L’énergie : Production, stockage dilemmes et contraintes

(1)

Production, stockage dilemmes et contraintes

Germain Gondor

jeudi 6 novembre 2014

Lycée Diderot - Langres

(2)

1 Introduction

2 La production d’électricité en France

3 Modes de production d’énergie

4 Le stockage

5 Quelles voitures pour demain ?

Germain Gondor (Lycée Carnot, Dijon) l’énergie : production & stockage Lycée Diderot - 06/11/2014 2 / 83

(3)

Sommaire

1 Introduction

Quelques sources d’information Définitions

Unités

De l’énergie : pour quoi faire et sous quelle forme

2 La production d’électricité en France

3 Modes de production d’énergie

4 Le stockage

(4)

Quelques sources d’information

• Rte : Réseau de transport d’électricité

(5)

Quelques sources d’information

• Rte : Réseau de transport d’électricité

• EdF : Electricité de France

(6)

Quelques sources d’information

• Rte : Réseau de transport d’électricité

• EdF : Electricité de France

• Planetescope : Statistiques mondiales en temps réel

(7)

Quelques sources d’information

• Rte : Réseau de transport d’électricité

• EdF : Electricité de France

• Planetescope : Statistiques mondiales en temps réel

• MEDDE : Ministère de l’écologie, du développement

durable et de l’énergie

(8)

Energie

D ÉFINITION : Energie (selon le Larousse)

Grandeur caractérisant un système physique, gardant la même valeur au cours de toutes les transformations internes du sys- tème (loi de conservation) et exprimant sa capacité à modifier l’état d’autres systèmes avec lesquels il entre en interaction.

(Unité SI le joule.) L’unité est le Joule (J)

(9)

Puissance

D ÉFINITION : Puissance (selon le Larousse)

Quotient de l’énergie échangée par un corps avec d’autres

corps, par le temps que dure cet échange.

(10)

Puissance

D ÉFINITION : Puissance (selon le Larousse)

Quotient de l’énergie échangée par un corps avec d’autres corps, par le temps que dure cet échange.

En gros, c’est la capacité à fournir de l’énergie en temps limité.

(11)

Puissance

D ÉFINITION : Puissance (selon le Larousse)

Quotient de l’énergie échangée par un corps avec d’autres corps, par le temps que dure cet échange.

En gros, c’est la capacité à fournir de l’énergie en temps limité.

L’unité est le Watt (W).

(12)

Puissance

D ÉFINITION : Puissance (selon le Larousse)

Quotient de l’énergie échangée par un corps avec d’autres corps, par le temps que dure cet échange.

En gros, c’est la capacité à fournir de l’énergie en temps limité.

L’unité est le Watt (W).

P = dE

dt

(13)

Unités

• Kilo (k) = 10 ³

• Mega (M) = 10 ⁶

• Giga (G) = 10 ⁹

• Tera (T) = 10 ¹²

(14)

Unités

• Kilo (k) = 10 ³

• Mega (M) = 10 ⁶

• Giga (G) = 10 ⁹

• Tera (T) = 10 ¹²

(15)

Unités

• Kilo (k) = 10 ³

• Mega (M) = 10 ⁶

• Giga (G) = 10 ⁹

• Tera (T) = 10 ¹²

10 ³

(16)

Unités

• Kilo (k) = 10 ³

• Mega (M) = 10 ⁶

• Giga (G) = 10 ⁹

• Tera (T) = 10 ¹²

10 ³ (k)

10 ⁶

(M)

(17)

Unités

• Kilo (k) = 10 ³

• Mega (M) = 10 ⁶

• Giga (G) = 10 ⁹

• Tera (T) = 10 ¹²

10 ³ 10 ⁶ 10 ⁹

(18)

Unités

• Kilo (k) = 10 ³

• Mega (M) = 10 ⁶

• Giga (G) = 10 ⁹

• Tera (T) = 10 ¹²

10 ³ (k)

10 ⁶ (M)

10 ⁹ (G)

10 ¹² (T)

(19)

Watt heure

Energie = puissance x temps

(20)

Watt heure

Energie = puissance x temps [J]=[W.s]

(21)

Watt heure

Energie = puissance x temps [J]=[W.s]

Par simplicité, on utilisera plus fréquemment le Wh Wattheure,

soit l’énergie utilisée pendant une heure par un appareil consom-

mant 1W.

(22)

Watt heure

Energie = puissance x temps [J]=[W.s]

Par simplicité, on utilisera plus fréquemment le Wh Wattheure, soit l’énergie utilisée pendant une heure par un appareil consom- mant 1W.

E XEMPLE : Cas d’une lampe de 20 W allumée pendant 5h.

(23)

Prix du kWh

(24)

Un peu de tri

Distinguons plusieurs catégories :

(25)

Un peu de tri

Distinguons plusieurs catégories :

• le transport

(26)

Un peu de tri

Distinguons plusieurs catégories :

• le transport

• le réseau électrique

(27)

Un peu de tri

Distinguons plusieurs catégories :

• le transport

• le réseau électrique

• le réseau de chauffage et des industries

(28)

Un peu de tri

Distinguons plusieurs catégories :

• le transport

• le réseau électrique

• le réseau de chauffage et des industries

• l’industrie

(29)

Un peu de tri

Distinguons plusieurs catégories :

• le transport

• le réseau électrique

• le réseau de chauffage et des industries

• l’industrie

• le résidenciel et autres.

(30)

Un peu de tri

Distinguons plusieurs catégories :

• le transport

• le réseau électrique

• le réseau de chauffage et des industries

• l’industrie

• le résidenciel et autres.

• . . .

(31)

Un peu de tri

Distinguons plusieurs catégories :

• le transport

• le réseau électrique

• le réseau de chauffage et des industries

• l’industrie

• le résidenciel et autres.

• . . .

Difficile de séparer les domaines d’application du type d’énergie.

(32)

Un peu de tri

(33)

Quelques angles d’attaques pour la

présentation

(34)

Quelques angles d’attaques pour la présentation

• le Mix énergétique français

(35)

Quelques angles d’attaques pour la présentation

• le Mix énergétique français

• le stockage de l’énergie

(36)

Quelques angles d’attaques pour la présentation

• le Mix énergétique français

• le stockage de l’énergie

• les énergies dans les voitures

(37)

Quelques angles d’attaques pour la présentation

• le Mix énergétique français

• le stockage de l’énergie

• les énergies dans les voitures

• . . .

(38)

Sommaire

1 Introduction

2 La production d’électricité en France

3 Modes de production d’énergie

4 Le stockage

5 Quelles voitures pour demain ?

(39)

Production d’électricité par flilière (en TWh)

(40)

Production d’électricité en Aout 2014 (en GWh)

(41)

Consommation d’électricité pour la journée

http://www.rte-france.com/fr/eco2mix/eco2mix-consommation

(42)

Répartition de la production d’électricité pour la journée

(43)

Sommaire

1 Introduction

2 La production d’électricité en France

3 Modes de production d’énergie

Les différentes filières de production Charbon

Centrales thermiques à flammes Nucléaire

Production à partir d’énergies renouvelables Eolien

Solaire

(44)

Les différentes filières de production

Plusieurs méthodes pour faire de l’électricité

(45)

Les différentes filières de production

Plusieurs méthodes pour faire de l’électricité

• nucléaire,

(46)

Les différentes filières de production

Plusieurs méthodes pour faire de l’électricité

• nucléaire,

• gaz,

(47)

Les différentes filières de production

Plusieurs méthodes pour faire de l’électricité

• nucléaire,

• gaz,

• charbon,

(48)

Les différentes filières de production

Plusieurs méthodes pour faire de l’électricité

• nucléaire,

• gaz,

• charbon,

• fioul,

(49)

Les différentes filières de production

Plusieurs méthodes pour faire de l’électricité

• nucléaire,

• gaz,

• charbon,

• fioul,

• hydraulique,

(50)

Les différentes filières de production

Plusieurs méthodes pour faire de l’électricité

• nucléaire,

• gaz,

• charbon,

• fioul,

• hydraulique,

• éolien,

(51)

Les différentes filières de production

Plusieurs méthodes pour faire de l’électricité

• nucléaire,

• gaz,

• charbon,

• fioul,

• hydraulique,

• éolien,

• solaire

(52)

Les différentes filières de production

Plusieurs méthodes pour faire de l’électricité

• nucléaire,

• gaz,

• charbon,

• fioul,

• hydraulique,

• éolien,

• solaire

• Energie renouvelable thermique

(53)

Puissance par unité type

(54)

Puissance par unité type

• un aérogénérateur de quelques kW à 7,5 MW. La plupart des grandes éoliennes installées aujourd’hui en France ont une puissance de 1 à 3 MW. En général, elles sont rassemblées en fermes éoliennes de 6 à 210 MW.

(55)

Puissance par unité type

• un aérogénérateur de quelques kW à 7,5 MW. La plupart des grandes éoliennes installées aujourd’hui en France ont une puissance de 1 à 3 MW. En général, elles sont rassemblées en fermes éoliennes de 6 à 210 MW.

• une centrale thermique à flamme : 120 à 790 MW (en France : centrale DK6 de GDF

Suez à Dunkerque) en 2010.

(56)

Puissance par unité type

• un aérogénérateur de quelques kW à 7,5 MW. La plupart des grandes éoliennes installées aujourd’hui en France ont une puissance de 1 à 3 MW. En général, elles sont rassemblées en fermes éoliennes de 6 à 210 MW.

• une centrale thermique à flamme : 120 à 790 MW (en France : centrale DK6 de GDF Suez à Dunkerque) en 2010.

• une centrale solaire photovoltaïque : de quelques centaines de watts à 250 MW (record fin 2012 : 247 MW : centrale solaire de Agua Caliente au États-Unis)10.

(57)

Puissance par unité type

• un aérogénérateur de quelques kW à 7,5 MW. La plupart des grandes éoliennes installées aujourd’hui en France ont une puissance de 1 à 3 MW. En général, elles sont rassemblées en fermes éoliennes de 6 à 210 MW.

• une centrale thermique à flamme : 120 à 790 MW (en France : centrale DK6 de GDF Suez à Dunkerque) en 2010.

• une centrale solaire photovoltaïque : de quelques centaines de watts à 250 MW (record fin 2012 : 247 MW : centrale solaire de Agua Caliente au États-Unis)10.

• une centrale solaire thermodynamique : de 2 à 350 MW (record : 354 MW avec la

centrale SEGS de Luz Solar Energy dans le désert de Mojave en Californie, États-Unis).

(58)

Puissance par unité type

• un aérogénérateur de quelques kW à 7,5 MW. La plupart des grandes éoliennes installées aujourd’hui en France ont une puissance de 1 à 3 MW. En général, elles sont rassemblées en fermes éoliennes de 6 à 210 MW.

• une centrale thermique à flamme : 120 à 790 MW (en France : centrale DK6 de GDF Suez à Dunkerque) en 2010.

• une centrale solaire photovoltaïque : de quelques centaines de watts à 250 MW (record fin 2012 : 247 MW : centrale solaire de Agua Caliente au États-Unis)10.

• une centrale solaire thermodynamique : de 2 à 350 MW (record : 354 MW avec la centrale SEGS de Luz Solar Energy dans le désert de Mojave en Californie, États-Unis).

• une centrale hydro-électrique : de quelques kW à plus de 10 000 MW (record : 32 turbines de 700 MW soit 22 400 MW au Barrage des Trois-Gorges en Chine) en 2006.

(59)

Puissance par unité type

• un aérogénérateur de quelques kW à 7,5 MW. La plupart des grandes éoliennes installées aujourd’hui en France ont une puissance de 1 à 3 MW. En général, elles sont rassemblées en fermes éoliennes de 6 à 210 MW.

• une centrale thermique à flamme : 120 à 790 MW (en France : centrale DK6 de GDF Suez à Dunkerque) en 2010.

• une centrale solaire photovoltaïque : de quelques centaines de watts à 250 MW (record fin 2012 : 247 MW : centrale solaire de Agua Caliente au États-Unis)10.

• une centrale solaire thermodynamique : de 2 à 350 MW (record : 354 MW avec la centrale SEGS de Luz Solar Energy dans le désert de Mojave en Californie, États-Unis).

• une centrale hydro-électrique : de quelques kW à plus de 10 000 MW (record : 32 turbines de 700 MW soit 22 400 MW au Barrage des Trois-Gorges en Chine) en 2006.

• un réacteur nucléaire : de l’ordre de 900 à 1 500 MW (Centrales nucléaires de Chooz

dans les Ardennes et de Civaux au sud de Poitiers) et 1 650 MW pour l’EPR en

construction à Flamanville.

(60)

Puissance par unité type

• un aérogénérateur de quelques kW à 7,5 MW. La plupart des grandes éoliennes installées aujourd’hui en France ont une puissance de 1 à 3 MW. En général, elles sont rassemblées en fermes éoliennes de 6 à 210 MW.

• une centrale thermique à flamme : 120 à 790 MW (en France : centrale DK6 de GDF Suez à Dunkerque) en 2010.

• une centrale solaire photovoltaïque : de quelques centaines de watts à 250 MW (record fin 2012 : 247 MW : centrale solaire de Agua Caliente au États-Unis)10.

• une centrale solaire thermodynamique : de 2 à 350 MW (record : 354 MW avec la centrale SEGS de Luz Solar Energy dans le désert de Mojave en Californie, États-Unis).

• une centrale hydro-électrique : de quelques kW à plus de 10 000 MW (record : 32 turbines de 700 MW soit 22 400 MW au Barrage des Trois-Gorges en Chine) en 2006.

• un réacteur nucléaire : de l’ordre de 900 à 1 500 MW (Centrales nucléaires de Chooz dans les Ardennes et de Civaux au sud de Poitiers) et 1 650 MW pour l’EPR en construction à Flamanville.

source Wikipedia

(61)

Charbon

(62)

Centrales thermiques à flammes

(63)

Nucléaire

(64)

Nucléaire

(65)

Nucléaire

(66)

Zones propices au développement des EnR

(67)

Objectifs nationaux éoliens et

photovoltaïques

(68)

(69)

Eolien

(70)

Solaire

Photovoltaïque au Silicium

(71)

Solaire

Photovoltaïque organique

(72)

Géothermie

(73)

Géothermie

Dans le cadre d’un projet européen, EDF participe à la construc- tion de la première unité pilote de ce type à Soultz-sous-Forêt en Alsace où il s’agit de faire circuler de l’eau dans un échan- geur souterrain à 5000 mètres de profondeur dans le massif granitique du fossé rhénan afin de récupérer 50 MW thermiques à près 200 ^◦ C pour générer de 5 à 6 MW électriques.

La production directe de vapeur d’eau dans ces conditions de

pression et de température n’étant plus possible, on utilise alors

comme fluide travail un fluide organique dans une installation en

cycle fermé (cycle binaire).

(74)

Géothermie

(75)

Solaire

Géothermie

La centrale de Bouillante en Guadeloupe exploite cette forme de

ressource. En 2004, sa puissance installée a été portée à près

de 16 MW avec la mise en service de 3 nouveaux puits. Elle

contribue ainsi à fournir près de 10% des besoins énergétiques

de l’île.

(76)

Energie renouvelable thermique

• bois et déchets de bois, des déchets agricoles ou urbains, utilisés pour le chauffage, soit directement par combustion, soit après gazéification (méthanisation),

• géothermie basse température (< 100 ^◦ C),

• solaire thermique (eau chaude sanitaire, planchers solaires, etc.),

• carburants de substitution (alcools, esters d’huiles végétales) issus de l’agriculture.

(77)

Cogénération

(78)

Cogénération

(79)

Barrages hydrauliques

(80)

Pompage (STEP)

Stations de Transfert d’Energie par Pompage

(81)

Sommaire

1 Introduction

2 La production d’électricité en France

3 Modes de production d’énergie

4 Le stockage Tour d’horizon

Stockage d’électricité stationnaire : quid ? Verrous techniques

Approches du stockage dans le monde

Marché du stockage

(82)

Tour d’horizon

Conférence EDF : ESPCI, Paris, le 18 novembre 2010

Stockage stationnaire d’électricité : enjeux et perspectives Technologies, applications, valorisation,

régulation

Andrei NEKRASSOV EDF R&D

Département Economie, Fonctionnement et Etudes des Systèmes Energétiques

(83)

Qu’est ce que le stockage d’électricité

stationnaire ?

(84)

Qu’est ce que le stockage d’électricité stationnaire ?

(85)

Qu’est ce que le stockage d’électricité

stationnaire ?

(86)

(87)

(88)

(89)

(90)

(91)

(92)

(93)

(94)

(95)

(96)

(97)

(98)

(99)

(100)

(101)

(102)

(103)

(104)

(105)

(106)

(107)

(108)

(109)

(110)

(111)

(112)

(113)

(114)

(115)

(116)

(117)

(118)

(119)

(120)

(121)

Projet ARES :Advanced Railroad Energy

Storage

(122)

Projet ARES :Advanced Railroad Energy Storage

(123)

L’énergie : Production, stockage dilemmes et contraintes

Production, stockage dilemmes et contraintes

Germain Gondor

jeudi 6 novembre 2014

Lycée Diderot - Langres

1 Introduction

2 La production d’électricité en France

3 Modes de production d’énergie

4 Le stockage

5 Quelles voitures pour demain ?

Sommaire

1 Introduction

Quelques sources d’information Définitions

Unités

De l’énergie : pour quoi faire et sous quelle forme

2 La production d’électricité en France

3 Modes de production d’énergie

4 Le stockage

Quelques sources d’information

• Rte : Réseau de transport d’électricité

Quelques sources d’information

• Rte : Réseau de transport d’électricité

• EdF : Electricité de France

Quelques sources d’information

• Rte : Réseau de transport d’électricité

• EdF : Electricité de France

• Planetescope : Statistiques mondiales en temps réel

Quelques sources d’information

• Rte : Réseau de transport d’électricité

• EdF : Electricité de France

• Planetescope : Statistiques mondiales en temps réel

• MEDDE : Ministère de l’écologie, du développement

durable et de l’énergie

Energie

D ÉFINITION : Energie (selon le Larousse)

Grandeur caractérisant un système physique, gardant la même valeur au cours de toutes les transformations internes du sys- tème (loi de conservation) et exprimant sa capacité à modifier l’état d’autres systèmes avec lesquels il entre en interaction.

(Unité SI le joule.) L’unité est le Joule (J)

Puissance

D ÉFINITION : Puissance (selon le Larousse)

Quotient de l’énergie échangée par un corps avec d’autres

corps, par le temps que dure cet échange.

Puissance

D ÉFINITION : Puissance (selon le Larousse)

Quotient de l’énergie échangée par un corps avec d’autres corps, par le temps que dure cet échange.

En gros, c’est la capacité à fournir de l’énergie en temps limité.

Puissance

D ÉFINITION : Puissance (selon le Larousse)

Quotient de l’énergie échangée par un corps avec d’autres corps, par le temps que dure cet échange.

En gros, c’est la capacité à fournir de l’énergie en temps limité.

L’unité est le Watt (W).

Puissance

D ÉFINITION : Puissance (selon le Larousse)

Quotient de l’énergie échangée par un corps avec d’autres corps, par le temps que dure cet échange.

En gros, c’est la capacité à fournir de l’énergie en temps limité.

L’unité est le Watt (W).

P = dE

dt

Unités

• Kilo (k) = 10 3

• Mega (M) = 10 6

• Giga (G) = 10 9

• Tera (T) = 10 12

Unités

• Kilo (k) = 10 3

• Mega (M) = 10 6

• Giga (G) = 10 9

• Tera (T) = 10 12

Unités

• Kilo (k) = 10 3

• Mega (M) = 10 6

• Giga (G) = 10 9

• Tera (T) = 10 12

10 3

Unités

• Kilo (k) = 10 3

• Mega (M) = 10 6

• Giga (G) = 10 9

• Tera (T) = 10 12

10 3 (k)

10 6

• Kilo (k) = 10 ³

• Mega (M) = 10 ⁶

• Giga (G) = 10 ⁹

• Tera (T) = 10 ¹²

• Kilo (k) = 10 ³

• Mega (M) = 10 ⁶

• Giga (G) = 10 ⁹

• Tera (T) = 10 ¹²

• Kilo (k) = 10 ³

• Mega (M) = 10 ⁶

• Giga (G) = 10 ⁹

• Tera (T) = 10 ¹²

10 ³

• Kilo (k) = 10 ³

• Mega (M) = 10 ⁶

• Giga (G) = 10 ⁹

• Tera (T) = 10 ¹²

10 ³ (k)

10 ⁶

• Kilo (k) = 10 ³

• Mega (M) = 10 ⁶

• Giga (G) = 10 ⁹

• Tera (T) = 10 ¹²

10 ³ 10 ⁶ 10 ⁹

• Kilo (k) = 10 ³

• Mega (M) = 10 ⁶

• Giga (G) = 10 ⁹

• Tera (T) = 10 ¹²

10 ³ (k)

10 ⁶ (M)

10 ⁹ (G)

10 ¹² (T)