La production d'énergie avec un système d'hélice est couramment utilisée pour les système de production électrique ou de force motrice.
Les caractéristiques du fluide capté, air ou eau, modifient certaines contraintes, mais le principe de conversion de l'énergie reste le même. Donc avant d'étudier plus en détails les eoliennes , hydroliennes , ou turbines hydroélectriques, nous allons faire le point sur cette méthode de conversion de l'énergie.
L'énergie disponible
Avant de se lancer dans la construction d'un système, il faut évaluer le besoin en énergie et le comparer à l'énergie disponible sur le site prévu pour l'implantation. L'énergie tirée du fluide est de l'énergie cinetique. L'énergie cinétique, c'est l'énergie de la vitesse d'un objet:
Ec (énergie cinétique en joule) = 0,5 x M (masse de l'objet en Kg) x V² (vitesse en m/sec)
[1]
Mais quelle est la masse de l'objet considéré (ici l'objet considéré c'est le fluide : le vent ou l'eau) ?
Le débit ou la masse de l'objet traversant l'hélice en une seconde est:
M (masse en Kg/sec) = ρ(masse volumique en Kg/m³) x S (surface balayée par l'hélice en m²) x V (vitesse en m/sec)
Par Mathieu Vanwelde - Chargé de projets - Pôle Etudes & Animations - www.economiesociale.be
Les énergies renouvelables jouissent d’une particularité intéressante : leur production est, pour certaines, décentralisée. Alors que la production d’électricité par des centrales à charbon, à gaz ou des centrales nucléaires nécessitent de grandes unités de production centralisées – et donc des investissements colossaux –, l’énergie solaire ou éolienne peut être captée et transformée en électricité par de simples particuliers. La construction de grands mâts éoliens est bien entendu difficilement concevable à un niveau individuel. Elle peut, par contre, l’être pour un petit groupe de citoyens qui décident d’investir ensemble.
Au tournant des années 2000, de tels projets collectifs ont commencé à voir le jour. Ilsont naturellement pris la forme de coopératives, alliant souci de l’utilisation de sources d’énergies renouvelables et idéal démocratique. La Belgique en a vu fleurir un bon nombre. La coopérative flamande Ecopower produit, par exemple, de l’énergie éolienne depuis 2001 et constitue une success story dans le domaine de l’éolien coopératif à l’échelon européen. Du côté wallon, le réseau REScoop Wallonie fédère,à ce jour, treize coopératives citoyennes dont dix produisent de l’électricité verte, essentiellement éolienne.
Le développement de l'énergie éolienne a beaucoup progressé en Wallonie depuis 20 ans. On y recense aujourd'hui 366 éoliennes qui totalisent 835 MH et produisent annuellement l'énergie nécessaire à 486.000 ménages ! (chiffres au 31/12/2017)
La première éolienne fut construite en 1998 à Saint-Vith. Depuis, l'évolution a été constante tant en recherche de hauteur que de puissance, jusqu'au projet du parc éolien d'Estinnes quimarque un tournant significatif avec des éoliennes plus hautes (126 m de diamètre du rotor), plus grandes, plus puissantes, pouvant produire jusqu'à 180 millions de kWh par an pour alimenter en électricité 50.000 ménages.
De nos jours, de manière régulière, des projets participatifs (une tendance qui se développe), comme le parc éolien "Les Vents d'Arpes" à Nivelles, voient le jour.
Dans le langage courant, le mot énergie désigne tout aussi bien la force que la puissance, la vigueur que I'élan, le dynamisme que la volonté. Comme il fleure bon le grec ancien (Energeia), on imagine volontiers qu'il a toujours fait partie du vocabulaire scientifique.
La Belgique a débuté 2018 avec quelques heures de prix de l’électricité négatifs, grâce aux surplus de production éolienne. Ce phénomène offre l’opportunité de développer le stockage et la gestion active de la demande.
L'année nouvelle a débuté par quelques heures de prix de l'électricité négatifs en Belgique, atteignant -31 euro par MWh le lundi 1er janvier. Mardi, le prix flirtait avec le 0 euro sur le marché court terme (« spot »), comme le montre le graphique ci-dessous :
"L'Allemagne et la France ont expérimenté le même phénomène. En Allemagne, les prix ont atteint -76 euros/MWh, et le nombre d'heures durant lesquelles ces prix étaient négatifs était également plus important qu'en Belgique", confirme-t-on à l'institut de recherche EnergyVille, cité par l’agence Belga.
Cette situation est rare mais récurrente depuis quelques années et s’explique par plusieurs facteurs. Dans ce cas précis, la Belgique a connu une production éolienne élevée combinée à une faible demande d’électricité en raison des vacances et d’un hiver peu rigoureux.
La loi de l’offre et de la demande
Mécaniquement, plus l’offre est forte par rapport à la demande, plus le prix de l’électricité baisse. Et en cas de surproduction, il faut évacuer cette électricité, quitte à la vendre à un prix négatif sur le marché de gros (pour éviter une « surchauffe » du réseau).
Cela signifie que les acheteurs recevront temporairement de l’argent pour consommer de l’électricité. Tandis que les producteurs devront choisir entre deux options : soit arrêter temporairement leur production puis la redémarrer (opération impossible pour les centrales nucléaires, inflexibles), soit continuer à produire et vendre à un prix négatif (c-à-d payer pour produire) et donc perdre un peu en rentabilité. Pour une explication complète, vous pouvez vous référer à cette page de EPEX SPOT – la bourse des marchés spot de l’électricité européens.
Faut-il s’en inquiéter ?
Les producteurs classiques s’inquiètent de ces prix négatifs car ils occasionnent pour eux une perte de rentabilité. Ils ont dès lors tendance à juger comme problématique la croissance et la variabilité des productions renouvelables sur le réseau électrique.
Du côté des producteurs photovoltaïques et éoliens, la situation est toute autre : ceux-ci peuvent assumer un prix négatif jusqu’à -65€/MWh (compensé par l’octroi d’un certificat vert) et, en cas de prix inférieurs, ils peuvent facilement arrêter la production et la redémarrer lorsque le prix devient plus intéressant sur le marché. En effet, ces productions renouvelables ont un coût marginal quasi nul - puisqu’il n’y a pas d’achat de combustibles – et sont donc plus faciles à piloter économiquement.
Mais dans les deux cas, la volatilité des prix de l’électricité (parfois élevés ou négatifs) n’est pas en soi souhaitable car elle crée une incertitude de marché.
Deux solutions
Pour éviter ce phénomène, il existe deux solutions dont la première est déjà mise en œuvre dans le cadre de notre transition énergétique :
Assurer une gestion maîtrisée de la demande d’électricité, avec des puissances effaçables en cas de faible production. Il s’agit par exemple de développer les contrats interruptibles avec les industriels, rémunérés pour interrompre momentanément une partie de leur consommation d’électricité. Lire à ce sujet notre interview de Donald Gilbert, Sourcing manager de REstore: "La flexibilité est un savoir-faire qui est appelé à se développer".
Développer des capacités de stockage, notamment par pompage turbinage (lire notre article Les STEP font de la résistance), batteries électrochimiques ou hydrogène (lire notre article L’électrolyse de l’eau pour valoriser l’électricité renouvelable excédentaire) pour absorber les surplus de production renouvelables (énergie produite à bas prix) et les réinjecter sur le réseau quand les prix de l’électricité remontent afin de compenser le déficit de coût précédent.
Selon l’APERe, la transition vers un système européen 100% renouvelables offre une réelle opportunité de développer un stockage à grande échelle qui permettra à la fois de stocker une énergie propre et bon marché et d’assurer une sécurité d’approvisionnement.
L’expérience européenne et internationale montre que la création d’une surcapacité de production photovoltaïque et éolienne permet d’accélérer le développement des capacités de stockage, nécessaire à la croissance attendue des énergies renouvelables.
Le dernier rapport de IRENA montre ainsi que le coût de stockage par batteries sera divisé par trois d’ici 2030 (lire notre article Stockage : le coût des batteries en chute libre d’ici 2030).
Avec la mise en place de ces solutions, il est probable que les prix de l’électricité se stabiliseront sur le marché court terme et continueront de diminuer sur le marché long terme.
