rénovation de l’existant ambitieux, autant en termes de réduction de la facture énergétique qu’en termes de température de distribution du chauffage ;

3. Réserver des zones dans les PACA pour favoriser des opportunités de développement d’infrastructures énergétiques telles qu’une centrale à valorisation de biomasse ;

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4. Etudier la possibilité de développer un ou des systèmes de « calobus », couplés sur des champs de sondes géothermiques, en se basant sur le nécessaire équilibre annuel des énergies transférées au stockage;

5. Impliquer un maximum d’acteurs locaux de l’énergie.

Au niveau temporel, la prise en compte de ces contraintes devrait être activée à tous les niveaux de planification, afin de systématiquement stimuler et laisser la porte ouverte aux opportunités de projets concrets.

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Bibliographie

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DESSUS B., 2007, Infrastructures de l'énergie, in: Université de Genève (Ed.), Infrastructures de l'énergie - collection Energie, environnement et société N°6, Genève.

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FAESSLER J., AEBERHARD A., LACHAL B., 2010, R5 : valorisation énergétique des biomasses : gisements brut, accessible et mobilisable, VIRAGE, Université de Genève, Genève.

FAESSLER J., HAROUTUNIAN A., LACHAL B., 2009b, R6 : Utilisation thermique du Rhône Genevois, VIRAGE, Université de Genève, Genève.

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GUEDEMANN F., 2010, Présentation de l'industrie gazière et du gaz naturel : aspects politique, économique et environnemental, cours MUSE. Université de Genève, Genève.

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LACHAL B., HOLLMULLER P., 2009, cours de base Physique et Technique de l'énergie.

MUSE, Université de Genève.

LACHAL B., PAHUD D., HOLLMULLER P., 2009, Géocooling : puits canadiens et sondes géothermiques pour rafraîchir les bâtiments, in: Université de Genève (Ed.), Journée de formation continue, Genève.

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seminaires.html, Genève.

ZGRAGGEN J.-M., 2010, Bâtiments résidentiels locatifs à haute performance énergétique : objectifs et réalités, Thèse Institut Forel, Faculté des Sciences. Université de Genève, Genève.

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40

Annexes

A1 : fiche Solaire A2 : fiche Biomasse

Ressources :

 Soleil « illimité » mais ressource dépen-dante de la surface de captage;

 1 Ressource pour 2 transformateurs (solaire thermique OU effet photovoltaïque);

 Energie incidente sur un plan horizontal à Genève = 1’200 [kWh/m2] ;

 Dynamique été-hiver → rapport 4:1 (voir figure ci-contre) ;

 Energie de Flux non stockable.

S O L A I R E - P L A I N E D E L ’ A I R E

Ressource Transformation Prestations

Panneaux Photovoltaïques Capteurs Thermiques

Contraintes liées à l’urbanisme :

 Potentiel limité par la surface réellement disponible, en particulier des toits (orientations, pentes, ombrages d’autres bâtiments ou d’objets, autres usages, etc…) ;

 Intégration de systèmes solaires lors de la conception des bâtiments beaucoup plus efficiente techniquement et économiquement ;

 Besoin d’eau chaude sanitaire (ECS) → Privilégier le solaire thermique (toitures immeubles locatifs) ;

 Pas de besoin d’ECS → Privilégier le photovoltaïque (toitures scolaire, bâti-ments industriels ou centres sportifs, etc...) ;

 Chauffage via solaire thermique potentiellement intéressant si couplé avec une pompe à chaleur ou un stockage saisonnier, mais a besoin de retour d’expérience.

Technologies :

 Solaire thermique mature et rentable si bien dimensionné;

 Solaire Photovoltaïque mature mais non rentable à court terme → politique volontariste et subvention obligatoire → à long terme, 20% de l’électricité pourrait être produite par les toitures en Suisse.

Ressource solaire mensuelle sur un plan horizontal (en rouge) ou sur un plan incliné à 30° (en vert) (source : PVSyst)

FILIERES SOLAIRES POSSIBLES A LA PLAINE DE L’AIRE

POINTS CLES ESSENTIELS

kWh / m2*jour

A1 - 1

Source : Etude sur le subventionnement des capteurs solaires thermiques

Productivité capteurs solaires à Genève, théoriques et mesurés.

production théorique (kWh/m²)

Aspects techniques Chauffage :

 Chauffage d’appoint solaire « classique »:

 moins productif par m2 de capteurs (~ 200-300 kWh/m2)

 Possible mais difficile, limité et cher

 Chauffage solaire couplé avec PAC ou stockage sai-sonnier :

 Intéressant, prometteur, mais besoin de retour d’expérience

 Dimensionnement pour ECS + Chauffage = quelques m2 capteur/habitant (encore mal cerné à ce jour)

S O L A I R E T H E R M I Q U E

PRODUCTION D’EAU CHAUDE SANITAIRE ET/OU CHALEUR

Aspects techniques ECS (collectif) :

 Besoins ECS stable toute l’année (~ 50 litres/hab/jour)

 Nécessité de stockage journalier (volume ballon solaire

= consommation journalière)

 Productivité des capteurs peut chuter en cas de mau-vais dimensionnement

 Si ECS seul, viser un tiers de couverture des be-soins par le solaire thermique

 Ratio dimensionnement idéal pour ECS :

 0.5 m2 capteur/hab (standard actuel logement collectif)

Solaire thermique à Genève :

Installations cantonales subventionnées de 2000 à 2007 :

 7’000 m2 installés

 4.7 GWh/an en 2007 (16.5 GWh cumulé)

 80% production faite par installation > 8 m2

Aspects économiques :

 Croissance du marché européen = 18% par an en moyenne depuis 2000

 En 2007, 85% des capteurs vendus en Suisse sont des capteurs plan vitrés

 Investissements = 1’000 à 2’500 chf/m2 capteur (sans subvention, avec pose et plomberie)

 Prix actuel GE = 13 à 25 cts/kWh (sans subvention)

 Pour ECS, baser le dimensionnement sur l’été

 Mieux vaut sous-dimensionner une installation pour la rentabiliser

Potentiel solaire thermique PACA plaine de l’Aire 2030 :

 Hypothèse « minimaliste »→ 0.5 m2/habitant sur les nouveaux toits locatifs pour préchauffage ECS, soit:

 16’000 m2 (~10 GWh) de préchauffage ECS

 Hypothèse « maximaliste »→ 5 m2/habitant sur les nouveaux toits locatifs pour préchauffage ECS et chauffage solaire (stockage saisonnier), soit:

 160’000 m2 (~65 GWh)

Correspondant à ~ 0.2 à 1 % consommation chaleur actuelle canton

Privilégier les toitures des immeubles locatifs

Installations solaire thermique (photos F. Mermoud

 Points Clés solaire thermique :

 Energie annuelle produite par une installation solaire thermique collective optimale à Genève = 700 kWh/m2

 Exploitation sur 20-25 ans (énergie grise ~ 1 à 4 ans d’exploitation selon les sources)

 Priorité aux installations décentralisées de production d’eau chaude sanitaire (ECS) avec capteur plan vitré, en complément d’une autre source d’énergie → connecté au besoins locaux, standardisé, simple

 Solution innovante : chauffage avec capteur non vitré si surface de toits disponibles et bâtiments exigeant des tem-pératures de distribution de chauffage basses (solutions pionnières en cours d’évaluation, à étudier)

NB: Plusieurs communes du canton ont également installés des surfaces thermiques sans subvention cantonale, comme par exemple la Ville de Genève qui a installé 2’200 m2 jusqu’en 2003

A1 - 2

* Unité de puissance d’une installation PV = 1 KWc (puissance produite sous 1000 W/m2 et 25°C) ou 1 KWp en anglais

 Points Clés Solaire photovoltaïque (PV) :

 Energie annuelle produite par une installation PV optimale à Genève = 120 kWh/m2

 Exploitation sur 20-25 ans (énergie grise ~ 1 à 4 ans d’exploitation selon les sources)

 Condition de développement = rentabilité économique (politique volontariste : rachat prix coutant et garanti 20 ans)

 Installations connectées au réseau électrique → déconnecté des besoins locaux → pas problématique tant que la pro-duction d’électricité PV < 20% de consommation électrique globale (actuellement, PV = 0.1% de la consommation)

S O L A I R E P H O T O V O L T A Ï Q U E

PRODUCTION D’ELECTRICITE

Solaire PV à Genève :

 1990 : première centrale

 2008 : 5’000 KWc installés

 Augmentation annuelle moyenne de 37% entre 1990 et 2007

 Si l’augmentation annuelle moyenne continue à 20% par an, nous obtiendrons d’ici 2030 environ 280’000 KWc installés :

 soit 5 m2/habitant du canton ;

 soit 0.8% de la surface du canton ;

 soit ~ 10% de la consommation électrique actuelle du canton.

Aspects techniques et filières :

 Energie produite à GE = 1000 [kWh/kWc]*

 Energie produite par une installation PV à Genève =

 120 kWh/m2 pour Silicium cristallin (8 m2/kWc)

 60 kWh/m2 pour couches minces (16 m2/kWc)

 Forte dépendance au coût du rachat du courant

 technologie Silicium cristallins = 87% de la production mondiale en 2008

 Importance de la formation des professionnels

Aspects économiques :

 Croissance du marché européen = 33% par an en moyenne sur les 15 dernières années

 Courbe d’apprentissage: prix diminue de 18%

quand production cumulée double

 Coût module PV = ~ 3 chf/Wc

 Prix du système = ~ 5 à 10 chf/Wc

 Prix « coûtant » actuel GE = 0.5 à 1 chf/kWh (rachat garanti 20 ans)

 Modules en couches minces → gros potentiel de ré-duction des coûts au Wc mais avec plus d’emprise au sol

Installations PV intégrées au bâti (photo : A. Mermoud)

Potentiel solaire PV PACA plaine de l’Aire 2030 :

 Hypothèse occupation panneaux PV = 1.5 m2/hab (en complément du solaire thermique) et 3 m2/emploi, soit, sur les bâtiments :

 commerciaux : 42’000 m2 (5’250 kWc);

 locatifs : 48’000 m2 (6’000 kWc);



Soit 4% du potentiel espéré sur Genève en 2030



ou ~ 0.4% consommation électrique actuelle canton Privilégier les toitures scolaires, centre sportif, res-tauration collective, etc...

A1 - 3

NB : les schémas de flux ci-dessus sont pour les nouveaux habitants/immeubles des PACA. Les hypothèses utilisées pourraient aussi être appliquées sur l’existant en connaissant les m2 disponibles et le nombre d’habitants actuel

Fiche finalisée le 29 janvier 2010 par Dans le cadre du projet

2. Couplage entre PAC et solaire pour le chauf-fage (évaluation en cours dans le projet SolarCity)

1. Systèmes standardisés actuels (valeurs

Besoins chaleur totaux kWh/hab max. 2200 2700 2100

Électricité logements kWh/hab 1400 1430 1000

kWh/m2

Scénario de base PACA Saint-Julien - Plaine de l’Aire :

32’000 nouveaux habitants / 14’000 nouveaux emplois

50 m2 logement/habitant (SBP/SRE)

35 m2 activités/emploi (SBP/SRE) Hypothèses retenues par l’Université pour bâtiments neufs 2030 :

5 niveaux par bâtiment, 50% du toit utilisé pour panneaux solaires (très bien intégré) → Surfaces toitures utili-sables pour solaire =

3 m2/emploi et

5 m2/habitant

Préchauffage ECS habitation avec solai-re thermique (0.5 m2/habitant)

Surfaces commerciales : 100% PV

SCENARIO ET HYPOTHESES 2030 :

S O L A I R E - P L A I N E D E L ’ A I R E PROPOSITIONS D’UTILISATION

Personnes de référence :

M. Jérôme Faessler (022 379 06 48), Pr Bernard Lachal Bases de l’information :

Statistiques SIG, ScanE, EurObserver 2008 et IEA 2008

« Recensement du marché de l’énergie solaire 2007 », Swissolar

« Le photovoltaïque, une technologie en croissance. Faits et chif-fres », Stefan Nowak, 2006

André Mermoud (PV) et Floriane Mermoud (thermique)

3. Chauffage avec stockage saisonnier (prometteur

mais besoin de retour d’expérience)

A1 - 4

B I O M A S S E - P L A I N E D E L ’ A I R E

La production d’énergie à partir de la biomasse doit être centralisée et couplée à des productions décentralisées (solaire, géothermie) Ressources :

 La Biomasse au sens large (bois, agriculture, déchets) est une ressource régio-nale fortement liée à l’agglomération;

 Cette ressource doit être pensée globalement et son utilisation doit être coor-donnée avec les politiques de gestion des déchets;

 La qualité de la ressource doit être connue et maîtrisée;

 La valorisation matière des sous-produits doit toujours être pris en compte lors de l’utilisation énergétique de la biomasse.

Contraintes liées à l’urbanisme :

 Le stockage de la ressource est volumineux et exige de l’espace;

 L’approvisionnement induit un transfert de masse conséquent;

 La problématique des particules fines peut être limitante et nécessite des inves-tissements spécifiques qui peuvent être importants.

Technologies :

 Les technologies sont globalement matures (sauf la gazéification du bois et les biocarburants de deuxième génération);

 Chaque technologie a une taille critique minimum dont il faut tenir compte.

POINTS CLES ESSENTIELS

FILIERES ENERGETIQUES DE LA BIOMASSE POSSIBLES A LA PLAINE DE L’AIRE

A2 - 1

Aspects essentiels :

 Les ressources sont diverses et variées;

 Des ressources telles que des branches de taille de structure linéaire intégrées au paysage pourraient aussi être utilisée à terme (haies de charmes, frê-nes, chêfrê-nes, etc...);

 Le potentiel de l’Agglomération FVG est en cours d’évaluation et sera mis à jour d’ici 2010 ;

 Le potentiel de la plaine de l’Aire en 2030 sera évaluable lorsque des projets d’urbanisation concrets seront connus;

 Les aspects réglementaires n’ont pas été traités ici mais sont également importants et en évolution:

les bois usagés (ou traités) ne sont pas assimila-bles à du bois naturel et doivent par exemple être brûlés dans des installations avec des systèmes de filtres multiples (type UIOM).

Bois naturel

Plaine de l’Aire 2007

(par an) ~ 0 ~ 0 ~ 360 t MS Maraîchage

120 t MS

Marc ~ 0 ~ 0 Lactosérum

800 t MS ~ 0

Canton de Genève actuel, yc plaine de

l’Aire (par an) actuel, yc plaine de

l’Aire (par an)

Plaine de l’Aire vers

2030 ? ? ? ? ? ? ?

Energie primaire spécifique (PCS en

kWh/kgsec)

~ 5.4

kWh/kgsec ~ 5.4 kWh/kgsec Fumiers ~ 5 kWh/kgsec

Paille ~ 5 kWh/kgsec ~ 5 kWh/kgsec ~ 5 kWh/kgsec ~ 5 kWh/kgsec ~5 kWh/kgsec

Energie secondaire ressource (*)

(kWh/kgsec) ~ 5 kWh/kgsec ~ 5 kWh/kgsec

Bovin ~ 1.35 kWh/kgsec

Porcin ~ 1.8 kWh/kgsec

Equin ~ 1.5 kWh/kgsec

Paille ~ 4.5 kWh/kgsec

~ 2 kWh/kgsec ~ 1.6 kWh/kgsec ~ 2.5

~ 2 kWh/kgsec ~ 1.6 kWh/kgsec ~ 2.5

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