Le potentiel du Solaire Thermodynamique à Concentration dans les îles de la Méditerranée - Etude du cas de Chypre

MASTER II STDDAD : Systèmes territoriaux, développement durable et aide à la décision.

Le potentiel du Solaire Thermodynamique à

Concentration dans les îles de la Méditerranée

Etude du cas de Chypre

Mémoire présenté par Andy BEAUX

Sous la direction de M. Miguel LOPEZ-FERBER

Dans le cadre du stage de fin d’études d’Ingénieur de l’Ecole des Mines d’Alès, réalisé à :

SOLAR EUROMED, 3 Avenue de la Découverte, 21000 DIJON

Septembre 2011

Mémoire de recherche effectué dans le cadre du stage de fin d’études d’Ingénieur Généraliste de l’Ecole des Mines d’Alès, spécialisé Management des Risques et de l’Environnement, réalisé au sein de la société SOLAR EUROMED.

Intitulé du stage : Gestion de projets Solaires Thermodynamiques innovants.

Encadrants :

Tuteur de stage : Simon Benmarraze, responsable développement chez SOLAR EUROMED

Cotutrice de stage : Anne Jaulain, responsable environnement et sécurité chez SOLAR EUROMED

Directeur de mémoire : Miguel Lopez-Ferber, Professeur et directeur du LGEI (Laboratoire Génie de l’Environnement Industriel), Ecole des Mines d’Alès

SOMMAIRE

INTRODUCTION ...................................................................................................................................... 1

I. DE LA SITUATION ENERGETIQUE DES ILES DE LA MEDITERRANEE A LA NECESSITE DES ENERGIES

RENOUVELABLES .................................................................................................................................... 5

I.1 LA SITUATION ENERGETIQUE EN REGION INSULAIRE MEDITERRANEENNE ........................................................ 5 I.2 ENJEUX DES ENERGIES RENOUVELABLES EN REGION INSULAIRE MEDITERRANEENNE .......................................... 7

I.3 AVANTAGES INHERENTS AUX ILES DE LA MEDITERRANEE QUANT A L’INTEGRATION DES ENERGIES RENOUVELABLES 9

II. DES PROBLEMATIQUES QUANT A L’INSERTION DES ENERGIES RENOUVELABLES EN REGION

INSULAIRE MEDITERRANEENNE ............................................................................................................11

II.1 ACCEPTATION DES ENERGIES RENOUVELABLES PAR LES RESEAUX ELECTRIQUES INSULAIRES ..............................11 II.2 LE CARACTERE INSULAIRE COMPLIQUANT L’INTEGRATION DES ENERGIES RENOUVELABLES SUR LE TERRITOIRE ......15 II.3 DES FACTEURS COMPLIQUANT L’ACCEPTATION SOCIALE ET SOCIETALE DES ENERGIES RENOUVELABLES ...............16

III. LES AVANTAGES DU SOLAIRE THERMODYNAMIQUE A CONCENTRATION POUR LES ILES DE LA

MEDITERRANEE .....................................................................................................................................18

III.1 UNE TECHNOLOGIE EN DEVELOPPEMENT ..............................................................................................18 III.2 UNE RESSOURCE SOLAIRE INTERESSANTE .............................................................................................22

III.3 UN STOCKAGE ENERGETIQUE A BAS COUT ............................................................................................24 III.4 UN IMPACT ENVIRONNEMENTAL ET TERRITORIAL MINIMISE .....................................................................27 III.5 DE NOMBREUSES APPLICATIONS POSSIBLES ..........................................................................................27

IV. EXEMPLE DU POTENTIEL SOLAIRE THERMODYNAMIQUE SUR UNE ILE DE LA MEDITERRANEE :

ETUDE DE CHYPRE .................................................................................................................................30

IV.1 L’ILE DE CHYPRE..............................................................................................................................30 IV.2 CONTEXTE ENERGETIQUE ..................................................................................................................32

IV.3 IMPLANTATION DU STC A CHYPRE : ETUDE PROSPECTIVE DE FAISABILITE ...................................................36 IV.4 CONCLUSIONS SUR LE POTENTIEL STC CHYPRIOTE ..................................................................................40

V. CONCLUSION ET PERSPECTIVES .....................................................................................................41

TABLE DES MATIERES ............................................................................................................................43

VI. BIBLIOGRAPHIE ............................................................................................................................45

ANNEXES ...............................................................................................................................................48

RESUMES (FRANÇAIS ET ANGLAIS) ET MOTS CLES ....................................................................................

Remerciements

REMERCIEMENTS

Je tiens à remercier l’entreprise SOLAR EUROMED, pour m’avoir proposé un stage extrêmement formateur, m’ayant en outre permis de me poser des questions particulièrement intéressantes. Merci à Anne Jaulain et Simon Benmarraze, mes deux tuteurs, David Itskhohkine pour ses réponses éclairées, ainsi que tous les autres stagiaires avec qui j’ai évolué et bien sur Marc Benmarraze, fondateur de l’entreprise et tous les autres que je ne cite pas mais qui ont chacun participé à leur manière à ce travail.

Merci également à M. Lopez-Ferber, mon directeur de mémoire, qui grâce à son expérience et sa bonne volonté a su éclairer la rédaction de ce mémoire.

Merci au Centre de Recherche Scientifique d’Auroville, et tout particulièrement à Rémy Mercier pour m’avoir fait découvrir le solaire thermodynamique à concentration.

Merci à tous les chercheurs qui font en sorte que des solutions existent et à tous les autres qui leur permettent de devenir réalité.

Et enfin merci à tous ceux dont j’ai utilisé les travaux afin d’écrire ce document.

Introduction

Le potentiel STC des îles de la Méditerranée, exemple du cas de Chypre. ____________________ p 1/47

INTRODUCTION

Toute la deuxième moitié du vingtième siècle a été dominée par des notions telles que la

croissance économique, le développement, l’industrie ou le pouvoir d’achat. Ces notions sont toujours omniprésentes de nos jours et restent les axes moteurs principaux de nos politiques, mais elles en côtoient d’autres comme l’environnement, la pollution ou la biodiversité. Bien que les objectifs des Nations soient toujours les mêmes, que les règles qui régissent notre économie n’aient pas ou peu changé, nous nous rendons compte peu à peu aujourd’hui de la finitude de notre planète, de l’impact de nos actions sur notre environnement et donc sur nous même et nos enfants. On se rend également compte que malgré l’enrichissement de l’homme et l’augmentation du niveau de vie global, les écarts se creusent entre les plus riches et les plus pauvres. C’est pourquoi aujourd’hui, on parle de plus en plus de développement durable. C’est à dire un développement qui prenne en compte le futur, et qui réconcilie les facteurs économiques aux facteurs sociaux et environnementaux. Concernant ce dernier point, la dimension économique, bien que largement abstraite, est facilement quantifiable, à l’image du PIB (produit intérieur brut). Au contraire, les aspects sociaux et environnementaux sont concrets, mais ils sont paradoxalement difficiles à mesurer, ce qui explique peut-être qu’on ait été réticents à les considérer jusque là.

Certains impacts environnementaux, tels que la pollution de l’air, des sols et des nappes phréatiques, la multiplication des extinctions d’espèces et la mise en danger de la biodiversité, sont directement visibles et leur cause d’origine humaine ne laisse aucun doute. D’autres sont plus controversés. En effet, même si la plupart des scientifiques s’accordent sur le fait que « L’essentiel de l’élévation de la température moyenne du globe observée depuis le milieu du XXe siècle est très probablement attribuable à la hausse des concentrations de GES (Gaz à effet de serre) anthropiques » [1], l’effet de cycles climatiques à période longue ne peut être exclu. Quoi qu’il en soit, c’est un fait, l’activité de l’homme a un impact sur l’environnement. Les sommets de la Terre chaque décennie, et particulièrement celui de Rio de Janeiro en 1992, sont une des premières preuves de cette prise de conscience collective au niveau environnemental.

Cinq ans plus tard, le protocole de Kyoto (1997) vise à la réduction des émissions polluantes de tous les Etats, dont la principale source, en tout cas en termes d’émission de gaz à effet de serre, est liée au secteur de l’énergie. En effet, l’énergie que nous consommons tous est générée en écrasante majorité par la combustion de ressources fossiles, polluantes et disponibles en quantité limitée. Selon les spécialistes du sommet de Kyoto, la demande mondiale en énergie doublera d’ici 2050 tandis qu’il faudrait baisser de moitié nos émissions de CO2 (par rapport à l’année de référence : 1990) d’ici à cette période. Cela nous force donc à nous tourner vers des énergies plus propres qu’à l’heure actuelle et donc des énergies dites renouvelables. On peut citer en particulier la directive Européenne 2009/28/EC sur les sources d’énergies renouvelables qui indique une cible de 20% d’énergies renouvelables dans la consommation énergétique totale de l’Union Européenne, d’ici à 2020.

Les énergies renouvelables doivent ainsi être capable de satisfaire les demandes en énergies, quelque soit leur forme, mécanique, électrique, chimique ou thermique. Heureusement, l’énergie existe sous différentes formes dans la nature. On peut capter la force du vent ou les rayons du soleil, directs ou diffus. On peut utiliser la biomasse générée par la photosynthèse, la chaleur de la terre (géothermie) ou même l’énergie des océans sous diverses formes, par les vagues ou les marées, la chaleur qu’ils emmagasinent ou même les différences de salinités entre les eaux.

Introduction


Toutefois, si certaines énergies comme l’hydroélectricité et la biomasse sont des technologies matures et déjà largement employées, d’autres, disposent d’un potentiel énorme et ne sont que peu utilisées actuellement. En particulier l’énergie solaire, dont la ressource terrestre annuelle est des milliers de fois supérieure à la consommation énergétique humaine [2], n’est mise en place à grande échelle que depuis quelques années. L’énergie éolienne, intéressante également car facile à récupérer et fortement concentrée par endroit est également peu mise à profit. Une raison majeure qui empêche l’utilisation plus massive de ces énergies dans le mix énergétique global est leur grande variabilité, dépendant de facteurs météorologiques difficilement prévisibles, induisant une production intermittente et difficilement acceptable par les réseaux électriques d’aujourd’hui.

Un type de technologie solaire : le photovoltaïque, est largement plus répandu que les autres et constitue la solution la plus souvent adoptée pour la génération d’électricité solaire. Toutefois, elle pose certains problèmes comme les difficultés de recyclage et la production électrique de nature intermittente. C’est en partie pourquoi on parle de plus en plus de l’avenir du solaire thermodynamique à concentration (STC1) qui dispose entre autre de l’avantage de disposer d’une capacité de stockage énergétique à bas coût, qui permet de mieux adapter la production électrique au besoin.

Ce mémoire sera axé sur cette technologie en particulier car lors de sa rédaction j’étais en stage à l’entreprise SOLAR EUROMED, pionnière française du solaire thermodynamique à concentration. Cette expérience m’a permis d’en apprendre beaucoup sur cette technologie, ainsi que sur les enjeux, les contraintes et les verrous technologiques qui lui sont liés.

Mais les problématiques associées à la production énergétique – renouvelable ou pas - diffèrent énormément en fonction de l’échelle que l’on considère ; et, par conséquent, les sources d’énergie doivent s’y adapter. En effet, la production d’énergie n’est pas la même lorsqu’il s’agit de faire fonctionner les moteurs de voitures personnelles des individus de toute une nation, ou bien d’énormes moteurs industriels. Ce n’est pas non plus la même chose de chauffer des maisons individuelles ou de produire de la chaleur industrielle. De même, l’échelle se fait aussi sentir au niveau territorial : la production d’électricité sur un îlot du pacifique ne pose évidemment pas les même problématiques que sur un continent.

Dans le cadre de ce mémoire, il a été choisi de se concentrer sur le problème des îles. Les îles diffèrent des continents car elles peuvent être considérées comme des systèmes fermés. Les éventuels apports externes peuvent être facilement quantifiés, et entrainent souvent des coûts économiques si importants qu’un programme de réduction de cette dépendance est facilement acceptable. Les îles sont en outre un exemple de territoire disposant d’une surface limitée, elles sont ainsi plus faciles à étudier qu’un continent. La terre dispose également d’une superficie limitée et de ressources limitées avec toutes les problématiques que cela implique, mais à une autre échelle. La surface étant limitée, on doit la partager entre les hommes et les autres espèces, entre les hommes eux-mêmes et entre les activités (agricoles, industrielles, touristiques…). Les ressources étant limitées, on doit aussi les partager et choisir leur utilisation. C’est pourquoi étudier des solutions de développement durable pour les îles est un premier pas pour concevoir des solutions d’ordre globales.

La surface limitée des régions insulaires induit généralement un manque de matières premières qui les rend dépendante de ressources extérieures. On y importe ces matières premières mais aussi toutes sortes de produits d’alimentation ou de consommation. On y importe en fait tout ce qui n’y est pas produit, ou même, comme le veut cette époque de mondialisation, tout ce qui coute moins cher ailleurs. On y importe donc aussi de l’énergie.

1 Pour la suite du mémoire, on prendra STC pour Solaire Thermodynamique à Concentration.

Introduction


Pour certaines îles, les moins isolées, il existe une liaison avec le continent leur permettant de recevoir directement l’électricité, ceci réglant une grande partie des problèmes énergétiques, à condition que le réseau électrique intérieur soit suffisamment développé. D’autres îles disposent d’une ressource fossile en quantité suffisante et l’exploitent de manière à subvenir à leurs besoins et si nécessaire en exporter une partie. Cependant les autres îles, largement majoritaires, sont obligées d’importer la quasi-totalité de leur énergie. Elles importent donc des quantités impressionnantes de ressources fossiles, par transport maritime, afin de subvenir à leurs besoins.

De cette manière, les régions insulaires présentent une fragilité du point de vue énergétique, induite par cette dépendance en ressources fossiles d’importation. Les stratégies de développement économique des iles ont également une influence très importante dans cette perspective. Par exemple, deux pays situées sur la même ile, Haïti et la République Dominicaine, ne se trouvent pas dans le même niveau de dépendance énergétique. Au cours du temps, une surexploitation de la foret haïtienne (principalement pour développement agricole : production de café, cacao, sucre), a conduit à sa quasi disparition, avec comme conséquence une pénurie énergétique encore plus forte associée à d’importants dégâts environnementaux et sociaux.

Autre fragilité, la taille imitée des régions insulaires implique de petits réseaux électriques, qui posent divers problèmes, notamment de mauvaises fréquences et voltages, des courts circuits pouvant créer une chute de voltage dans tout le réseau, l’utilisation de relativement petits générateurs qui empêchent de réaliser des économies d’échelle, ou encore une consommation plus faible, un manque d’interconnexion et des contraintes de fourniture et stockage. Ceci étant, les îles subissent des coûts d’énergie plus élevés.

Ces fragilités et le coût plus élevé de l’énergie qu’elles impliquent sont autant de facteurs propices à la mise en place d’énergies renouvelables (ENR2) et de systèmes de stockage de l’énergie [8]. Le document final de la première conférence sur le développement durable des îles [7] énonce justement : «les sources d’énergie non-renouvelables doivent être considérées comme des solutions provisoires, non souhaitables comme solution à long terme au problème énergétique des îles. » Marin [6], ira même jusqu’à dire que les îles sont devenues de véritables laboratoires de l'avenir des énergies durables.

En effet, la situation énergétique des îles en fait des territoires particulièrement intéressants pour la mise en place de systèmes de génération d’énergies renouvelables. C’est dans ce cadre propice que l’on va étudier le potentiel du solaire thermodynamique à concentration (STC), c’est à dire sa capacité à fournir l’énergie, mais également les avantages et les contraintes que cette solution présente. On tâchera d’avoir une démarche de réponse aux objectifs du développement durable, en prenant en compte les facteurs économiques, inévitablement, mais aussi environnementaux et sociaux, afin de mesurer l’impact de la mise en place de cette source d’énergie.

2 Pour la suite du mémoire, on prendra ENR pour énergies renouvelables.

Introduction


La problématique de ce mémoire ainsi que les solutions envisageables seraient très variables et n’auraient probablement que peu de sens si on étudiait l’ensemble des régions insulaires de notre planète. Il fallait donc cibler un type d’île, ou bien une région donnée. Il a été choisi d’étudier les îles de la Méditerranée pour plusieurs raisons. D’une part, elles disposent d’une ressource solaire intéressante et sont relativement stables au niveau économique et d’autre part leur proximité avec l’Europe facilite la récupération d’informations et permet d’y envisager plus aisément des applications. De plus, SOLAR EUROMED cible prioritairement les pays de la zone MENA (Middle East and North Africa) pour le développement de centrales STC, ce qui m’avait permis d’étudier certaines îles méditerranéennes. Ayant observé plus en profondeur la République de Chypre, j’ai décidé de la prendre en exemple, afin d’en effectuer une étude plus concrète, en se basant sur un territoire donné, avec les contraintes qui lui sont propres.

Lors des études effectuées pour SOLAR EUROMED, il s’agissait de déterminer la faisabilité d’implantation de la technologie STC sur un territoire. Cependant ici la question qui se pose se doit d’être plus large et, bien que la faisabilité reste un facteur prioritaire, on se demandera si la technologie solaire thermodynamique à concentration peut contri buer à l’amélioration de la situation énergétique des régions insulaires méditerranéennes , tout en prenant en compte les objectifs du développement durable . Ainsi en plus de déterminer si l’implantation est envisageable, on se demandera quelles en sont les bénéfices pour ces régions.

Dans ce cadre, on mettra l’accent sur la capacité de stockage thermique du STC et on tâchera de mettre en avant les intérêts qu’elle porte. En particulier, on verra comment, grâce à sa capacité de stockage, le STC peut favoriser l’implantation d’énergies renouvelables intermittentes.

Cette étude restera cependant d’ordre qualitative. En effet, comme il en sera discuté au cours de ce mémoire, la faisabilité d’insertion d’une énergie renouvelable sur un territoire, quel qu’il soit, dépend de nombreux paramètres, notamment économiques, règlementaires et technologiques. Ces études, plus quantitatives, ne peuvent se faire qu’à propos d’un territoire donné, en prenant en compte toutes les contraintes qui lui sont intrinsèques, jusqu'à la plus petite échelle. En revanche, on déterminera quels sont les paramètres influents dans une telle étude.

La méthodologie employée sera dans un premier temps de définir clairement les problèmes liés au secteur de l’énergie dans les îles de la Méditerranée, afin d’en dégager les enjeux. C’est dans ce contexte que seront mis en lumière les avantages et les contraintes que pourrait apporter l’intégration d’énergies renouvelables mais aussi les problématiques qu’elles impliquent. On tachera ensuite d’étudier comment le STC répond à certaines de ces problématiques, tout en discutant les paramètres importants à prendre en compte dans la faisabilité d’installation de ce type de centrales. On prendra finalement l’exemple de Chypre. En étudiant la situation politique, économique et énergétique de l’île, on réalisera une étude prospective de faisabilité d’implantation de STC à Chypre et on évaluera son potentiel quant à l’amélioration de la situation énergétique du pays, dans le cadre d’un développement durable.

De la situation énergétique des îles de la Méditerr anée à la nécessité des énergies renouvelables


I. DE LA SITUATION ENERGETIQUE DES ILES DE LA MEDIT ERRANEE A LA NECESSITE DES ENERGIES RENOUVELABLES

La situation énergétique des îles de la Méditerranée (I.1) met en exergue les enjeux de l’insertion d’énergies renouvelables dans ces territoires (I.2), lesquels bénéficient d’avantages spécifiques propices à leur mise en place (I.3).

I.1 LA SITUATION ENERGETIQUE EN REGION INSULAIRE MEDITE RRANEENNE

La situation énergétique des régions insulaires méditerranéennes est marquée par une production d’énergie issue de l’importation de ressources fossiles (I.1.1) intégrée dans un réseau électrique limité (I.1.2) et une consommation énergétique saisonnière (1.1.3).

I.1.1 Un approvisionnement énergétique fossile

Les îles de la Méditerranée, à l’instar de la quasi totalité des régions insulaires, importent leur énergie sous forme de ressources fossiles, pétrole, gaz ou charbon. La plupart d’entre elles n’ont en effet aucun gisement de ressource énergétique fossile au sein de leur territoire. Ces ressources fossiles sont ensuite utilisées directement, ou brûlées dans des centrales thermiques afin de produire de l’électricité. Les centrales ont en général de relativement grandes capacités (certaines centrales pouvant dépasser 50% de la production totale) car l’augmentation d’échelle réduit de manière importante les coûts de production. C’est à dire que plus les centrales sont importantes, moins le coût de l’énergie est élevé.

Ainsi, les îles disposent généralement d’un système énergétique entièrement fossile et plus ou moins centralisé. Cette centralisation induit une séparation des lieux de production aux lieux de consommation qui entraîne des pertes en ligne dues au transport de l’énergie.

L’approvisionnement en énergies fossiles se fait généralement par bateau mais on envisage dans certains cas la construction de pipelines (exemple du projet visant à relier la Corse et la Sardaigne par un pipeline gaz). Cependant cette méthode est couteuse et présente des verrous techniques importants.

I.1.2 Un réseau électrique limité

Le caractère insulaire implique un réseau électrique isolé et de taille limitée. De plus, même les îles connectées ou partiellement connectées à un réseau continental doivent contrôler leur fourniture en énergie et contrôler leur électricité. Or les réseaux électriques posent paradoxalement d’autant plus de difficultés qu’ils sont réduits. En effet, il est plus difficile d’absorber les irrégularités dans la production et la consommation électrique dans un réseau de petite capacité. Les îles sont également plus sensibles aux aléas climatiques pouvant endommager le réseau. Ainsi les réseaux électriques des îles sont particulièrement sujets aux coupures ou aux variations de la qualité du courant fourni (surtensions ou sous-tensions), et ceci de manière plus fréquente. En outre, les problèmes de fonctionnement ou d’accidents sur une centrale peuvent vite avoir des effets désastreux sur la totalité du réseau et parfois entraîner des crises politiques graves, comme le présente l’exemple ci-dessous.



Le 11 Juillet 2011, à Chypre, un stock d’armement iranien, ayant été saisi en 2009, a explosé à proximité de la plus grosse et la plus récente centrale thermique du pays : la centrale de Vasilikos, fournissant plus de la moitié de l’électricité du pays. Des suites de l’explosion, la centrale a cessé de fonctionner, causant d’énormes problèmes pour la fourniture électrique du pays. Deux semaines plus tard, l’agence de notation Moody’s a abaissé de deux points la note du pays : «Les inquiétudes actuelles sur la situation budgétaire de Chypre sont amplifiées par les conséquences économiques de la destruction de la centrale thermique de Vasilikos», a expliqué Moody's. En effet, de nombreuses coupures de courant et autres problèmes électriques étaient à craindre durant les prochains mois, assez pour amputer la croissance, qui, au lieu de 1% prévu initialement devrait finalement être nulle en 2011 selon Moody's. Ce cas exprime bien la fragilité des réseaux électriques insulaires, les îles essaient d’ailleurs généralement de ne pas construire de centrale fournissant plus de 25% de l’électricité globale, afin de minimiser l’impact de ce genre d’accidents. [8]

I.1.3 Une variation saisonnière de la consommation énergétique

Les régions insulaires méditerranéennes bénéficient d’un climat ensoleillé et agréable, particulièrement en période estivale. Les territoires qu’elles abritent sont remarquables et souvent spécifiques à chaque île. Elles disposent généralement d’une grande biodiversité et d’une géographie offrant un paysage de contrastes navigant entre plaines, cordons littoraux et montagnes. Cette situation a vite fait évoluer leur économie vers le secteur tertiaire et, plus précisément : le tourisme.

Or, le tourisme est une activité saisonnière, majoritairement réservée aux périodes estivales (oscillant entre avril et octobre dans ces régions relativement ensoleillées). Ces périodes sont déjà des périodes de forte consommation en zone insulaire méditerranéenne à cause des systèmes de climatisation et le tourisme implique une demande supplémentaire, d’autant plus que cette activité demande un niveau de confort particulier. C’est pourquoi la consommation en énergie dans les îles de la Méditerranée est souvent plus importante en été qu’en hiver. En conséquence, les systèmes de production énergétiques doivent être surdimensionnés afin de pouvoir répondre à cette demande en été et fonctionnent a contrario au ralenti en périodes hivernales. On doit ici faire la différence entre la production en base et la production en pics. Il y a en effet une base de production journalière et annuelle et une production en pic, qui correspond à la différence entre la production de base et la consommation réelle. La production lors des pics nécessite des énergies modulables et a davantage de valeur pour les réseaux. Dans certains pays, comme aux USA, l’électricité d’appoint, fournie lors des pics de consommation, est achetée plus cher que l’électricité de base.

Figure 1 : Production de base et production d’appoint. Source : www.leseoliennes.be



I.2 ENJEUX DES ENERGIES RENOUVELABLES EN REGION INSULAI RE MEDITERRANEENNE

La mise en place d’énergies renouvelables dans les îles de la Méditerranée répond à des enjeux énergétiques (I.2.2), économiques (I.2.3), environnementaux (I.2.1) et sociaux (I.2.3).

I.2.1 Enjeux environnementaux

La production d’énergie fossile engendre des problèmes environnementaux. La combustion de ressources fossiles telles que le pétrole ou le charbon (et même le gaz), produit des éléments nocifs pour l’environnement (CO2, SOx, NOx, etc.). Ces éléments sont sources de pollution de l’air, de l’eau, des sols, des nappes phréatiques ; ils ont des impacts sur le climat, sur les écosystèmes ainsi que sur la santé humaine. Les régions insulaires n’échappent pas à ce constat, bien au contraire. Dans la situation actuelle, et aux vues d’une demande énergétique croissante depuis des décennies, cette situation est plus que problématique.

Les énergies renouvelables, intégrées dans une logique de développement durable, répondent à ces problématiques en limitant les impacts de la génération d’énergie sur l’environnement et la santé. Aussi, elles limitent l’impact sur la qualité de vie des générations futures.

I.2.2 Enjeux énergétiques

Les îles qui importent, pour la plupart, la quasi-totalité de leur énergie sous la forme de ressources fossiles, ne disposent d’aucune autonomie énergétique. Elles sont ainsi plus vulnérables aux variations du marché de l’énergie et ainsi largement dépendantes des pays producteurs. Contrairement aux énergies fossiles qui sont rarement disponibles dans les îles de la Méditerranée, les ENR sont, par nature, disponibles sur place. Une utilisation plus importante des ENR implique donc une plus grande autonomie énergétique.

De plus, l’utilisation des énergies renouvelables se fait typiquement en plus petites unités que les énergies fossiles. Cela réduit d’autant les risques énergétiques liés à un arrêt d’une source de production pour un quelconque problème, celles-ci étant souvent catastrophiques et provoquant des coupures de courant à grande échelle lors d’occurrence dans des réseaux électriques limités, comme en région insulaire (voir exemple de la centrale de Vasilikos : partie I.1.2). La décentralisation de la production énergétique a aussi pour avantage d’éviter une part des pertes électriques dues au transport de l’énergie, car les lieux de production sont mieux répartis sur le territoire. Enfin, des systèmes « off grid » (non connectés au réseau) peuvent aussi être mis en place dans des zones isolées, afin d’assurer une production électrique sans pourtant être reliés au réseau global.

I.2.3 Enjeux sociaux et sociétaux

Comme cela a été illustré cette année 2011, par le désastre de Fukushima et par l’exemple de l’accident ayant touché la centrale Chypriote de Vasilikos (voir partie I.1.2), la génération d’énergie utilisant des ressources fossiles présente une certaine dangerosité qui induit des risques sur des zones vulnérables. Ils sont par ailleurs des facteurs d’impacts sur l’environnement et la population. Ils émettent des rejets, polluant l’air et indirectement les sols, les nappes phréatiques et les cultures, augmentant ainsi les risques de problèmes de santé. Ces risques impliquent notamment des coûts importants (dépollution des sols et des eaux, gel des terres arables irradiées, etc.) mais peuvent être largement minimisés par l’utilisation d’énergies renouvelables et c’est l’un des intérêts de ces dernières.

Un développement important des ENR pourrait également mener à la création d’industries ou de centres de recherche dans ces secteurs, permettant de développer des emplois qualifiés et hautement qualifiés, stimulant ainsi le secteur de l’éducation (universités, écoles d’ingénieurs, formation technique…). Ces emplois peuvent être créés lors des phases industrielles de fabrication des éléments, lors de l’installation des moyens de production renouvelables mais aussi durant toute la durée de



fonctionnement, pour en assurer l’opération et la maintenance. Selon Efpraxia Maria et Theocharis Tsoutsos [13] les ENR étant souvent implantées dans des zones reculées, qui sont également des zones où le chômage est souvent élevé, permettent ainsi une revitalisation des zones insulaires moins développées.

Enfin, les populations, étant de plus en plus sensibles aux problèmes induits par l’utilisation de ressources fossiles, sont en général favorables à la mise en place de systèmes renouvelables, même s’il n’y a pas un consensus complet. Certaines populations sont en effet réticentes à l’installation de tels types de production pour diverses raisons (impact visuel, coût, utilité remise en question…).

I.2.4 Enjeux économiques

Une politique de mise en place d’un système énergétique à base d’ENR conduirait également à une incitation économique, notamment due à la création d’emplois et d’entreprises et la réduction des coûts dus à l’importation de ressources fossiles. Elle permettrait également une meilleure répartition des investissements sur la surface du territoire, obligeant ainsi à réfléchir à des solutions d’aménagement du réseau énergétique à une échelle globale.

De surcroit, on pense souvent que la seule raison d’être des ENR est la réduction des impacts environnementaux. Mais il est nécessaire de noter que l’environnement et l’économie sont en réalité étroitement liés. En effet, les impacts environnementaux impliquent des coûts importants (parfois appelés coûts externes) qui sont souvent négligés et ne sont en tout cas jamais calculés dans le coût de l’énergie. Si on calculait les coûts sociaux et environnementaux réels engendrés par les énergies fossiles : notamment la dépollution des eaux, les coûts médicaux associés aux problèmes sanitaires, la destruction des écosystèmes rendant des services à l’homme et les changements climatiques, le montant total serait élevé. Le projet ExternE (de la Commission Européenne) a d’ailleurs montré que ces coûts peuvent représenter une part significative des coûts totaux associés aux énergies fossiles, alors qu’ils n’en représentent qu’une faible part dans le cas des ENR. S. Mirasgedis et al. démontrent, dans le cas de l’île de Crète, que plus la pénétration des ENR est grande, moins les coûts « externes » sont importants [9], et que le coût des ENR est moins important que le coût en énergie fossile, si l’on considère la société entière, argumentant que cela pourrait inverser complètement les tendances énergétiques.

De telles études sont particulièrement délicates à réaliser en raison du manque de données utilisables et du manque de connaissances sur les paramètres et leur influence réelle. On notera pourtant que de plus en plus d’études scientifiques et d’essais politiques vont en ce sens, essayant de chiffrer les coûts environnementaux et sociaux de tel ou tel acte, ou de quantifier la bonne santé d’une population à partir de considérations autres qu’économiques, notamment :

• Projet ExternE (European Commission : Externalities of Energy) : étude des coûts externes en général

• Robert Constanza (Conférence sur les ressources, 2011, ENS Lyon) : la disparition des zones humides aux USA couterait 33000$/ha/an

• Valuing Ecosystem Services: Toward Better Environmental Decision-Making, US National Research Council, disponible sur : <http://www.nap.edu/catalog/11139.html>

• Discutions sur la prise en compte éventuelle des coûts externes dans les décisions politiques en matière énergétique (Palmer et al., 1995; Tranen, 1992; Krupnick et al., 1994).

• GPI (Genuine Progress Indicator : indicateur de croissance économique prenant en compte des facteurs sociaux et environnementaux) comme indicateur de bonne “santé” d’un pays (contre le GDP ou PIB en Français généralement employé), qui a été est adopté dans plusieurs régions (ex : Etat du Maryland, USA).

• Système de mesure du BIB (Bonheur Intérieur Brut) au Bhoutan (GNH : Gross National Hapiness).



I.3 AVANTAGES INHERENTS AUX ILES DE LA MEDITERRANEE QUA NT A L’INTEGRATION DES ENERGIES RENOUVELABLES

La question se pose de savoir en quoi les régions insulaires méditerranéennes sont des régions particulièrement propices aux énergies renouvelables. Plusieurs éléments de réponse peuvent être fournis tels qu’un coût énergétique élevé (I.3.1), des ressources renouvelables intéressantes (I.3.2), et enfin une forte acceptation sociale (I.3.3).

I.3.1 Un coût énergétique élevé

Le coût de l’énergie dans les îles est généralement plus élevé qu’il ne l’est sur les continents. En effet, les seules ressources utilisées sont fossiles et y sont importées en relativement faibles quantités. Cette situation facilite grandement l’intégration des systèmes de production énergétiques renouvelables. En effet, le frein majeur à la mise en place des ENR est leur coût, généralement plus élevé que pour les énergies fossiles, du moins en l’état actuel des choses. Si, sur les continents, on peut justifier d’attendre que la recherche, le développement et l’industrialisation de ces systèmes les fassent atteindre la « parité fossile3 », dans certaines régions insulaires cette parité est déjà atteinte, pour bon nombre de systèmes renouvelables. Lorsque ce n’est pas le cas, le coût de l’énergie étant néanmoins élevé, on peut plus facilement s’interroger sur les avantages sociaux et environnementaux qu’ils apportent et se demander si cela n’est pas suffisant pour justifier un coût de l’énergie légèrement plus élevé. De plus, comme expliqué dans la partie précédente, si on prend en compte les coûts sociaux et environnementaux réels des énergies fossiles, leur coût final serait probablement plus élevé que celui des ENR.

I.3.2 Des ressources renouvelables intéressantes

L’ensemble de la méditerranée dispose d’un ensoleillement important, rendant les systèmes solaires plus efficaces que partout ailleurs en Europe, où ils sont pourtant déjà utilisés. Le caractère insulaire implique quant à lui une forte ressource éolienne, les vents étant généralement plus importants en zone côtière, car ils sont majoritairement créés par a différence de température des terres et des océans.

Figure 2 : Ensoleillement normal direct (DNI) en Méditerranée. Source : NASA

3 On utilise le terme parité fossile pour exprimer que le coût de revient de l’électricité produite par une source renouvelable est égal au coût d’une production équivalente par une ressource fossile.


Le potentiel STC des îles de la Méditerranée, exemple du cas de Chypre. ___________________ p 10/47

Figure 3 : Puissance éolienne en Méditerranée. Source : NREL (US National Renewable Energy Laboratory)

De plus, les îles de la Méditerranée sont des zones particulièrement touchées par le manque d’eau potable. Par conséquent, de plus en plus d’îles ont recours à des centrales de dessalinisation, fortement énergivores et couteuses. Il est alors envisageable d’utiliser les ENR, et particulièrement les surproductions passagères qui y sont intrinsèquement liées (pics de productions difficilement utilisables par le réseau), pour faire fonctionner des unités de désalinisation d’eau de mer, permettant ainsi d’utiliser une plus grande partie de l’énergie produite par les ENR et baissant les coûts de potabilisation. Cette problématique d’eau potable sera plus amplement expliquée et mise en avant en fin du mémoire, dans l’étude du cas de Chypre.

I.3.3 Une forte acceptation sociale

Les populations des zones insulaires méditerranéennes sont particulièrement sensibles aux problèmes induits par l’utilisation excessive de ressources fossiles. D’une part les phénomènes de dérèglements climatiques et de pollutions qui leur sont imputés sont de plus en plus fréquents et visibles, et d’autre part beaucoup de moyens ont été mis en œuvre ces dernières années afin de sensibiliser et d’informer les populations de ces régions. Or, il a été prouvé dans diverses études que le niveau d’information des populations sur ces thématiques est lié à leur volonté d’intégration des énergies renouvelables, et même à leur acceptation d’une augmentation du coût de l’énergie pour intégrer des énergies renouvelables. D’autres facteurs sont également la cause d’une volonté d’intégration des ENR. En effet, plus les habitants sont coutumiers à des coupures d’électricités, plus ils sont susceptibles d’accepter une augmentation de leur facture énergétique.

Afin d’illustrer ce point, une étude menée sur l’île de Crète par Nikolaos Zografakis et al. [10] montre les facteurs auxquels les populations sont sensibles et qui sont favorables à l’intégration d’ENR. Ces facteurs sont, dans l’ordre d’importance et sans être exhaustif : la réduction de la dépendance en énergies fossiles (82,3%), la création d’emploi (78,8%), les bénéfices touristiques (78,5%) et l’amélioration de la qualité de vie (78,3%) liés à une préservation de l’environnement, la réduction de l’utilisation des énergies fossiles (75.1%), le développement d’une expertise locale dans les ENR (73,2%) et l’augmentation de la sécurité en terme de fourniture d’énergie (71,2%). Ils seraient toutefois réticents en raison des désavantages pouvant être causés par les ENR, à savoir : un coût d’installation plus élevé 71,8%), une fluctuation de la production (68,54%) et une pollution visuelle plus importante (36.67%). Ces problématiques seront étudiées dans la suite dans le chapitre suivant.

Des problématiques quant à l’insertion des énergies renouvelables en région insulaire méditerranéenne


II. DES PROBLEMATIQUES QUANT A L’INSERTION DES ENER GIES RENOUVELABLES EN REGION INSULAIRE MEDITERRANEENNE

Certains facteurs, techniques ou sociétaux (II.3), inhérents d’une part au caractère insulaire (II.2) et d’autre part aux énergies renouvelables elles-mêmes (II.1) compliquent l’implantation d’énergies renouvelables dans les îles de la Méditerranée.

II.1 ACCEPTATION DES ENERGIES RENOUVELABLES PAR LES RESE AUX ELECTRIQUES INSULAIRES

La production solaire comme la production éolienne est conditionnée par la météorologie, dont les variations importantes et difficilement prévisibles (II.1.1), couplés à une carence en systèmes de stockage énergétique compétitifs (II.1.2), impliquent des problèmes d’intégration au réseau électrique (II.1.3) et une nécessité de sources énergétiques modulables (II.1.4).

II.1.1 Des ressources irrégulières et difficilement prévisibles

Les énergies renouvelables dites “classiques”, c’est à dire utilisées depuis des décennies, sont principalement l’énergie hydroélectrique et la biomasse. Ces énergies sont matures et bien maîtrisées, on sait comment les gérer et comment intégrer leur production au réseau. Cependant, les ressources renouvelables les plus importantes sur Terre sont de loin le soleil et ensuite le vent (voir partie III.2.1). Contrairement à l’hydroélectricité, la biomasse et la géothermie, les ressources en soleil et en vent sont grandement intermittentes. Elles sont irrégulières d’une heure à l’autre (passages nuageux, bourrasques), d’une journée à l’autre (différence jour/nuit, journées orageuses) d’une saison à l’autre et même d’une année à l’autre. De plus, même avec les performances des prévisions météorologiques actuelles, on a encore des difficultés à évaluer d’avance le productible qui sera disponible [3].

La ressource éolienne est particulièrement intermittente et agit de manière exponentielle sur la production d’électricité. En effet, pour illustrer le problème, comparons la production fournie par une éolienne avec des vents de 5 ou 10 m/s. La formule de l’énergie reçue par une éolienne étant :

E = ½ * A * p * V3 * t (A = Aire balayée, p = Densité de l’air, V = Vitesse du vent, t = Temps),

On voit que le facteur vitesse du vent est au cube, il est donc primordial. Si la vitesse du vent passe de 5 à 10 m/s, on a donc 8 fois plus d’énergie reçue, pour un vent seulement deux fois plus rapide. On peut alors aisément imaginer l’allure chaotique de la production électrique fournie par les éoliennes.

Figure 4 : Ressource éolienne typique annuelle. Source : www.leseoliennes.be



L’énergie solaire, bien que moins chaotique, est d’une part fortement irrégulière à cause des nuages et dispose d’autre part du désavantage de n’être disponible que durant la journée.

Figure 5 : Ressource solaire typique journalière. Source : www.lyc-artaud.ac-aix-marseille.fr

C’est pourquoi ces énergies renouvelables, qui peuvent ainsi passer d’une production nulle à une

production maximale en quelques secondes, sont parfois appelées énergies « fatales » [8].

Les larges zones continentales peuvent palier une partie de l’irrégularité des ressources renouvelables par leur grande disparité de conditions météorologiques. En effet, sur des territoires de plus grande échelle, les conditions peuvent être venteuses et nuageuses dans une région, tandis qu’elles sont calmes et ensoleillées dans une autre. Cela participe parfois à une plus meilleure stabilité du courant fourni. Cependant, de par leur petite taille, les îles disposent d’une dispersion moins importante des productibles renouvelables tels que l’ensoleillement et le vent. Cela implique encore plus d’irrégularité dans la production.

II.1.2 Une carence en systèmes de stockage énergétiques

Le seul système utilisé efficacement aujourd’hui pour le stockage d’énergies est l’utilisation de barrages hydroélectriques. On peut en effet, si l’on dispose de deux bassins de rétention l’un en dessous de l’autre, pomper l’eau du bassin le plus en aval et la remonter dans le bassin supérieur en cumulant de l’énergie potentielle. On effectue cette opération lorsque le coût de l’énergie est au plus bas, c’est-à-dire que la consommation est la plus faible, au milieu de la nuit par exemple. On peut ensuite relâcher cette eau afin de faire fonctionner une turbine et produire de l’électricité lorsque la demande est trop élevée. Cependant l’utilisation de ces systèmes est fortement limitée par des considérations hydrographiques, topographiques et économiques. Il faut également noter que les barrages peuvent causer des problèmes écologiques et sociaux, en particulier lorsqu’ils sont de grande envergure. Ils peuvent notamment être la cause d’une perte de biodiversité, d’une perte historique (fouilles archéologiques impossibles sous l’eau), de changements drastique des paysages et de déplacement des populations. Exemple du barrage des trois gorges en Chine avec déplacements de plus d’un million d’habitants, le barrage de Belo Monte au Brésil (déplacement prévu de 16 000 habitants et impacts écologiques graves selon les associations locales) ou encore à moindre échelle en France le barrage de Serre-Ponçon (05) avec le déplacement de plusieurs villages.



Figure 6 : Système de stockage par retenue d’eau. Source : Romain Leger, ARER

Les autres systèmes de stockages d’énergie sont aujourd’hui trop couteux et posent parfois des problèmes environnementaux. Les batteries au plomb par exemple, qui sont les mieux connues, les plus économiques et les plus utilisées, en plus de leur coût trop élevé, posent des difficultés de recyclage induisant des problèmes de pollution qui les rendent inutilisables à grande échelle.

Un état de l’art sur les moyens de stockage énergét iques a été inséré en annexe 3.

II.1.3 Des problèmes d’intégration au réseau électrique

Un des problèmes majeurs des énergies renouvelables utilisant des sources discontinues comme le soleil ou le vent est donc la discontinuité la ressource et par conséquent de l’énergie fournie au réseau. En effet, un réseau électrique n’est pas adapté à recevoir les fluctuations importantes et inévitables de ces types d’énergies. Tant que le taux d’énergie renouvelable fourni au réseau est faible, cet effet peut être négligé au niveau global et ne pose pas de réel problème (comme c’est le cas à l’heure actuelle en France avec l’éolien et le photovoltaïque). Cependant si on veut parvenir à fournir une partie importante de l’électricité globale grâce à ces énergies, il est impératif de résoudre ce problème.

Ainsi, la production d’énergie renouvelable éolienne ou photovoltaïque, sans stockage, est forcément limitée par rapport à la puissance totale du réseau. L’expérience du Danemark par exemple, a montré que des taux de pénétration de l’ordre de 20 ou 30 % peuvent poser d’importants problèmes de stabilité du réseau électrique [8]. En France, toute exploitation d’énergie irrégulière dont la puissance est d’au moins 1% de la puissance totale du réseau peut être déconnectée si, à un instant donné, la puissance fournie par l’ensemble des sources « fatales » atteint 30 % de la puissance du réseau. [8]

II.1.4 La nécessité de sources énergétiques modulables

Il y a donc deux problèmes majeurs dans la production des énergies renouvelables : l’absence de prévisibilité (et donc de garantie) et l’irrégularité de la production. Il en résulte qu’à l’heure actuelle, dans les régions où beaucoup d’énergies renouvelables intermittentes (éolien ou solaire) sont implantées, on utilise, outre quelques barrages hydroélectriques, des centrales thermiques à énergie fossile, et donc polluantes, afin de rendre la production renouvelable, acceptable par le réseau. Cela permet d’une part de garantir une production énergétique, quelques soient les conditions météorologiques, et d’autre part de lisser la production des ENR intermittentes. En effet, lorsque ces ressources renouvelables sont en surproduction, on baisse la puissance des centrales fossiles, et lorsque la production renouvelable baisse, on augmente la puissance des centrales fossiles. Ces centrales fossiles, typiquement à gaz, pétrole ou charbon liquéfié, ont en outre l’avantage de pouvoir répondre rapidement à la demande, ce qui n’est pas le cas des ENR (et même de l’énergie nucléaire).



C’est pourquoi les Etats sont parfois obligés d’accompagner leur programme d’ENR par la construction de nouvelles centrales thermiques à énergie fossile pour palier aux fluctuations de ces nouvelles énergies, annulant ainsi, en partie du moins, le bénéfice carbone de celles-ci. L’Allemagne par exemple, dont le mix énergétique est fortement fossile (charbon et gaz), peut grâce à ces énergies modulables, se permettre l’intégration d’une grande capacité éolienne ou solaire photovoltaïque. La France, elle, produit une électricité majoritairement nucléaire (75% en 2009) induisant une production en base (on fait difficilement varier la production d’une centrale nucléaire et cela prend beaucoup de temps). Dans ce cadre, il est plus difficile d’intégrer des énergies renouvelables dans le mix, comme illustré sur le graphique ci-dessous :

Figure 7 : Insertion d’ENR dans une production avec 68% de base. Source : www.altenergystocks.com

Ce que ce graphique montre, c’est que plus la production en base est importante, moins on peut insérer d’énergies renouvelables En effet, dans ce modèle, avec 68% de production électrique de base type nucléaire), on ne peut intégrer que 4% d’éolien et 6% de solaire. Cette part peut être augmentée quelque peu par l’utilisation de barrages hydroélectriques, comme expliqué en partie II.1.2, mais reste néanmoins fortement limitée.



II.2 LE CARACTERE INSULAIRE COMPLIQUANT L’INTEGRATION DE S ENERGIES

RENOUVELABLES SUR LE TERRITOIRE

Les territoires insulaires sont, par nature, limités et parfois protégés (II.2.1), ce qui implique des problématiques d’insertion des énergies renouvelables et de cohabitation avec d’autres activités (II.2.2).

II.2.1 Une surface limitée et parfois protégée

Par définition, les îles ont une surface limitée. Cependant, les ressources renouvelables solaires ou éoliennes sont diffuses dans l’espace et leur exploitation induit une certaine emprise du territoire. Cette situation pose d’autant plus problème lorsque la densité de population est grande et que les terres sont déjà utilisées pour d’autres activités.

De plus, les îles de la Méditerranée sont souvent des territoires protégés. Ils peuvent être protégés pour leur caractère environnemental particulier ou la biodiversité qui y est présente, mais aussi sur un plan culturel et historique. Or, bien que non polluantes, les installations de production d’énergie renouvelable ont forcément un impact sur l’aménagement du territoire. Il est par conséquent nécessaire de mettre en place des réglementations quant à l’insertion de moyens de productions d’ENR, particulièrement dans les régions insulaires. Même en France, de telles réglementations ont été instaurées, par exemple les zones de développement éolien, prenant en compte le potentiel éolien, les possibilités de raccordement au réseau et la protection des paysages ou sites remarquables.

Les énergies renouvelables ont en outre besoin de différents types d’espaces pour pouvoir s’implanter. Les éoliennes vont nécessiter des endroits venteux en bord de mer ou sur les crêtes des montagnes par exemple, les énergies solaires vont nécessiter des zones ensoleillées avec une topographie particulière, selon les technologies. Sur une zone très limitée, comme peut l’être une île, on ne trouve pas forcément autant de disparité dans les régions et certains types de topographie et conditions météorologiques peuvent être rares, et se trouver alloués à d’autres activités, telles que l’agriculture ou le tourisme. [8]

II.2.2 Des difficultés de coexistence spaciale avec les autres activités

Il y a déjà une concurrence sur l’occupation du sol entre les activités agricoles, les espaces urbanisés, les zones naturelles et dans ce maillage, les ENR doivent trouver leur place (spatialement) en tenant compte des différentes contraintes (gisement ENR, emprise au sol, proximité de bassin de consommation et de réseaux de distribution, protection des paysages, des monuments historiques et des sites remarquables et protégés). Ainsi les zones propices à l’implantation des ENR peuvent déjà être occupées par d’autres activités humaines et leur intégration en zones insulaires pose des problèmes de cohabitation. On ne peut raisonnablement pas sacrifier des zones protégées, empêcher le développement urbain ou défricher des grandes surfaces agricoles pour la production d’énergie, toute renouvelable qu’elle soit. Les îles sont d’autant plus fragiles sur ce point que leur surface est limitée.

Il faut donc faire avec les espaces disponibles, et réfléchir à des moyens de rendre certains espaces adéquats aux ENR, sans pour autant sacrifier leurs autres utilités. On pense par exemple de plus en plus à installer des installations renouvelables dans le cadre de réhabilitation de carrières, de décharges ou de friches industrielles, on met aussi au point des technologies permettant une intégration à certains types d’agriculture, etc. Finalement, on peut penser lorsque c’est possible à l’intégration de plusieurs types d’énergies renouvelables, utilisant un productible différent, sur le même espace.



II.3 DES FACTEURS COMPLIQUANT L’ACCEPTATION SOCIALE ET S OCIETALE

DES ENERGIES RENOUVELABLES

Le coût de production (II.3.1), l’impact visuel ou sonore (II.3.2), les problématiques de recyclage (II.3.3) et le manque d’engagement politique (II.3.4) sont autant de contraintes dont le poids doit être mesuré et accepté socialement.

II.3.1 Un coût de production généralement plus élevé

Dans l’état actuel des choses, les énergies renouvelables coûtent généralement plus cher que les énergies fossiles, si, comme il en a déjà été discuté, on ne prend pas en compte les coûts externes (sociaux et environnementaux) liés aux énergies fossiles. Même si le coût élevé de l’énergie en région insulaire méditerranéenne permet d’atteindre la parité fossile pour certains types d’ENR les plus matures (éolien, hydro), le coût de production des ENR n’en reste pas moins un frein pour une grande quantité de technologies. Cependant, les avancées de la recherche, du développement et de l’industrialisation des systèmes de production d’ENR permettent de baisser continuellement les coûts pour certaines technologies moins matures. Le prix des panneaux photovoltaïques par exemple a baissé de 50 à 70% en 2 à 3 ans (selon les sources) entre 2008 et 2011. Pour prendre l’exemple du solaire thermodynamique à concentration, selon l’IEA (International Energy Agency) la parité fossile (continentale) est prévue aux alentours de 2020 pour de la production lors des pics de consommation et autour de 2030 en production de base (voir ci-dessous). Dans le cas des îles, cette parité sera logiquement atteinte avant cela, c’est à dire dès aujourd’hui pour certaines et très prochainement pour d’autres.

Figure 8 : Prévisions de croissance du STC et de parité fossile. Source : IEA 2010

II.3.2 Un impact visuel

L’impact visuel induit par ces sources de production, parfois même appelé pollution visuelle, n’est pas non plus négligeable. Non pas que l’aspect visuel soit moins agréable qu’une centrale conventionnelle, mais les ENR ont une emprise territoriale plus importante que les énergies fossiles, de par leurs flux énergétiques relativement diffus. De plus, s’il est communément admis qu’une centrale thermique conventionnelle soit localisée dans une zone urbaine, ou à grande proximité (l’étalement urbain ayant englouti ces zones industrielles), les centrales à ENR sont généralement localisées dans



des secteurs non urbanisés ou faiblement urbanisés. L’acceptation visuelle des ENR est néanmoins plus facile si les populations ont été sensibilisées aux avantages de ces énergies. De plus, on essaie aujourd’hui de prendre en compte ces facteurs et on développe des systèmes à moindre impact visuel comme les panneaux photovoltaïques intégrés aux toitures, on éloigne les installations des zones habitées ou touristiques, on effectue des efforts d’intégration paysagère, etc.

Outre l’impact visuel, certaines ENR induisent des impacts sonores. De la même manière on tachera de mieux les intégrer en les éloignant des zones habitées et en les rapprochant des celles déjà bruyantes (et si possible déjà polluées visuellement) en raison d’autres activités (exemple des éoliennes sur les bordures d’autoroutes).

II.3.3 Une production et un recyclage parfois problématiques

Plusieurs problèmes remettent en question l’intégration de certaines énergies renouvelables dans une politique de développement durable. Tout d’abord, le lieu de production des éléments est souvent réalisé loin des pays d’utilisation, augmentant ainsi la facture énergétique pour le transport des matériaux. De plus, l’empreinte écologique de ces produits dépend du type d’énergie utilisé pour les produire, ainsi que des normes en vigueur dans ces pays. Pour les panneaux photovoltaïques par exemple, une énorme majorité de la production est aujourd’hui réalisée en Chine, et c’est une tendance qui semble s’accentuer. Cependant, la majorité de l’énergie utilisée en Chine est une énergie fournie par des centrales à charbon, qui sont les plus polluantes. De plus, la Chine ne dispose pas des normes environnementales qui sont désormais de rigueur dans la plupart des pays industrialisés. Les aspects sociaux sont aussi à prendre en compte. Sans vouloir stigmatiser un pays tout entier, il faut admettre que les conditions de travail locales y sont souvent particulièrement difficiles et mal rémunérées.

Outre la production, le recyclage pose aussi problème. En particulier les panneaux photovoltaïques, quelque soit la technologie (silicium cristallin, silicium amorphe, couches minces etc.) posent de gros problèmes de recyclage, remettant en cause leurs avantages environnementaux. Les éoliennes quant à elles, bien que majoritairement réalisées en matériaux recyclables, disposent de pales généralement fabriquées en fibre de verre qui ne sont pas recyclables, même si elles représentent d’une infime part du poids total (autour de 2%). De plus, le caractère insulaire complique d’autant plus la problématique du recyclage, car il est plus difficile d’y trouver des industries spécialisées dans le recyclage de ces éléments particuliers.

II.3.4 Un engagement politique nécessaire

Malgré leurs avantages, qu’ils soient environnementaux, sociaux, énergétiques ou économiques, la mise en place de systèmes d’ENR nécessite dans un premier temps une réelle volonté politique qui peut prendre différentes formes comme des tarifs d’achat préférentiels pour les ENR ou des subventions de formes diverses pour en faciliter l’installation. D’ailleurs, prouvant la nécessité de telles actions, « L’Agence européenne pour l‘environnement s’est penchée sur le large éventail d’aides nécessaires au développement des énergies renouvelables sur les îles et cette aide peut prendre des formes politiques, législatives, administratives et fiscales. » [11]

Pour prendre l’exemple de l’île de Crète où de telles mesures ont été mises en place, le taux de pénétration des énergies renouvelables est passé de 2% à 10% en quelques années, et est maintenant de plus de 15%. [12]

Enfin, il pourrait être efficace de simplifier les procédures administratives afin de réduire, d’une part la durée nécessaire mais aussi le coût de l’implantation de ces énergies. Il faut néanmoins faire attention à ce que cela ne porte pas préjudice à la sauvegarde des caractères environnementaux et sociaux inhérents aux îles.

Les avantages du solaire thermodynamique à concentr ation pour les îles de la Méditerranée


III. LES AVANTAGES DU SOLAIRE THERMODYNAMIQUE A

CONCENTRATION POUR LES ILES DE LA MEDITERRANEE

Le solaire thermodynamique à concentration, dont la ressource est abondante dans les îles de la Méditerranée (III.2) est une technologie en développement (III.1) respectueuse de l’environnement (III.4), qui permet des applications diverses et variées (III.5) et dispose d’une capacité de stockage énergétique qui la rend particulièrement intéressante (III.3).

III.1 UNE TECHNOLOGIE EN DEVELOPPEMENT

A titre préliminaire il convient de présenter de manière générale le solaire thermodynamique à concentration et son fonctionnement (III.1.1), pour ensuite s’attarder sur l’état de l’art actuel de la technologie (III.1.2).

III.1.1 Définition et fonctionnement

En 1878, Augustin Bernard Mouchot présentait à l’Exposition de Paris un des tous premiers systèmes solaires thermodynamiques à concentration, permettant de faire fonctionner une machine à imprimer (voir annexe 1). Pourtant, il a ensuite fallu attendre le choc pétrolier des années 1980 pour qu’on essaie de générer de l’électricité issue du STC à grande échelle et de manière commerciale. [17] La crise passée, le STC perdit le bref intérêt qu’on lui avait consacré, et il a fallu attendre les années 2000 avant de voir apparaître de nouvelles installations.

On parle de solaire thermodynamique à concentration pour tous les systèmes qui concentrent les rayons du soleil afin de les transformer en chaleur, laquelle sera transformée en électricité. Ceci à la différence du solaire photovoltaïque qui utilise les propriétés de certains éléments afin de transformer directement les rayons lumineux en énergie électrique. C’est pourquoi, si les panneaux photovoltaïques fonctionnent aussi en lumière diffuse, les systèmes STC, eux, nécessitent un fort ensoleillement. Plus particulièrement on parle de rayonnement normal direct (DNI : direct normal irradiation). C’est la variable la plus importante dans le calcul de la ressource solaire du STC.

Figure 9 : Différence rayonnement direct et diffus. Source : http://audience.cerma.archi.fr



Typiquement, les systèmes STC utilisent des miroirs afin de réfléchir et concentrer les rayons solaires en une zone donnée. Un fluide est chauffé à cet endroit et augmente en pression. On utilise ensuite cette énergie pour faire fonctionner une turbine ou un moteur, afin de générer de l’électricité, du travail ou même du froid. Les systèmes permettant de concentrer l’énergie du soleil varient, ainsi que les géométries et les moyens utilisés afin de récupérer cette chaleur. Certain systèmes récupèrent directement les rayons lumineux dans un moteur (paraboles Stirling). Les autres chauffent un fluide qui circule jusqu’à une turbine afin de générer de l’électricité. Quand il s’agit d’eau, on doit la condenser en sortie de turbine, avant de la renvoyer vers le champ solaire.

Figure 10 : Schéma de fonctionnement d’une centrale STC sans stockage. Source : www.grist.org

III.1.2 Etat de l’art

Il existe aujourd’hui deux grandes familles de systèmes solaires thermodynamiques à concentration et quatre types de systèmes différents : les concentrateurs ponctuels, paraboles et tour, et les concentrateurs linéaires, cylindro-paraboliques ou à réflecteurs de Fresnel.

Fluides caloporteurs et thermodynamiques

Les fluides caloporteurs sont les fluides qui vont absorber l’énergie du soleil et la transporter tandis que les fluides thermodynamiques, aussi appelés fluides de travail, sont ceux qui entrainent le groupe turbogénérateur afin de fournir de l’électricité.

Le fluide thermodynamique utilisé en grande majorité est l’eau/vapeur (pour l’intégrer à des turbines à vapeur), mais on utilise parfois des fluides organiques ou de l’air pour travailler à des températures supérieures et/ou obtenir des rendements plus élevés.

Les fluides caloporteurs utilisables sont en revanche assez nombreux. Les principaux à l’heure actuelle sont les huiles de synthèse et les sels fondus (nitrates). Cependant beaucoup de recherches sont en cours afin d’utiliser le même fluide en tant que caloporteur et thermodynamique. Dans la plupart des cas il s’agit d’eau/vapeur (systèmes à génération directe de vapeur), mais l’air est également utilisable. Ces deux solutions ont l’avantage d’utiliser un fluide non polluant et inerte, et surtout d’éliminer les échangeurs de chaleur du système, qui sont des facteurs d’augmentation de coût et de réduction des rendements.



Concentrateurs ponctuels :

Les concentrateurs ponctuels, comme leur nom l’indique, concentrent les rayons du soleil en une zone donnée. Ils jouissent ainsi d’un facteur de concentration4 élevé, permettant d’atteindre de hautes températures (facteur de concentration de l’ordre de 1000 soleils pour des températures pouvant dépasser 1200°C) et de disposer de rendements thermodynamiques élevés. Ils doivent cependant être dotés d’un système de suivi du soleil (tracking) particulièrement précis et selon deux axes.

Paraboles (Dish Stirling)

Le générateur d’électricité (un moteur Stirling5 en général) se trouve au point focal de la parabole, la transformation de l’énergie thermique en électricité s’effectue de manière immédiate. Il n’est pas possible de stocker la chaleur dans un tel système, bien qu’il existe des concepts de paraboles avec circulation de fluide qui eux, le permettent. Assez matures, les Dish Stirling procurent le meilleur rendement thermodynamique mais sont couteuses à réaliser, en grande partie raison de la précision demandée sur le système optique et le suivi du soleil. Ainsi, on les utilise préférentiellement en petites installations et en territoires isolés.

Centrales à tour

Les rayons du soleil sont renvoyés sur une tour grâce à de simples miroirs plans orientés individuellement (appelés héliostats) et viennent chauffer un fluide circulant dans la tour. Le fluide est ensuite dirigé vers un échangeur où la chaleur est transmise à de l’air ou de l’eau qui servira de fluide de travail et entrainera le groupe turbogénérateur afin de générer de l’électricité. Les hautes températures atteintes dans ces systèmes offrent des rendements thermodynamiques élevés ainsi qu’un bon potentiel de stockage à haute température. En outre l’utilisation de miroirs plans permet de baisser les coûts du système optique. Assez matures et de plus en plus utilisées, les tours devraient très prochainement prendre des parts de marché conséquentes.

4 Facteur de concentration (FC) = surface du réflecteur / surface de la tâche réfléchie. Plus le facteur de concentration est grand, plus on peut atteindre de hautes températures et plus le rendement maximum théorique est important.

5 Moteur stirling : C’est un moteur à énergie externe, fonctionnant grâce à une source chaude et une source froide, réparties en deux points distincts. Le ou les pistons sont actionnés par la différence de température du fluide (en général de l’hélium). Le rendement d’un moteur Stirling est beaucoup plus élevé qu’un moteur à combustion classique (interne).



Concentrateurs linéaires :

Les concentrateurs linéaires ont un facteur de concentration plus faible que les tours ou les paraboles (de l’ordre de 100 soleils), des températures plus basses (entre 300 et 600 degrés) et donc des rendements thermodynamiques moins élevés. Cependant, leurs atouts principaux résident dans un tracking plus simple, car il s’effectue sur un seul axe (nord-sud), et une meilleure utilisation des surfaces au sol.

Systèmes cylindro-paraboliques

Des réflecteurs de forme cylindro-paraboliques concentrent la lumière le long d’un tube absorbeur dans lequel circule un fluide caloporteur. Le fluide est ensuite dirigé vers un l’échangeur qui transmettra la chaleur à de l’eau, dont la vapeur entrainera une turbine génératrice d’électricité. Ces systèmes constituent la technologie la plus mature à ce jour, avec environ 95% des installations et 80% des centrales en construction.

Réflecteurs linéaires de Fresnel

Ces systèmes utilisent des miroirs plans disposés dans la longueur et orientés individuellement afin de réfléchir les rayons du soleil vers un tube absorbeur situé en hauteur. Ce sont en général des systèmes à génération directe de vapeur. Ces systèmes sont les moins répandus et les moins matures à ce jour. Cependant, ils disposent d’atouts importants, tels que le potentiel de réduction des coûts grâce à la géométrie simplifiée des réflecteurs et la moindre occupation des sols. Il s’agit d’une technologie très prometteuse à relativement court terme.

Un autre concept de centrale solaire thermodynamique existe, mais sans concentration des rayons solaires : les centrales à effet cheminée [5]. Dans ce cas il s’agit de grandes surfaces de serres chauffées par le soleil, au milieu desquelles on place une énorme tour creuse (de l’ordre de 1000m de haut). A cause de la différence de température entre l’air chauffé dans les serres et le haut de la tour, une circulation d’air se crée et on peut récupérer cette énergie en plaçant des turbines (type éoliennes) dans la tour. Il s’agit d’un système qui diffère totalement du STC dans son fonctionnement, on ne le prendra pas en compte dans le reste de l’étude.

Afin d’aider les lecteurs à mieux se représenter le s systèmes STC et l’échelle à laquelle ils s’appliquent, des photographies de centrales STC on t été mises en annexe 1.



III.2 UNE RESSOURCE SOLAIRE INTERESSANTE

La ressource solaire dispose d’avantages intrinsèques, particulièrement en ce qui concerne les régions insulaires méditerranéennes : elle est importante (III.2.1) et relativement adaptée à la demande (III.2.2).

III.2.1 Un productible solaire abondant

Figure 9 : Quantité d’énergie présente sur Terre [2]

Ce schéma présente d’une part les réserves totales exploitables estimées en ressources fossiles (à droite) et d’autre part les productibles annuels en énergies renouvelables, comparés à la consommation énergétique totale de l’homme (en Térawatt-ans = 8,766.1012 kWh). Comme on peut le voir, l’énergie solaire est de loin l’énergie la plus présente sur notre planète. En effet, la terre reçoit chaque année environ 1500 fois la consommation énergétique liée aux activités humaines (23000TWan contre 16TWan, seulement sur les terres émergées). On notera également le vent qui représente 2 à 4 fois l’énergie consommée par l’homme. Les autres sources d’énergies renouvelables, bien que non négligeables, ne semblent pas pouvoir remplacer les combustibles fossiles à grande échelle.

Figure 11 : Zones propices au STC dans le monde et en Méditerranée



Les déserts sont les zones de notre planète qui reçoivent le plus d’énergie solaire : ils reçoivent en 6h plus d’énergie que l’homme n’en consomme en un an. Selon les scientifiques interrogés et la technologie utilisée, entre 0,3% et 5% de la surface des déserts suffirait à produire l’ensemble de l’électricité consommée par l’homme6. De plus, ces surfaces ne sont que très peu mises à profit actuellement.

Le STC n’est à l’heure actuelle considéré comme rentable que pour des échelles importantes (ordre du MW) et des taux d’insolations importants (rayonnement normal direct > ±1700kWh/m2.an).

Les îles de la Méditerranée sont les zones les plus ensoleillées d’Europe, elles jouissent d’un ensoleillement direct de l’ordre de 2000 kWh/m2/an, propice à l’installation de centrales STC.

III.2.2 Adaptation aux pics de demande journaliers et annuels

La ressource solaire a l’avantage d’être souvent disponible quand on en a le plus besoin.

Durant l’année : comme expliqué plus haut, l’économie des îles de la Méditerranée est souvent basée sur le tourisme estival, ce qui implique une consommation énergétique saisonnière, plus importante en été. Ce qui coïncide avec la période durant laquelle le productible solaire est le plus important.

Chaque jour : d’une part la consommation énergétique est plus importante durant la journée et d’autre part les pics de consommations coïncident généralement avec les heures de fort productible solaire. On notera cependant que le pic de consommation moyen a souvent lieu en début de soirée, lorsque l’ensoleillement est faible ou nul. Cependant dans les régions à fort ensoleillement (et relativement développées), le pic de consommation est souvent relié à de hautes températures extérieures (typiquement entre 11h et 17h) et donc à un bon ensoleillement, à cause de l’utilisation de systèmes de climatisation.

6 À terme le projet DESERTEC espère se développer dans tous les déserts de la planète qui

s'étendent de part et d'autre de l'équateur. Selon les experts du projet, il suffirait d'équiper 0,3% des 40 millions de km2 de surfaces désertiques de la planète en centrales thermiques solaires pour couvrir les besoins mondiaux actuels en électricité de 18.000 TWh/an. <www.desertec.org>

« 5 % de la surface des déserts permettrait de produire toute l'électricité de la planète », affirment Patrick Jourde et Jean-Claude Muller dans Énergies alternatives, sous la direction de Jean Bonal et Pierre Rossetti, Omnisciences, 2007

Figure 12 : Ressource solaire et consommation d’électricité. Source DOE1



III.3 UN STOCKAGE ENERGETIQUE A BAS COUT

Le Solaire thermodynamique à concentration dispose d’une capacité de stockage thermique à bas coût (III.3.1), permettant notamment le contrôle de la production (III.3.3), une intégration aux réseaux électriques facilitée (III.3.2)), l’utilisation en zones isolées (III.3.4) et l’intégration d’autres énergies renouvelables (III.3.5).

Un état de l’art plus complet sur le stockage énerg étique est inséré en annexe 3

III.3.1 Un stockage thermique efficace et à bas coût

Il est indispensable de disposer de systèmes de stockage si l’on veut utiliser les énergies renouvelables à grande échelle. L’avantage du STC vis-à-vis du stockage d’énergie est de disposer d’une ressource en chaleur et non pas en électricité. En effet, le stockage thermique est beaucoup plus facile à mettre en œuvre et surtout beaucoup moins couteux : le stockage à sels fondus (présenté ci-dessous) est aujourd’hui aux alentours de 30$/KWh pour une durée de vie de l’ordre de 30 ans et une possibilité de recyclage (engrais), avec une cible du Department of Energy des USA (DOE) pour 2020 de 15$/KWh. Ceci est à comparer avec les batteries électrochimiques (plomb, lithium etc.) dont la cible DOE 2020 est, pour les technologies les plus prometteuses, de 150$/kWh [4], soit 10 fois plus cher pour une durée de vie moindre et des difficultés de recyclage importantes.

Différentes technologies coexistent :

• Stockage à base de sels fondus (nitrates). Ces sels, qui fondent à haute température (>200°C), disposent de bonnes capacité thermique en tant que caloporteur et fluide de stockage. Ils posent cependant des problèmes de toxicité, de dangerosité dans certaines conditions [20] (classification Seveso seuil haut en France) et de corrosion. C’est néanmoins la technologie la plus mature et la plus utilisée à l’heure actuelle.

• Stockage « Ruths » : eau/vapeur à haute température, comprimée dans un réservoir isolé. Il ne permet que de très faibles durées de stockage (< 1h) mais a l’avantage de pouvoir répondre très rapidement à la demande.

• D’autres systèmes sont en cours de développement : stockages céramiques, matériaux à changement de phases etc., qui permettront encore d’abaisser les coûts.

En général, le stockage thermique est placé en parallèle de la turbine. On peut donc choisir à chaque instant d’envoyer l’énergie du champ solaire dans la turbine ou bien dans le stockage. On peut ensuite transférer vers la turbine l’énergie préalablement stockée.

Figure 13 : Schéma de fonctionnement d’une centrale STC avec stockage. Source : www.grist.org



III.3.2 L’intégration au réseau électrique facilitée

Comme il a été expliqué plus haut, un verrou technologique majeur des énergies renouvelables intermittentes de type solaires ou éoliennes est la grande variabilité de leur production, qui empêche leur développement à grande échelle sur un réseau électrique. Mais si la ressource renouvelable en question est couplée à un système de stockage, il est possible de résoudre ce problème. On stocke alors lorsque l’énergie fournie est trop importante, et on déstocke lorsqu’elle baisse ou lorsqu’on en a besoin.

Dans le cas de l’énergie solaire thermique, on va en général stocker lorsque l’ensoleillement est très fort, ou durant le début de la journée. Ensuite, lorsqu’un nuage survole le système ou simplement que l’ensoleillement diminue, on peut utiliser en appoint l’énergie préalablement stockée afin de ne pas, ou peu, baisser la production électrique. De cette manière, on lisse la production énergétique et on peut délivrer toujours la même quantité d’électricité au réseau, ou du moins en contrôler les variations, quelque soit l’ensoleillement.

III.3.3 Une adaptation de la production selon la demande

Chaque pays ou zone électrifiée possède des pics de consommation journaliers. Ceux-ci correspondent par exemple aux heures d’allumage des chauffages, climatisations ou systèmes d’éclairage, de mise en fonctionnement des industries etc. Durant ces pics de consommation, le principe de l’offre et la demande induit une valeur supérieure de l’électricité. Il est donc utile dans certains cas de maximiser la production électrique durant ces périodes.

Ainsi, de la même manière qu’il permet de linéariser le flux d’électricité, un stockage peut aussi permettre de concentrer la production à des périodes choisies, en l’occurrence lors des pics de consommation, afin d’augmenter la valeur de l’électricité fournie.

Figure 14 : Lissage et adaptation de la production aux besoins. Source : DOE of USA

De la même manière, avec un stockage suffisamment important et efficace, on peut continuer à produire de l’électricité de nuit avec l’énergie stockée durant la journée. Ainsi on réalise aujourd’hui des centrales qui produisent de l’énergie jusqu’à 24h par jour sans interruption ! [21]

III.3.4 Une utilisation possible en zones isolées

Certaines zones ne sont pas reliées au réseau électrique. Elles doivent donc disposer de leur propre système de production d’électricité. Dans ce cas, qui est en fait l’exemple extrême de ce qu’on pourrait appeler l’insularité énergétique, il est indispensable de disposer d’un système de stockage si l’on veut utiliser des énergies renouvelables. D’une part à cause de l’irrégularité de la ressource, comme il en a déjà été discuté, mais aussi, dans le cas de l’énergie solaire, pour pouvoir produire de nuit afin de disposer d’au moins un minimum d’électricité 24h sur 24.



Néanmoins, pour les zones les plus petites, où la demande en électricité est très faible (hameaux, groupements de maisons), le STC ne dispose pas actuellement de solution compétitive. Dans ces cas, si l’on veut utiliser des ENR, il vaut probablement mieux mettre en place des panneaux photovoltaïques et/ou des éoliennes, avec un parc de batteries. L’entretient des accumulateurs est cependant couteux et leur fonctionnement/entretient est problématique (taux de décharges à respecter, remplacements réguliers du parc et recyclage).

III.3.5 L’intégration possible d’énergies renouvelables intermittentes

Il a été expliqué que l’intégration des énergies renouvelables se fait aujourd’hui en partie au moyen de centrales fossiles qui, grâce à leur production ajustable au besoin, peuvent palier à l’irrégularité des ces ressources. Cependant, avec son potentiel de stockage, le STC peut lui aussi servir de tampon et permettre une intégration plus facile des autres ENR telles que l’éolien et le photovoltaïque. Il servirait alors à stocker lorsque la production renouvelable de la région est forte, et à déstocker lorsqu’elle baisse. Avec cette vison des choses, au lieu d’être obligé de construire de nouvelles centrales fossiles pour tolérer un accroissement de la production renouvelable, on accompagnerait les programmes de constructions d’éoliennes ou de systèmes photovoltaïques par la construction de centrales STC.

Ce potentiel est d’autant plus important qu’il n’existe probablement pas une seule solution d’ENR, une technologie miracle, qui serait la meilleure. Le potentiel des énergies renouvelables varie non seulement d’une région à l’autre, mais aussi d’une saison à l’autre, d’un jour à l’autre et à chaque instant. S’il y a une solution pour fournir un maximum d’énergie renouvelable, c’est en utilisant plusieurs technologies. L’énergie hydraulique a l’avantage d’être peu couteuse, d’être stockable et utilisable au besoin : utilisons-la un maximum où c’est possible, le vent est par endroit une ressource puissante, utilisons des éoliennes dans ces endroits, la géothermie est une énergie régulière et permanente, utilisons là où c’est le plus avantageux, le solaire photovoltaïque peut alimenter les besoins électriques les plus modiques comme les plus importants, utilisons cette capacité. Le solaire thermodynamique quant à lui, en plus des autres avantages qui sont discutés dans ce mémoire, dispose d’une capacité de stockage et peut permettre l’intégration d’autres énergies renouvelables, utilisons donc cette capacité. C’est probablement ainsi, en ayant une vision globale et en tachant d’étudier la « techno-diversité » des énergies renouvelables qu’on pourra remplacer peu à peu les ressources fossiles.

Figure 15 : Utilisation de sources modulables pour intégration d’énergies renouvelables.

Source : www.altenergystocks.com

Sur ce schéma, on voit un scénario possible d’intégration d‘énergies renouvelables intermittentes grâce à une source de production « dispatchable » (en vert), c’est à dire une source dont on peut contrôler la production, comme c’est le cas pour le STC avec stockage.



III.4 UN IMPACT ENVIRONNEMENTAL ET TERRITORIAL MINIMISE

Les centrales STC sont conçues pour minimiser les impacts environnementaux, grâce à un recyclage aisé (III.4.1), une faible utilisation en eau (III.4.2) et une de compatibilité possible avec les activités agricoles (III.4.3).

III.4.1 Des systèmes entièrement et facilement recyclables

Contrairement au solaire photovoltaïque qui utilise des matériaux de haute technologie difficilement recyclables, le STC n’utilise que des matériaux classiques, entièrement et facilement recyclables (verre, acier, aluminium…). De plus, ces éléments, pris un à un, ne nécessitent pas un processus de recyclage particulier et par conséquent disposent déjà en général d’industries de recyclage. On a dès lors qu’à intégrer ce nouveau flux dans une unité de recyclage déjà existante.

De même, le cycle de vie complet des systèmes STC, d’autant plus pour les systèmes les plus récents tels que les réflecteurs linéaires de Fresnel [19], est pensé afin d’en minimiser les impacts.

III.4.2 Une utilisation d’eau minimisée

Bien que certains systèmes STC utilisent de l’eau comme fluide caloporteur et la quasi totalité en fluide de travail (pour entrainer les turbines), soucieux de ne pas avoir une consommation d’eau excessive (qui serait rédhibitoire en zones désertiques), les systèmes STC de sont généralement pensés pour utiliser un minimum d’eau durant l’exploitation. Ils fonctionnent en effet en circuit fermé et n’utilisent ainsi pratiquement pas d’apport en eau pour leur fonctionnement. Le seul organe pouvant être source d’une consommation d’eau importante réside dans le refroidissement du fluide en sortie de turbine, pour lequel la méthode la plus rentable est le refroidissement à eau (hydrocondenseurs), d’ailleurs utilisée dans les centrales thermiques conventionnelles. Cependant, soucieux de pouvoir s’implanter dans les zones les plus ensoleillées du monde, qui sont souvent aussi celles qui manquent le plus d’eau, de plus en plus de centrales voient le jour avec un refroidissement à air (aérocondenseurs) et ceux-ci sont de plus en plus compétitifs.

III.4.3 Une compatibilité possible avec l’agriculture

L’occupation des terres agricoles par des activités de production d’énergie, comme c’est le cas pour les cultures vouées aux biocarburants, peut provoquer une hausse des coûts des produits alimentaires et une diminution des surfaces agricoles disponibles. Afin de ne pas poser le même problème, il est possible, dans les zones propices, de développer des systèmes permettant de coupler production énergétique et agricole. On peut même profiter de l’ombre fourni par les systèmes solaires pour cultiver des espèces ne supportant pas les ensoleillements trop forts, on imagine bien que cela pourrait être utile dans certaines régions désertiques.

III.5 DE NOMBREUSES APPLICATIONS POSSIBLES

Le STC permet des applications diverses et variées grâce à son énergie disponible sous forme thermique, mécanique ou électrique (III.5.1), notamment la potabilisation d’eau de mer (III.5.2), la fabrication d’hydrogène (III.5.4) ou même l’hybridation avec d’autres centrales thermiques (III.5.3).

III.5.1 Une production d’énergie thermique, électrique ou mécanique

Même si on la transforme le plus souvent en électricité, le STC produit initialement une ressource en température et en pression. On peut donc l’utiliser directement pour les applications nécessitant une énergie sous forme thermique ou mécanique, et celles-ci sont diverses :



• Production de chaleur ou de froid pour l’industrie (fusion de métaux, chambres froides) • Chauffage et climatisation d’habitations ou de locaux • Production de vapeur industrielle sous pression • Pompage (nappes phréatiques, transport de combustibles en pipelines)

Cela permet en outre de profiter de l’énergie résiduelle, c’est à dire n’ayant pas été utilisée pour la production électrique, afin d’augmenter les rendements et réduire les coûts de refroidissement. En effet, la turbine ne récupère pas la totalité de la chaleur apportée par le champ solaire et, en sortie de celle-ci, on récupère de la vapeur qu’on doit ensuite condenser par refroidissement (ce qui coûte de l’énergie). En rajoutant une unité qui utilise cette chaleur latente “résiduelle”, on utilise donc une énergie qui était “perdue” et on économise une partie de l’énergie qui était justement nécessaire pour refroidir cette vapeur.

Figure 16 : Schéma simplifié de l’utilisation de la chaleur résiduelle des centrales STC. Les températures sont ici notées pour exemple.

III.5.2 Une capacité de potabilisation d’eau de mer

Il s’agit d’un cas particulier des différentes utilisations citées ci-dessus, particulièrement propice à la situation des régions insulaires méditerranéennes qui sont souvent en situation de stress hydrique, comme on le verra avec l’île de Chypre. En cas de proximité avec la mer, le STC peut être équipé d’une unité de dessalement de l’eau de mer, en plus de la génération d’énergie. On intègre alors l’unité de désalinisation dans la boucle de refroidissement, récupérant ainsi la chaleur qui autrement aurait été perdue, augmentant ainsi le rendement global et permettant une désalinisation à bas coût, aubaine pour beaucoup de pays disposant d’un ensoleillement important et souffrant de problèmes d’eau potable. Toutefois il faut prendre garde à rejeter l’eau saumure résiduelle (fortement concentrée en sel) à une distance et une profondeur suffisante, ainsi qu‘avec un mode de dispersion adapté, afin d’en limiter les impacts.

Ils y a plusieurs avantages à la mise en place un tel système. Selon le DLR (centre aérospatial allemand) dans la publication Aqua-CSP : Concentrating Solar Power for Seawater Desalination, Novembre 2007 [16] :

• L’énergie solaire thermodynamique est déjà compétitive pour la dessalinisation à partir de 50$ par baril de pétrole et sera bientôt compétitive avec le gaz naturel.

• Grâce à ses capacités de stockage et d’hybridation, le STC a la capacité de dessaler de l’eau de jour comme de nuit.

• La désalinisation peut s’effectuer en très grosses quantités (de l’ordre de centaines de m3 par jour).



III.5.3 Une possibilité d’hybridation

On appelle hybridation ou cogénération le couplage d’une centrale STC avec une centrale thermique conventionnelle (généralement fossile), de préférence déjà existante. Cela présente plusieurs avantages :

• L’hybridation permet un contrôle en direct du produ ctible, elle permet de lisser la production solaire, comme le stockage, afin de rend re l’énergie solaire acceptable par le réseau.

• Un des éléments clés dans une centrale STC est la turbine, généralement réalisée sur mesures, avec un coût élevé et des délais d’obtention importants. L’hybridation permet d’intégrer le champ solaire à un groupe turbo-alternateur existant et évite donc ce surcoût.

• L’adjonction d’un champ solaire peut permettre une augmentation des rendements thermodynamiques d’une centrale thermique conventionnelle.

A noter qu’il est également envisageable de coupler un champ solaire avec une centrale à biomasse (ou de valorisation énergétique des déchets), afin de profiter des avantages de l’hybridation tout en obtenant une énergie « 100% renouvelable ».

Figure 17 : Schéma simplifié d’une centrale STC avec hybridation biomasse. Source : www.c40cities.org

III.5.4 Une production de combustibles renouvelables envisageable

On parle aujourd’hui de plus en plus des combustibles du futur, l’hydrogène en tête. Celui-ci jouit d’une concentration énergétique importante permettant de stocker beaucoup d’énergie dans peu de masse et de volume et dispose d’une combustion totalement propre, ne dégageant aucun gaz polluant. Autre avantage, l’énergie stockée sous forme de combustible ne se « décharge » pas, ou peu, et on peut la conserver sur de longues périodes.

Cependant, si l’hydrogène est bien un combustible très intéressant, il n’est pas une ressource : nous n’avons pas de stocks d’hydrogènes, tels quels, que nous pouvons exploiter afin de faire fonctionner nos véhicules, il faut donc produire cet hydrogène. L’hydrogène peut-être généré soit par hydrolyse, avec de l’électricité, soit par voie thermique. C’est donc la source d’électricité ou de chaleur permettant de produire l’hydrogène qui est génératrice, ou pas, de pollution. En effet, si l’on trouve un moyen de synthétiser de manière rentable de l’hydrogène, mais qu’on effectue cela grâce à des ressources fossiles, le combustible ainsi créé ne sera pas renouvelable. Le STC, lui, produisant à loisir de l’électricité et de la chaleur, permet de produire ces combustibles d’une manière totalement renouvelable [35], quelque soit la méthode de production la plus avantageuse : thermique ou électrique.

Exemple du potentiel solaire thermodynamique sur un e île de la Méditerranée : étude de chypre


IV. EXEMPLE DU POTENTIEL SOLAIRE THERMODYNAMIQUE SU R

UNE ILE DE LA MEDITERRANEE : ETUDE DE CHYPRE

D’après la situation générale (IV.1) et énergétique (IV.2) de l’île de Chypre, on peut réaliser une étude prospective de faisabilité d’implantation de STC à Chypre (IV.3) et en évaluer le potentiel (IV.4).

IV.1 L’ILE DE CHYPRE

A titre préliminaire il convient de présenter de manière générale l’île de Chypre (IV.1.1), d’observer son contexte politico-économique (IV.1.2), et enfin les problèmes de la gestion de l’eau (IV.1.3).

IV.1.1 Présentation

Chypre est une île de l’est de la méditerranée, abritant une population de 750 000 habitants sur une surface de 9251 kilomètres carrés (81hab/km2). C’est la troisième plus grosse île de la Méditerranée, après la Sicile et la Sardaigne, et la plus grosse île Etat.

Figure 18 : L’île de Chypre. Source : Google Earth

Comme la majorité des îles de la Méditerranée, elle bénéficie d’une géographie riche comprenant des zones montagneuses, des plaines et bien sûr un littoral. Son climat est semi aride, avec des hivers doux et humides et des étés très chauds et secs. Chypre est l’île la plus chaude de la Méditerranée avec environ 20°C de température moyenne [22]

L’île a une activité sismique non négligeable et subit fréquemment des tremblements de terres de faible et moyenne amplitude. Les constructions antisismiques y sont d’ailleurs obligatoires depuis 1994. [23]

IV.1.2 Contexte politico-économique

Autonome, la République de Chypre est entrée dans l’Union Européenne en 2004. Bien que l’UE la considère comme une seule entité, l’île est séparée en deux. En effet, depuis 1974, la partie nord de l’île, aidée par la Turquie, se considère comme indépendante. Cela a scindé l’île sur tous les plans, ce qui la fragilise au niveau politique et économique. La capitale de la République de Chypre (Chypre du sud), est Nicosie. Ne sera étudié dans ce mémoire que le cas de la République de Chypre.



Une grande partie de l’économie chypriote est dépendante de l’importation, en effet, l’île ne s’auto-suffit pas, notamment en énergie, en nourriture, en matières premières ou encore en machinerie lourde et en véhicules de transport.

Malgré cela, la République de Chypre a enregistré une croissance économique relativement forte ces trente dernières années (en moyenne 5,8%/an et 3,1% ces dix dernières années) [24]. Durant les 20 dernières années et aujourd’hui encore, on a observé une transition du secteur primaire au secteur tertiaire, particulièrement dans le domaine du tourisme et des services financiers. De 1975 à 2003, les terres agricoles ont diminué de 15,5% et les terres arables de 12,9% [23]. Le secteur secondaire quant à lui est relativement peu développé, surement en partie à cause de l’absence de matières premières sur l’île.

IV.1.3 Contexte hydrique

Les précipitations à la surface de l’île sont très irrégulières. En automne et au printemps, elles sont souvent abondantes et causent fréquemment des inondations. En revanche, elles sont très rares en été et au printemps, engendrant des sécheresses importantes. Les précipitations varient également en fonction du territoire, avec la majorité des pluies sur les zones montagneuses. Ainsi, la chaîne du Troodos, culminant à 1952 mètres au mont Olympe sert pour ainsi dire de château d’eau à l’île. En effet, les nuages y sont arrêtés et y déversent environ 1000mm d’eau par an, à comparer aux 300mm seulement dans la plaine de la Mésorée (au centre de l’île) [25]. Les précipitations sont en moyenne de 500mm par an sur le territoire, dont plus des trois quarts sont directement perdus par évapotranspiration : l’eau douce ne représente d’ailleurs que 10km2 (soit 0,1%) de la surface de l’île [22]. En outre, les précipitations sont en baisse et la température moyenne en augmentation, avec 100mm de précipitations en moins qu’au début du siècle dernier et un réchauffement de 0,5°C [26, 25, 27, 23]. Cette situation place Chypre dans un contexte de stress hydrique permanent, aggravé par l’augmentation de la demande en eau, engendrant notamment des coupures d’eau périodiques. Actuellement, la consommation d’eau par habitant y est pourtant de 80l/jour, soit quatre fois moins que la moyenne des pays occidentaux [26].

Le manque d’eau se fait particulièrement sentir dans le domaine de l’agriculture. Dans un premier temps, les agriculteurs avaient recours au pompage dans les nappes phréatiques, mais avec l’intensification de l’agriculture, cela a rapidement posé des problèmes de remontée d’eau saline dans les nappes. Les solutions de stockage d’eau douce ont alors été largement intensifiées dans le pays dès les années 1960 : « Ainsi, alors que seuls 16 barrages avaient été réalisés entre 1900 et 1960, 46 ont été bâtis entre 1960 et 1970 » [22]. De plus, un imposant système de transfert d’eau potable a été mis en place pour mieux répartir les réserves au sein du pays, associant barrages, canalisations, tunnels et stations de traitement [25].

Cependant, malgré ces ouvrages, la désalinisation industrielle de l’eau de mer s’impose aujourd’hui comme solution quasi-inévitable, malgré son coût élevé (entre 1 et 1,5$/m3 pour l’eau de mer et 0,5 et 0,75$/m3 pour l’eau saumâtre) [27] et plusieurs centres de dessalements sont déjà opérationnels, le premier datant de 1997 [27,25]. D’autres méthodes peuvent cependant être mises en place afin de réduire le stress hydrique de l’île :

• Mise en place de systèmes de gestion de la demande en eau

• Utilisation des eaux traitées et d’eau de qualité différente selon les besoins

• Importation d’eau en provenance des pays proches (mais coût très élevé et donc généralement réservé à l’alimentation humaine)



La division de l’île en 1974 a aussi divisé la gestion de l’eau. La Turquie s’est d’ailleurs engagée depuis 1997 à livrer de l’eau potable aux chypriotes du nord. Le système a été mis en place en 1998 et consiste à transporter l’eau jusqu’à Chypre au moyen de ballons de 20 000 m3 tirés par bateau. La construction d’un pipeline reliant le nord de l’île à la Turquie a également été prévue, celui-ci devrait faire 78km et transporterait 75 millions de m3 par an [25], mais il s’agit d’une prouesse technologique dont la réalisation reste incertaine. On imagine bien les enjeux politiques induits par ce projet, car le Sud de l’île pourrait aussi profiter d’un tel ouvrage.

IV.2 CONTEXTE ENERGETIQUE

La situation énergétique de Chypre (IV.2.1), les enjeux environnementaux et les politiques mises en place (IV.2.2) impliquent une nécessité de développement des énergies renouvelables sur le territoire (IV.2.3).

IV.2.1 Situation énergétique générale

L’électricité est présente à Chypre depuis plus de 100 ans : le premier générateur électrique a été installé par le gouvernement colonial britannique en 1903, à Nicosie. [26]

L’île de Chypre ne dispose pour l’heure d’aucun gisement de ressources énergétique en dehors des énergies renouvelables. Elle est, pour ainsi dire, totalement dépendante des importations de combustibles fossiles, principalement du pétrole (environ 95%) [24]. Les produits pétroliers sont importés par les compagnies de marketing pétrolières, l’EAC (Electricity Authority of Cyprus) et deux compagnies cimentières. La Syrie et la Russie étaient jusqu’à présent les deux fournisseurs principaux [28]. Illustrant l’importance économique de cette situation : en 2003, l’importation de pétrole correspondait à 62% des gains d’exportations du pays [26].

Figure 19 : Pourcentage d’importation d’énergie à Chypre entre 1971 et 2010

Depuis plusieurs décennies, Chypre connaît une augmentation de la consommation énergétique (4,5% par an entre 1975 et 2004), avec des signes de ralentissement dès le milieu des années 90. La consommation d’électricité a grandi encore plus vite, avec 7,1% et 5,5% respectivement dans les 30 et 10 dernières années. La consommation d'électricité a d'ailleurs doublé entre 1990 et 2003 tandis que la part d’électricité dans la demande d’énergie totale est passée de 12 à 17,5 % durant cette période [24]. La quantité d’énergie consommée rapportée au PIB est la plus haute de tous les pays méditerranéens et ne semble pas être en passe de baisser. Si la tendance se confirme ces prochaines années, et si des politiques sérieuses de réduction de la consommation énergétique ne sont pas mises en place, l’utilisation de l’électricité devrait croître plus rapidement que le PIB et même tripler d’ici 20 à 25 ans, majoritairement à cause de la croissance des secteurs commerciaux et résidentiels [24].



Figure 20 : Consommation d’électricité à Chypre entre 1971 et 2010

Jusqu’en 2004, l’EAC (Electricity Authority of Cyprus) était seule responsable de la production, la transmission et la distribution de l’électricité à Chypre. Cependant, parallèlement à son entrée dans l’UE, Chypre a aujourd’hui ouvert son marché de l’électricité et un office de régulation ainsi qu’un opérateur des systèmes de transmission ont été mis en place. Cependant l’EAC restera probablement encore longtemps le fournisseur largement majoritaire. Elle dirige aujourd’hui les trois centrales thermiques du pays avec une capacité totale d’environ 1,2GW (avant l’accident de la centrale de Vasilikos en Juillet 2011, voir partie I.1.2) [29]. On se doit de mentionner que l’EAC a perdu une partie importante de ses installations lors de la séparation de 1974. Plus encore, en 2006 Chypre du Nord avait consommé 7,3 GWh d’électricité sans la payer à l’EAC [28].

Pour conclure, on ne peut ignorer que plusieurs études, en particulier des études sismiques, parlent de la présence de couches pétrolifères importantes dans les eaux territoriales chypriotes. En effet, il y aurait l’équivalent de 6 à 8 milliards de barils, pour une valeur estimée à 400 milliards de dollars, dans des zones sur lesquelles la République de Chypre aurait un droit exclusif de prospection et d’exploitation [28]. On ne sait pas cependant à l’heure actuelle si ces supposées ressources sont économiquement exploitables, mais elles pourraient bien changer du tout au tout la situation économique et énergétique chypriote et remettre en question certaines conclusions de ce mémoire sur le cas de la République de Chypre

IV.2.2 Enjeux et politiques environnementales

Chypre, ayant ratifié le protocole de Kyoto en 2003 [28], doit comme tous les autres pays Européens agir en faveur de la réduction des gaz à effet de serre. En outre, dans le cadre de la lutte contre les changements climatiques, l’UE s’est fixé un objectif de 20% de part des énergies renouvelables dans la consommation énergétique de l’Union. La Directive 2009/28/EC du Parlement européen a posé un objectif de 13% d’énergies renouvelables pour la République de Chypre, et une réduction des gaz à effet de serre de 20%, à l’horizon 2020 [30]. Afin d’atteindre cette cible, le gouvernement chypriote s’était posé les objectifs suivants en 2002 [31] :

• 6% de production d’électricité renouvelable en 2010 (cible indicative) • 10% d’économies d’énergie en 2016 (cible indicative) • 2,5% de biocarburants dans les transports en 2010 (cible indicative) • 10% de biocarburants dans les transports en 2020 (cible obligatoire)



La République de Chypre a en outre mis en place plusieurs axes de politique afin d’augmenter la part d’énergies renouvelables et de baisser les émissions polluantes. Tout d’abord, elle a prévu d’opter pour des centrales thermiques à gaz naturel, moins polluantes que le pétrole et le charbon, dans le cadre de l’augmentation de la capacité de production électrique de l’île. Deux centrales à gaz sont ainsi prévues pour 2014 [24]. Des centrales de valorisation énergétique des déchets sont également prévues, principalement dans l’industrie du ciment [28]. Les déchets ménagers et municipaux sont aussi visés et, selon une étude du « Higher Technical Institute of Cyprus », leur conversion en chaleur pour la production d’électricité correspondrait à 3,2 milliards de MJ [26], soit environ 5% de besoin d’importation de pétrole en moins pour la production électrique. On peut également mentionner des efforts au niveau des transports, avec l’adoption d’une taxe favorisant les véhicules à basses émissions de CO2 [32], dans l’industrie par des subventions allouées en faveur de la baisse de la consommation d’énergie et dans l’habitat individuel avec des aides pour l’isolation thermique des bâtiments [28].

Enfin, la génération d’électricité étant le facteur majeur de contribution aux émissions polluantes de l’île, responsable des émissions d’environ 36% du CO2, 62% de SO2, 20% des NOx et 55% du N2O [31], le gouvernement chypriote a du mettre en place un cadre législatif et des objectifs quant à l’implémentation de systèmes de production d’énergies renouvelables, afin d’atteindre la cible de 13% demandée par l’UE et de développer son autonomie énergétique. Cela sera le sujet de la partie suivante.

IV.2.3 Energies renouvelables

Tout d’abord, Chypre est le premier pays au monde en termes de chauffe-eaux solaires par habitant [30]. En effet, environ 90% des maisons individuelles, 80% des appartements et 50% des hôtels en sont équipés, pour environ 1m2 de capteurs solaires thermiques par habitant [34] (ce qui couvre environ les besoins en eau chaude sanitaire). Cela montre plusieurs choses : la présence et la constance de la ressource solaire, la sensibilité de la population sur les énergies renouvelables (en particulier solaires), la confiance en leur fonctionnement et une certaine volonté politique dans le pays.

Cependant, comme illustré sur les graphiques ci-dessous, la pénétration des énergies renouvelables sur le marché de l’électricité est quasi-nulle et les seules sources utilisées jusqu’en 2010 étaient la biomasse et le solaire photovoltaïque. Cela illustre tout à fait la situation énergétique des îles de la Méditerranée, qui diffèrent énormément de celle du continent.

Figure 21 : Comparaison production électrique Chypre et Union Européenne.

Sources : Baromètre EurObserv’er 2010 et EU Energy and Transport in figures 2010



Cependant, afin d’atteindre la cible de 13% d’ENR, le gouvernement chypriote a mis en place des tarifs de rachat incitatifs ainsi que des aides à l’investissement pour ces énergies, comme dans beaucoup d’autres pays d’Europe. Dans le « New Support Scheme » (2009-2013) des tarifs d’achats incitatifs et/ou des subventions à l’investissement ont été mis en place pour le photovoltaïque, l’éolien, les centrales biomasse, biogaz ou STC (électricité ou cogénération chaleur), la géothermie, les biocombustibles et même la dessalinisation par énergies renouvelables.

La « renewable energy policy review of Cyprus» du C onseil Européen des Energies Renouvelables, reprenant au complet les politiques incitatives relatives aux ENR à Chypre, est insérée en annexe 2.

Grâce à ces mesures concernant les ENR, le gouvernement chypriote vise à obtenir un mix d’énergie renouvelable suffisant. L’objectif indicatif pour 2010 (first Action Plan for the Promotion of Renewable Energy Sources, 2002-2010) était une production d’électricité renouvelable à 61% d’éolien, 24% de STC, 6% de photovoltaïque et 8% biomasse et biogaz confondus, comme présenté dans le tableau ci-dessous.

Figure 22 : Plan d’action énergies renouvelables à Chypre pour 2010 [31]

La mise en place de ces mesures visant à augmenter la contribution des sources d’ENR dans le mix énergétique du pays a valu à la République de Chypre de recevoir le Trophée du Congres Mondial des Energies Renouvelables en 2006 [33]. De nombreux permis de construction et d’exploitation accordés ces dernières années par le CERA (Cyprus Energy Regulatory Authority), particulièrement pour des parcs éoliens. Une puissance éolienne totale de 840MW a été accordée à ce jour et 246MW supplémentaires sont en attente, ainsi qu’un permis de construire pour 25MW de STC [30]. Malgré cela, le plan d’action a été retardé. Fin 2010, seulement 82 MW d’éoliennes étaient installées tandis que 31,5MW supplémentaires devraient être opérationnels fin 2011 [31]. En outre, pour les autres énergies renouvelables incluses dans le plan d’action, aucun réel projet ne semble lancé. Seule la capacité du petit photovoltaïque (<21 kW et donc hors du plan d’action) a augmenté. Les 6% de production d’électricité renouvelable n’ont donc pas encore été atteints à Chypre [31].

Cette situation est peut-être en partie causée par la difficulté inhérente à l’obtention de permis de construire en zone insulaire méditerranéenne (abordée pour le cas de Chypre dans le chapitre IV.3.2).



IV.3 IMPLANTATION DU STC A CHYPRE : ETUDE PROSPECTIVE DE

FAISABILITE

L’étude du productible solaire (IV.3.1), des facteurs règlementaires et économiques (IV.3.2), des problématiques d’aménagement du territoire (IV.3.3) et des applications envisageables (IV.3.4), permettent de discuter la faisabilité d’implantation d’énergie STC à Chypre (IV.4).

IV.3.1 Productible solaire

Le potentiel solaire de Chypre est excellent, à l’instar de la plupart des îles de la Méditerranée. La présence nuageuse est faible et l’île présente une forte irradiation tout au long de l’année et sur toute sa surface. La durée d’insolation journalière de Chypre varie de 9,8 heures en décembre à 14,5 heures en Juin. Le rayonnement normal direct (DNI) est compris entre à 1800 et 2300kWh/m2.an, ce qui est excellent pour une implantation de systèmes STC. Plus particulièrement, les zones les plus propices à l’installation de centrales STC sont le centre de l’île et les côtes de Limassol (Lemesos), Akrotiri, Larnaca ainsi que la côte est jusqu’à Famagusta [35]. Pour déterminer avec précision les zones propices au STC, il faudrait effectuer une étude cartographique détaillée prenant notamment en compte l’insolation, la topographie, l’orientation, l’agriculture et l’urbanisation, à l’aide d’un logiciel de Système d’Information Géographique (SIG).

Pour effectuer une évaluation précise du productible en un lieu donné, on utilise un logiciel de météorologie (dans le cadre de ce mémoire : utilisation de Meteonorm). Les résultats, qui sont en général des extrapolations à partir des données provenant des stations météorologiques les plus proches, dépendent donc de la proximité et de la quantité de stations météorologiques autour du point considéré. Pour le cas de Chypre, la collecte d’informations sur le rayonnement solaire en un nombre raisonnable de points à commencé relativement tôt : en 1959, les données sont donc relativement fiables, ce qui n’est pas le toujours le cas ailleurs.

Sur la carte d’ensoleillement suivante, les zones propices aux STC en termes de rayonnement sont les zones entre le jaune et le rouge.

Figure 23 : Carte d’ensoleillement de Chypre. Source : NASA



Figure 24 : Précipitations et températures annuelles moyennes à Chypre

Figure 25 : Ressource solaire typique à l’année (kWh/m2/an) et jour par jour (Wh/m2/jour) à Chypre

IV.3.2 Aspect règlementaires et économiques

Il existe des réglementations contrôlant l’implantation de tels systèmes et il faut les prendre en compte. En effet, toute installation de système de production d’électricité nécessite une licence de construction, d’exploitation et de distribution soumise à l’approbation du CERA (Cyprus Energy Regulatory Authority). En raison du caractère insulaire de Chypre et de la protection de l’espace qui s’y impose, c’est une procédure lourde et relativement longue (entre 3 mois et 1 an). Néanmoins, pour des centrales solaires thermiques inférieures à 5MW, il est possible de demander une exemption de licence [37]. C’est en fait une procédure de licence simplifiée et plus rapide, en cas d’approbation.

Comme expliqué dans la partie IV.2.3, la République de Chypre a mis en place un système de tarifs incitatifs en faveur des énergies renouvelables, dont un tarif d’achat pour l’électricité d’origine STC de 26c€/kWh, valable 20 ans avec une limite de 25MW par installation. Cette limite de puissance a probablement été mise en place pour empêcher la construction de trop grosses centrales, mais cela limite quelque peu les économies d’échelles réalisables. En effet, il est souvent admis qu’une augmentation de l’échelle est un facteur de réduction des coûts. Malgré cette limite, justifiable, le tarif d’achat est tout à fait suffisant pour permettre la mise en place de centrales STC, dès aujourd’hui. Une étude récente (Septembre 2011) menée par CSP Today a évalué le coût de l’énergie fournie (LCOE : Levelized Cost of Energy) par la technologie la plus mature de STC (cylindro-parabolique) à entre 0.15 et 0.24 €/kWh électrique [18].

Ce tarif d’achat incitatif n’est par contre pas suffisant pour conclure sur la faisabilité de centrales STC sans considérer d’autres facteurs. En réalité, beaucoup d’éléments sont à prendre en compte pour valider la faisabilité économique d’une installation STC à Chypre. Les paramètres pouvant agir sur la rentabilité d’une centrale sont (non exhaustif) :

• L’ensoleillement • Le coût du terrain • La topographie du terrain • La puissance de la centrale • Le type de système STC utilisé • Le mode d’opération de la centrale et la capacité de stockage



• La proximité d’industries pour utilisation de chaleur • La proximité de la mer pour dessalinisation • La proximité de réseaux de chaleur urbains pour chauffage ou climatisation • Les facteurs économiques, notamment le taux d’emprunt et la part de fonds propres dans

l’investissement

En tenant compte de tous ces facteurs et en cherchant les solutions les plus avantageuses pour chaque projet, au cas par cas, il est possible de rendre les projets de centrales STC économiquement viables [30]. Il aurait été tentant de donner les conditions exactes qui permettent de tels projets, mais ce serait faire des simplifications qui fausseraient le sens même de l’étude. Tous les éléments qui permettent d’établir la viabilité d’un projet sont d’une part interdépendants, et de plus varient selon chaque projet et selon le porteur de projet. Bien que des études aient été réalisées sur la question, elles restent soient trop précises, soient trop larges [30, 35, 36, 38, 39]. Les conclusions de ces études convergent néanmoins vers un point : sous certaines conditions, l’implantation de centrales STC à Chypre peut être économiquement viable. C’est pourquoi une étude de faisabilité complète est nécessaire pour chaque projet.

Ces études, qui doivent prendre en compte tous les paramètres susnommés, nécessiteraient un modèle informatique permettant de déterminer les caractéristiques technico économiques d’une centrale en fonction de ces facteurs, et d’en déterminer les caractéristiques optimales. L’entreprise SOLAR EUROMED a justement développé son logiciel d’optimisation technico-économique de centrales STC qui lui permet de déterminer la faisabilité ou non d’une centrale en un lieu donné et avec des contraintes données. Cet outil est cependant l’un des « savoirs faire » de l’entreprise, au même titre qu’un brevet, et son fonctionnement, ainsi que les hypothèses prises en compte, ne peuvent-être expliqués dans le cadre de ce mémoire.

IV.3.3 Réflexions sur l’aménagement du territoire

L’implantation de centrales STC nécessite d’une part de l’espace, et d’autre part des conditions particulières. Ainsi, elles requièrent une réflexion particulière sur le territoire et son aménagement. Il faut prendre en compte la surface nécessaire, la topographie du lieu, l’accès aux réseaux, l’adéquation avec d’autres activités, l’intégration paysagère, etc.

L’emprise au sol est un paramètre d’une importance considérable en région insulaire en raison de la limitation de du territoire, même dans les îles relativement étendues comme Chypre. C’est pourquoi il semble important de rechercher des systèmes permettant la coexistence du STC et d’autres activités, sur le même espace. Dans ce cadre, l’intégration de cultures ou d’élevages avec des systèmes STC, ainsi que la réhabilitation de sites paraissent des solutions prometteuses qui devraient être approfondies.

La prise en compte de la topographie est aussi un paramètre important afin de choisir un site d’implantation de STC. En effet les systèmes STC linéaires nécessitent des terrains très plats (pente <3%), ce qui limite beaucoup les possibilités d’implantation, notamment à Chypre où le relief est relativement important (à l’instar de la plupart des zones insulaires européennes [11]). Les systèmes ponctuels en revanche peuvent être implantés dans des zones pentues, à condition que la pente soit vers le sud (vers le nord dans l’hémisphère sud), et cela peut même leur conférer des avantages. Il faut donc adapter la technologie en fonction de la topographie du lieu.

Il faut également prendre en compte les différentes utilisations possibles du STC. Tout d’abord, si le système est voué à la production électrique, il faut s’assurer d’avoir une liaison au réseau. Si on compte réaliser de la dessalinisation, la centrale devra être proche des côtes. Dans le cas de production de chaleur industrielle, il faudra penser l’implantation près d’industries, si possibles de pôles industriels même. Pour la climatisation ou le chauffage de bâtiments, il faudra être proche d’une zone urbaine.



IV.3.4 Applications possibles du STC à Chypre

Dessalement d’eau de mer

Comme il l’a été largement démontré dans la partie IV.1.3 : contexte hydrique, l’île de Chypre souffre d’importantes et permanentes pénuries d’eau et la dessalinisation d’eau de mer paraît une solution inévitable. Justement, le STC, permet un dessalement d’eau de mer efficace, à bas coût et respectueux de l’environnement. Pour l’anecdote, les légionnaires de Jules César utilisaient d’ailleurs déjà l’énergie solaire à des fins de potabilisation d’eau de mer, pendant le siège d’Alexandrie.

De nombreuses études ont été réalisées sur les problèmes d’eau à Chypre et certaines ont étudié la faisabilité du dessalement d’eau de mer par voie STC [27, 36]. Les conclusions de ces études montrent que les consommateurs d’eau chypriotes sont à même de payer les coûts qui y sont liés. Les effets sur l’environnement, la société et l’économie de ce manque d’eau, sont d’ailleurs plus élevés que le coût économique de la désalinisation de l’eau par voie STC.

Chauffage et climatisation solaire

Chypre doit baisser ses émissions de gaz à effet de serre et sa dépendance énergétique. Or, les secteurs du chauffage et de la climatisation des habitations, des hôtels, bâtiments publiques etc. sont fortement énergivores et produisent donc beaucoup d’émissions polluantes. Le STC, dont la ressource est en chaleur, tout comme les énergies fossiles, pourrait remplacer ces dernières également pour ces besoins. Cependant, si on veut utiliser la ressource en chaleur afin d’économiser la conversion électrique, cela pose bien-sûr d’autres difficultés, comme la création de réseau de transport de l’énergie thermique dans les zones urbaines (type réseau de chaleur CPCU en île de France).

Chaleur industrielle

Les industries qui nécessitent de grandes quantités d’énergie thermique, localisées en un seul endroit, posent moins le problème du transport de l’énergie thermique. Il est donc plus facile d’utiliser de l’énergie thermique d’origine STC pour des besoins industriels que pour des besoins individuels. Une étude a d’ailleurs été réalisée sur la faisabilité de la génération de chaleur par voie STC pour une utilisation industrielle [38]. Les conclusions de cette étude montrent que le potentiel du STC dans ce cadre est énorme et qu’on devrait mettre en place de tels systèmes partout où c’est possible. Il est aussi précisé que plus les applications industrielles sont importantes et demandent de grandes quantités de chaleur, plus l’utilisation du STC est rentable.

Stockage énergétique

Il est également envisageable d’utiliser le STC non pas comme une simple source de production d’énergie, mais comme une source de production d’un stock d’énergie. Dans ce cadre, les systèmes STC seraient dimensionnés pour permettre un maximum de stockage d’énergie et leur but premier ne serait pas la production électrique basique, mais une production ciblée en fonction des besoins particuliers du réseau électrique, en temps réel. De cette manière, comme il a déjà été discuté dans le chapitre III.3.5, on pourrait permettre l’insertion d’autres sources d’ENR disposant d’un fort potentiel à Chypre mais dont le caractère chaotique de la production empêche une intégration au réseau à grande échelle, comme les éoliennes, et ce sans avoir recours à des énergies fossiles. De même, on pourrait répondre aux augmentations passagères de la demande et couvrir les pics de consommation sans avoir à surdimensionner les moyens de production d’énergie. Dans cette optique, on pourrait aller dans le sens d’un système d’énergie de plus en plus renouvelable, et éliminer peu à peu les moyens de production d’énergie fossile.



IV.4 CONCLUSIONS SUR LE POTENTIEL STC CHYPRIOTE

La présente étude montre que la République de Chypre présente des avantages à la mise en place des systèmes d’ENR. En effet, on y dénote tout d’abord un besoin en ENR découlant des avantages et solutions apportés par ces dernières, tels que :

• La réduction de la dépendance à l’importation de ressources fossiles • La réduction des impacts environnementaux

Ainsi qu’un cadre positif, avec :

• Un productible suffisant • Des politiques incitatives

En particulier, le STC présente des avantages qui seraient profitables :

• Un bon productible solaire • Une capacité de stockage permettant une fourniture d’énergie stable et une capacité

d’aide à l’intégration au réseau d’autres types d’ENR • Des applications possibles variées • Un coût admissible et en baisse • Une solution pour la réduction du stress hydrique de l’île • L’augmentation de la sécurité d’approvisionnement en énergie

De plus, Chypre a déjà montré sa capacité à profiter de son potentiel solaire afin de réduire sa facture énergétique fossile en étant le premier pays au monde en termes de chauffe-eaux solaires. Plusieurs études confirment d’ailleurs la faisabilité d’implantation de centrales STC sur l’île [30, 35, 36, 38, 39].

Cependant, la conclusion de cette étude n’est en aucun cas que le STC serait la seule solution aux problèmes énergétiques de Chypre. En effet, il n’existe pas une seule ENR qui serait la meilleure et qu’on devrait mettre en place, sans considérer les autres. Si la République de Chypre souhaite réellement augmenter la part d’ENR dans son mix énergétique, ce sera grâce à plusieurs sources d’ENR différentes, chacune utilisée là ou elle s’applique le mieux, et dans le cadre d’une gestion réfléchie de ces nouveaux types de production énergétique. Simplement, le STC est probablement une des énergies les plus intéressantes en fonction des besoins énergétiques inhérents à l’île. Les études de faisabilité doivent toutefois être réalisées au cas par cas, en prenant en compte tous les paramètres.

Chypre semble par ailleurs s’être donné les capacités à effectuer de tels changements, comme le montre son obtention du Trophée du Congres Mondial des Energies Renouvelables en 2006. Il reste aujourd’hui à ce que les acteurs internationaux du STC essaient, avec l’aide des acteurs industriels et politiques Chypriote, de s’implanter sur l’île, de manière intelligente et durable.

Finalement, on notera que la découverte récente de réserves de gaz naturel potentiellement exploitables dans les eaux territoriales Chypriotes [28] peut remettre en question certaines des conclusions de ce mémoire. L’attrait des ENR serait dans ce cas minimisé, du moins pour ce qui est de l’autonomie énergétique, de la dépendance à l’importation de ressources fossiles et du coût de l’énergie qu’elle induit. Cependant, sur les plans sociaux, sociétaux, environnementaux et règlementaires, les ENR n’en resteraient pas moins une nécessité.

CONCLUSION et Perspectives


V. CONCLUSION ET PERSPECTIVES

Agenda 21, Chapitre 17 [14] :« les îles sur lesquelles vivent de petites collectivités, constituent un cas particulier du point de vue tant de l'environnement que du développement, car ils sont écologiquement fragiles et vulnérables. Leur faible étendue, leurs ressources limitées, leur dispersion géographique et leur éloignement des marchés sont autant de handicaps économiques et empêchent les économies d'échelle. » Les îles de la Méditerranée en sont un exemple, ce sont des régions bien particulières, avec des problématiques propres. Cela est également vrai dans le domaine de l’énergie.

La dépendance en importations de ressources fossiles, les désavantages inhérents aux réseaux électriques limités et les problématiques liées la saisonnalité de leurs économies mettent en exergue les enjeux de l’insertion d’énergies renouvelables dans leur mix énergétique. En effet, ces énergies nouvelles répondent à des enjeux économiques, environnementaux et sociaux. De plus, les régions insulaires méditerranéennes disposent de ressources solaires et éoliennes particulièrement intéressantes et d’une volonté avérée de la part des populations à leur mise en place. Néanmoins, leur insertion en région insulaire pose certains problèmes, notamment une lacune en systèmes de stockage compétitifs qui empêche l’intégration à grande échelle de leur production, irrégulière et intermittente, dans les réseaux électriques.

Le solaire thermodynamique à concentration, pouvant profiter d’un abondant productible solaire dans ces régions, dispose d’avantages intéressants. C’est une technologie particulièrement propre, minimisant les impacts environnementaux lors de sa fabrication, son fonctionnement et sa fin de vie. Elle dispose d’un potentiel de stockage d’énergie à bas coût, permettant ainsi le contrôle de la production et pouvant faciliter l’intégration d’autres énergies renouvelables intermittentes dans les réseaux électriques. Enfin, elle permet diverses applications grâce au caractère thermique ou électrique de l’énergie fournie, telles que la production de chaleur ou de froid, le pompage, la potabilisation d’eau de mer et à plus long terme, la production de combustibles solaires.

On notera cependant qu’une des difficultés majeures rencontrées pendant l’élaboration de ce mémoire, et dégagée également par nombres d’auteurs sur le sujet, est le manque d’informations ciblées sur les territoires insulaires méditerranéens. Il existe très peu de données, statistiques ou techniques, concernant l’ensemble des îles de la Méditerranée, et sur lesquels il serait possible de s’appuyer. C’est pourquoi il fut utile de se limiter à un cas particulier : l’île de Chypre, sans toutefois pouvoir en étendre les conclusions sans réserves à toute la zone étudiée.

Néanmoins, les enjeux énergétiques et environnementaux de l’île de Chypre sont comparables à beaucoup de régions insulaires et l’implantation d’énergies renouvelables y semble une nécessité. Le gouvernement chypriote, conscient de ces enjeux et poussé par l’Union Européenne, a mis en place des politiques incitatives fortes en faveur de ces énergies. Dans ce cadre, l’implantation de centrales thermodynamiques à concentration est entièrement envisageable et serait propice au développement énergétique de l’île. Cependant ce constat, bien que positif, n’est valable que sous certaines conditions, dépendant de paramètres intrinsèques à chaque projet.

En plus d’avoir mis en lumière la nécessité de l’implantation d’énergies renouvelables en régions insulaires méditerranéennes, ce mémoire à permis d’identifier, qualitativement du moins, certains paramètres pouvant influer la faisabilité d’insertion d’une de ces énergies : le solaire thermodynamique à concentration :

• Le productible (ensoleillement normal direct) • Le coût du terrain • La topographie du terrain • La puissance de la centrale • Le type de système STC utilisé • Le mode d’opération de la centrale et la capacité de stockage • La proximité d’industries pour utilisation de chaleur

CONCLUSION et Perspectives


• La proximité de la mer pour dessalinisation • La proximité de réseaux de chaleur urbains pour chauffage ou climatisation • Les facteurs économiques tels que les taux d’emprunt et la part de fonds propres dans

l’investissement

Il a également permis de montrer quelques-uns des avantages que cette technologie apportait :

• La réduction de la dépendance à l’importation de ressources fossiles • L’augmentation de la sécurité d’approvisionnement en énergie • La réduction des impacts environnementaux liés à l’énergie • Des applications possibles variées • Une capacité de stockage permettant une fourniture d’énergie stable et une capacité

d’aide à l’intégration au réseau d’autres types d’ENR • Un coût admissible et en phase de baisser • Une solution pour la réduction du stress hydrique de l’île

Plus généralement, on peut supposer à la lumière de cette recherche que le solaire thermodynamique à concentration dispose d’un potentiel dans toutes les régions qui ont :

• une bonne ressource solaire • un espace utilisable suffisant • une demande forte en énergie • une sensibilité de la population aux problèmes environnementaux et aux avantages

apportés par les énergies renouvelables

Ce travail a également montré les difficultés d’insertion des énergies renouvelables sur les territoires limités et protégés des zones insulaires, en l’occurrence méditerranéennes. Quelques solutions sont citées, telles que la cohabitation avec des activités agricoles, la réhabilitation de carrières ou de friches industrielles et l’intégration de plusieurs types d’énergies renouvelables sur un même territoire, mais il s’agit d’une problématique à part entière, dont les solutions dépendent des territoires et des technologies considérées.

La finalité de ce mémoire n’est absolument pas de démontrer que le solaire thermodynamique à concentration constitue la solution énergétique des îles de la Méditerranée, car il serait absurde de parler de solution unique. Il a simplement été mis en avant les avantages qu’il pourrait apporter, s’il faisait partie du mix énergétique de ces régions. En effet si les îles ont la capacité d’augmenter la part renouvelable de leur énergie, c’est bien en utilisant une diversité de technologies différentes, en fonction des avantages de chacune, selon la situation, notamment concernant le territoire concerné, les ressources disponibles et les contraintes imposées.

La question se pose donc de l’association de ces énergies les unes avec les autres. De l’utilisation des avantages de certaines pour permettre l’insertion d’autres. De la combinaison de ces énergies au sens propre (couplage centrale biomasse et STC sur même groupe turboalternateur, couplage éoliennes et photovoltaïque avec batteries), sur le plan territorial (éoliennes insérées dans des champs solaires) ou pour l’intégration au réseau électrique (couplages énergies avec potentiel de stockage, type STC ou hydraulique, avec énergies intermittentes, type photovoltaïque ou éolien). Cette problématique ne s’applique d’ailleurs pas qu’aux territoires insulaires méditerranéens, mais bien à l’ensemble de la planète, si l’on veut augmenter la part d’énergies renouvelables dans le mix énergétique global. Les solutions dépendront bien sûr de l’évolution de ces technologies relativement nouvelles dans ces prochaines décennies, mais cette question mérite surement qu’on lui accorde un intérêt particulier dès à présent, afin de pouvoir mettre en place des solutions viables et durables pour la production énergétique de l’humanité.

Table des matières


TABLE DES MATIERES

SOMMAIRE ..............................................................................................................................................

INTRODUCTION ...................................................................................................................................... 1

I. DE LA SITUATION ENERGETIQUE DES ILES DE LA MEDITERRANEE A LA NECESSITE DES ENERGIES

RENOUVELABLES .................................................................................................................................... 5

I.1 LA SITUATION ENERGETIQUE EN REGION INSULAIRE MEDITERRANEENNE ........................................................ 5 I.1.1 UN APPROVISIONNEMENT ENERGETIQUE FOSSILE .........................................................................................5

I.1.2 UN RESEAU ELECTRIQUE LIMITE ................................................................................................................5 I.1.3 UNE VARIATION SAISONNIERE DE LA CONSOMMATION ENERGETIQUE ..............................................................6 I.2 ENJEUX DES ENERGIES RENOUVELABLES EN REGION INSULAIRE MEDITERRANEENNE .......................................... 7 I.2.1 ENJEUX ENVIRONNEMENTAUX ..................................................................................................................7

I.2.2 ENJEUX ENERGETIQUES ...........................................................................................................................7 I.2.3 ENJEUX SOCIAUX ET SOCIETAUX ................................................................................................................7 I.2.4 ENJEUX ECONOMIQUES ...........................................................................................................................8 I.3 AVANTAGES INHERENTS AUX ILES DE LA MEDITERRANEE QUANT A L’INTEGRATION DES ENERGIES RENOUVELABLES 9 I.3.1 UN COUT ENERGETIQUE ELEVE ..................................................................................................................9 I.3.2 DES RESSOURCES RENOUVELABLES INTERESSANTES ......................................................................................9

I.3.3 UNE FORTE ACCEPTATION SOCIALE ......................................................................................................... 10

II. DES PROBLEMATIQUES QUANT A L’INSERTION DES ENERGIES RENOUVELABLES EN REGION

INSULAIRE MEDITERRANEENNE ............................................................................................................11

II.1 ACCEPTATION DES ENERGIES RENOUVELABLES PAR LES RESEAUX ELECTRIQUES INSULAIRES ..............................11

II.1.1 DES RESSOURCES IRREGULIERES ET DIFFICILEMENT PREVISIBLES .................................................................. 11 II.1.2 UNE CARENCE EN SYSTEMES DE STOCKAGE ENERGETIQUES ........................................................................ 12 II.1.3 DES PROBLEMES D’INTEGRATION AU RESEAU ELECTRIQUE ......................................................................... 13 II.1.4 LA NECESSITE DE SOURCES ENERGETIQUES MODULABLES ........................................................................... 13 II.2 LE CARACTERE INSULAIRE COMPLIQUANT L’INTEGRATION DES ENERGIES RENOUVELABLES SUR LE TERRITOIRE ......15 II.2.1 UNE SURFACE LIMITEE ET PARFOIS PROTEGEE .......................................................................................... 15 II.2.2 DES DIFFICULTES DE COEXISTENCE SPACIALE AVEC LES AUTRES ACTIVITES ..................................................... 15

II.3 DES FACTEURS COMPLIQUANT L’ACCEPTATION SOCIALE ET SOCIETALE DES ENERGIES RENOUVELABLES ...............16 II.3.1 UN COUT DE PRODUCTION GENERALEMENT PLUS ELEVE ............................................................................ 16 II.3.2 UN IMPACT VISUEL ............................................................................................................................. 16 II.3.3 UNE PRODUCTION ET UN RECYCLAGE PARFOIS PROBLEMATIQUES ............................................................... 17

II.3.4 UN ENGAGEMENT POLITIQUE NECESSAIRE .................................................. ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

III. LES AVANTAGES DU SOLAIRE THERMODYNAMIQUE A CONCENTRATION POUR LES ILES DE LA

MEDITERRANEE .....................................................................................................................................18

III.1 UNE TECHNOLOGIE EN DEVELOPPEMENT ..............................................................................................18 III.1.1 DEFINITION ET FONCTIONNEMENT ....................................................................................................... 18 III.1.2 ETAT DE L’ART .................................................................................................................................. 19

III.2 UNE RESSOURCE SOLAIRE INTERESSANTE .............................................................................................22 III.2.1 UN PRODUCTIBLE SOLAIRE ABONDANT ................................................................................................. 22 III.2.2 ADAPTATION AUX PICS DE DEMANDE JOURNALIERS ET ANNUELS ............................................................... 23 III.3 UN STOCKAGE ENERGETIQUE A BAS COUT ............................................................................................24

III.3.1 UN STOCKAGE THERMIQUE EFFICACE ET A BAS COUT ............................................................................... 24 III.3.2 L’INTEGRATION AU RESEAU ELECTRIQUE FACILITEE .................................................................................. 25

Table des matières


III.3.3 UNE ADAPTATION DE LA PRODUCTION SELON LA DEMANDE ...................................................................... 25 III.3.4 UNE UTILISATION POSSIBLE EN ZONES ISOLEES ....................................................................................... 25 III.3.5 L’INTEGRATION POSSIBLE D’ENERGIES RENOUVELABLES INTERMITTENTES ................................................... 26

III.4 UN IMPACT ENVIRONNEMENTAL ET TERRITORIAL MINIMISE .....................................................................27 III.4.1 DES SYSTEMES ENTIEREMENT ET FACILEMENT RECYCLABLES ..................................................................... 27 III.4.2 UNE UTILISATION D’EAU MINIMISEE ..................................................................................................... 27 III.4.3 UNE COMPATIBILITE POSSIBLE AVEC L’AGRICULTURE ............................................................................... 27

III.5 DE NOMBREUSES APPLICATIONS POSSIBLES ..........................................................................................27 III.5.1 UNE PRODUCTION D’ENERGIE THERMIQUE, ELECTRIQUE OU MECANIQUE ................................................... 27 III.5.2 UNE CAPACITE DE POTABILISATION D’EAU DE MER .................................................................................. 28

III.5.3 UNE POSSIBILITE D’HYBRIDATION ......................................................................................................... 29 III.5.4 UNE PRODUCTION DE COMBUSTIBLES RENOUVELABLES ENVISAGEABLE....................................................... 29

IV. EXEMPLE DU POTENTIEL SOLAIRE THERMODYNAMIQUE SUR UNE ILE DE LA MEDITERRANEE :

ETUDE DE CHYPRE .................................................................................................................................30

IV.1 L’ILE DE CHYPRE..............................................................................................................................30 IV.1.1 PRESENTATION ................................................................................................................................. 30 IV.1.2 CONTEXTE POLITICO-ECONOMIQUE ...................................................................................................... 30

IV.1.3 CONTEXTE HYDRIQUE ........................................................................................................................ 31 IV.2 CONTEXTE ENERGETIQUE ..................................................................................................................32 IV.2.1 SITUATION ENERGETIQUE GENERALE .................................................................................................... 32 IV.2.2 ENJEUX ET POLITIQUES ENVIRONNEMENTALES........................................................................................ 33

IV.2.3 ENERGIES RENOUVELABLES ................................................................................................................. 34 IV.3 IMPLANTATION DU STC A CHYPRE : ETUDE PROSPECTIVE DE FAISABILITE ...................................................36 IV.3.1 PRODUCTIBLE SOLAIRE ....................................................................................................................... 36

IV.3.2 ASPECT REGLEMENTAIRES ET ECONOMIQUES ......................................................................................... 37 IV.3.3 REFLEXIONS SUR L’AMENAGEMENT DU TERRITOIRE ................................................................................. 38 IV.3.4 APPLICATIONS POSSIBLES DU STC A CHYPRE .......................................................................................... 39 IV.4 CONCLUSIONS SUR LE POTENTIEL STC CHYPRIOTE ..................................................................................40

V. CONCLUSION ET PERSPECTIVES .....................................................................................................41

TABLE DES MATIERES ............................................................................................................................43

VI. BIBLIOGRAPHIE ............................................................................................................................45

VI.1 ENERGIES ......................................................................................................................................45 VI.2 ENERGIE ET ILES ..............................................................................................................................46 VI.3 SOLAIRE THERMODYNAMIQUE A CONCENTRATION .................................................................................46

VI.4 CHYPRE : .......................................................................................................................................47

ANNEXES ...............................................................................................................................................48

ANNEXE 1 : QUELQUES CENTRALES STC ............................................................................................................

ANNEXE 2 : TARIFS ET POLITIQUES ENERGIES RENOUVELABLE A CHYPRE .................................................................. ANNEXE 3 : LE STOCKAGE ENERGETIQUE, ETAT DE L’ART .......................................................................................

RESUMES (FRANÇAIS ET ANGLAIS) ET MOTS CLES ....................................................................................

Bibliographie


VI. BIBLIOGRAPHIE

VI.1 ENERGIES

[1] Bilan 2007 des changements climatiques : Rapport de synthèse, GIEC (page 5)

[2] Schéma de R. Perez et al.

Références issues du schéma :

1. S. Heckeroth, Renewables.com, adapted from Christopher Swan (1986): Sun Cell, Sierra Club Press

2. C. Archer & M. Jacobson, Evaluation of Global Wind Power -- Stanford University, Stanford, CA

3. World Energy Council

4. G. Nihous, An Order-of-Magnitude Estimate of Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC) Resources, Journal of Energy Resources Technology -- December 2005 -- Volume 127, Issue 4, pp. 328-333

5. R. Whittaker (1975): The Biosphere and Man -- in Primary Productivity of the Biosphere. Springer-Verlag, 305-328. ISBN 0-3870-7083-4.

6. Environmental Resources Group, LLC http://www.erg.com.np/hydropower_global.php

7. MIT/INEL The Future of Geothermal Energy-- Impact of Enhanced Geothermal Systems [EGS] on the U.S. in the 21st century

http://www1.eere.energy.gov/geothermal/egs_technology.html -- based on estimated energy recoverable economically in the next 50 years. Ultimate high depth potential would be much higher.

8. BP Statistical Review of World Energy 2007

9. http://www.wise-uranium.org/stk.html?src=stkd03e

10. R. Price, J.R. Blaise (2002): Nuclear fuel resources: Enough to last? NEA updates, NEA News 2002 – No. 20.2

11. Solar energy received by emerged continents only, assuming 65% losses by atmosphere and clouds

[3] UNCERTAINTY IN LONG-TERM PHOTOVOLTAIC YIELD PREDICTIONS, Didier Thevenard, Numerical Logics Inc. with contributions from Anton Driesse, Photovoltaic Performance Labs and Dave Turcotte, Yves Poissant, CanmetENERGY, Natural Resources Canada, 2010

[4] Solar Energy Grid Integration Systems – Energy Storage (SEGIS-ES), Program concept paper, Dan Ton, U.S. Department of Energy, Georgianne H. Peek Charles Hanley John Boyes Sandia National Laboratories, 2008

[5] Design of Commercial Solar Updraft Tower Systems – Utilization of Solar Induced Convective Flows for Power Generation, Jörg Schlaich, Rudolf Bergermann, Wolfgang Schiel, Gerhard Weinrebe

Bibliographie


VI.2 ENERGIE ET ÎLES

[6] Marin C. Towards 100% RES supply. An objective for the islands, 2004

[7] First European Conference on Sustainable Island Development. Ciutadella – Menorca, May 1997.

[8] Integration Limit of Renewable Energy Systems in Small Electrical Grid, Gilles Nottona, Ludmil Stoyanovb, Motaz Ezzata, Vladimir Lararovb,Said Diafc, Christian Cristofaria, 2011

[9] Impact of social costing on the competitiveness of renewable energies: the case of Crete, S. Mirasgedis, D. Diakoulaki, L. Papagiannakis, A. Zervos, 1998

[10] Assessment of public acceptance and willingness to pay for renewable energy sources in Crete, Nikolaos Zografakis, Elli Sifaki, Maria Pagalou, Georgia Nikitaki, Vasilios Psarakis, Konstantinos P. Tsagarakis c, 2009

[11] Analyse des régions insulaires et des régions ultrapériphériques de l’Union européenne : Partie I Les territoires et les régions insulaires, Présenté par le consortium Planistat Europe (leader) Bradley Dunbar Ass. (partenaire), 2003,

[12] MAXIMIZATION OF THE PENETRATION OF RES IN ISLANDS, ROADMAP, programme STORIES (www.storiesproject.eu)

[13] The sustainable management of renewable energy sources installations: legal aspects of their environmental impact in small Greek islands, Efpraxia Maria, Theocharis Tsoutsos, 2003

[14] Action 21. Déclaration de Rio sur l’Environnement et le développement, Conférence des nations unies sur l’environnement et le développement (CNUED). United Nation Publications, 1992

VI.3 SOLAIRE THERMODYNAMIQUE À CONCENTRATION

[16] AQUA-CSP : Concentrating Solar Power for Seawater Desalination, Final Report by German Aerospace Center (DLR), 2007

[17] Bruno Rivoire, LE SOLAIRE THERMODYNAMIQUE

[18] Solar thermal parabolic trough economics, Hélionoticias, <http://www.helioscsp.com/noticia.php?id_not=655>

[19] LIFE CYCLE ASSESSMENT OF SOLAR COLLECTOR: FRESNEL MODULE AND PARABOLIC TROUGH ASSEMBLIES, SolarPACES, Simon Benmarraze, Patrick Lecuillier, Régis Olivés et Marc M.Benmarraze, 2010

[20] HAZARD ISSUES IN PARABOLIC TROUGH TECHNOLOGY USING MOLTEN SALT & SYNTHETIC OIL WITH REGARD TO OXIDIZING AND TOXICITY PROPRIETIES, SolarPACES, Marc Benmarraze, Anne Jaulain, David Itskhokine, Laurent Guillier, Nicolas Noel, Wassila Benaissa et Simon Benmarraze, 2010

[21] Gemasolar: 24-hour solar power, here and now, Hélionoticias <http://www.helioscsp.com/noticia.php?id_not=541>, 2011

Bibliographie


VI.4 CHYPRE

[22] L'AGRICULTURE CHYPRIOTE CONFRONTEE AUX PROBLEMES DE GESTION DE L'EAU, Association Agr'eau http://agr.eau.free.fr ENSA 2 Promotion 153, 2004

[23] Natural Heritage and hazards, Cyprus National Report, 2006

[24] Forecast of electricity consumption in Cyprus up to the year 2030: The potential impact of climate change, Theodoros Zachariadis, 2009

[25] Entre insularité et division territoriale : les difficultés de la gestion de l’eau à Chypre, Pierre BLANC, Institut agronomique méditerranéen de Montpellier (IAM), 2006

[26] Cyprus energy system and the use of renewable energy sources, C. Koroneos, P. Fokaidis, N. Moussiopoulos, 2003

[27] Seawater desalination projects, The Cyprus experience, Nicos X. Tsiourtis, 2001

[28] The energy policy of the Republic of Cyprus, P.A. Pilavachi, N.G. Kalampalikas, M.K. Kakouris, E. Kakaras, D. Giannakopoulos, 2007

[29] Implementation of distributed generation technologies in isolated power systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Andreas Poullikkas, 2007

[30] Economic analysis of power generation from parabolic trough solar thermal plants for the Mediterranean region—A case study for the island of Cyprus, Electricity Authority of Cyprus, Andreas Poullikkas, 2009

[31] Reduction of air pollutant emissions using renewable energy sources for power generation in Cyprus, G. Tsilingiridis, C. Sidiropoulos, A. Pentaliotis, 2010

[32] CHALLENGES FOR A EUROPEAN MARKET FOR ELECTRIC VEHICLES, IP/A/ITRE/NT/2010-004, Parlement Européen 2010

[33] Cyprus energy policy: The road to the 2006 world renewable energy congress trophy, Christos N. Maxoulisa, Soteris A. Kalogiroub, 2007

[34] Cyprus Institute of Energy <http://www.cie.org.cy>

[35] Solar tower power plant in Germany and future perspectives of the development of the technology in Greece and Cyprus, Spiros Alexopoulos, Bernhard Hoffschmidt, 2009

[36] The CSP-DSW Project An Overview. Techno-economic study of the feasibility of cogeneration of Electricity and Desalinated Sea Water using Concentrated Solar Power, The Cuprus Institute, 2010

[37] CERA annual report 2009, Cyprus Energy Regulatory Authority

[38] Parabolic trough collectors for industrial process heat in Cyprus, Soteris A. Kalogirou, 2001

[39] Parametric analysis for the installation of solar dish technologies in Mediterranean regions, Andreas Poullikkas, George Kourtis, Ioannis Hadjipaschalis, 2010

Le potentiel STC des îles de méditerranée, exemple du cas de Chypre. ANNEXES ________ p 1/19

ANNEXES

ANNEXES

ANNEXE 1 : QUELQUES CENTRALES STC

Prototype d’Augustin Bernard Mouchot, 1878 Centrale de pompage de Meadi, Egypte, 1912

Photographies actuelles de centrales STC. Source : Desertec-UK.

http://www.trec-uk.org.uk/pictures.htm

Centrales PS10 (premier plan) et PS20. Tours solaires. Sanlucar la Mayor (proche de Séville) Espagne


ANNEXES

Paraboles solaires SPB, Espagne.

Centrale cylindro-parabolique. Désert du Nevada.


ANNEXES

Centrale cylindro-parabolique. Kramer Junction. Désert du Mojave. Californie

Module Fresnel, prototype de Solar Power Group. Plataforma solar d’Almeria. Espagne.


ANNEXES

ANNEXE 2 : TARIFS ET POLITIQUES ENERGIES RENOUVELAB LE A CHYPRE

1

RENEWABLE ENERGY POLICY REVIEW

CYPRUS

Cyprus has no indigenous sources of energy and at the moment, it is almost entirely dependent on imported

energy. In y 2007, imports of oil products, coal and pet coke for home consumption, amounted to 1.05 million

c imports. Energy is therefore of vital

The energy consumption in Cyprus is predominantly oil-based and amounts to 96% of the total energy

consumption. Other forms of commercial energy used are Solid Fuels (coal and pet coke) for the production of

cement, amounting to 2.0% of the total energy consumption. The remaining 2.0% is mainly solar energy and at

the moment is the only substantial contribution of r

consumption.

The high costs of imported energy are a burden on the economy of the country. Renewable energy sources (RES)

constitute the only indigenous source of energy in Cyprus capable of making a significant contribution to the

the contribution of RES was low. This started to change with the

introduction of the New Support Scheme in 2006. In addition to this, in 2007 feed in tariffs for RES were set and

the public interest for RES investment increased dramatically.

Cyprus is one of the leading countries in the use and construction of solar water heating systems. 92% of

households are equipped with solar water heaters and 53% of hotels have installed large solar water heating

systems. According to ESTIF (European Solar Industry Federation), in 2007 Cyprus had the larger number of solar

collector installations per capita, with a 57 kWth per 1000 capita.1

KEY FIGURESThe share of RES in total primary energy consumption was of 2.4% in 2007 (with

important contribution of solar thermal).

The share of RES in the gross final energy consumption was 3.4 % in 2007.

The share of RES electricity generation was 0.07 % in 2007 (from PV and biomass).

1 ESTIF


ANNEXES

2

The share of biofuels in the transport sector in 2007 was 0.1%.

Cyprus energy dependence on imports amounts to 96 % in 2005

RES POLICY

In order to promote the uptake of RES, the Cyprus government adopted a framework for support measures

which included the first Action Plan for the Promotion of Renewable Energy Sources, 2002-2010. Based on the

experience gained during the first 5 years of operation of the Action Plan, a New Support Scheme was approved

by the Council of Ministers and will be in operation as soon as it is approved by DG Competition of the European

Union. The New Support Scheme (2009-2013) provides more generous incentives than the previous Scheme and

sets more ambitious targets for the increase of renewable energy sources, to the total electricity consumption

and overall to the total energy balance. It also includes a financial mechanism to encourage renewable energy

sources and proposes strategies to eliminate administrative obstacles.

RES TARGETS

Mandatory targets set by the Directive on the Promotion of the use of energy from renewable sources

13% share of RES on the final consumption of energy in 2020.

At least 10% share of renewable energy of final consumption of energy in transport by 2020.

Indicative Target set by the RES- electricity European Directive from 20012

6 % Share of RES on gross electricity consumption by 2010

Indicative Target set by the European Biofuels Directive from 20033

Biofuels consumption of 5.75% of petrol and diesel use for transport in 2010.

National commitments

2 Directive 2007/71/EC on the promotion of electricity produced from renewable energy sources in the internal electricity market. Currently in force, sets

targets up to 2010.

3 Directive 2003/30/EC on the promotion of the use of biofuels or other renewable fuels for transport currently in force, sets targets up to 2010, w ith

indicative targets by 2005.


ANNEXES

3

The Action Plan for the Promotion of RES determines that the contribution of RES to the total energy

consumption of Cyprus should rise from 4.5% in 1995 to 9% in 2010.

As an indicative target, 1% biofuel by energy content in 2007 has been set as well a 2% biofuel by energy

content for 2008, 2009 and 2010.

There is no national target/commitment for heating and cooling.

Progress towards the Targets

At present, there is a 6% target for RES electricity contribution, by the year 2010, which is considered to be

attainable. It is expected that if the first wind farms (total capacity of 110 MW) are installed by the end of 2010

the target will be achieved.

The use of biofuels in Cyprus was 0.1% in 2007.

Support for RES electricity

In 2009, Cyprus will introduce a New Support Scheme4, The Support Scheme covers investments regarding

utilization of RES, and electricity-heating/cooling cogeneration. The percentage of subsidy and the funding per

category as well as the form of public aid per category are shown in detail in Table 1.

For the calculation of operating supports, the respective investments supports as well as the estimated

Electricity Authority of Cyprus (EAC) costs were taken into account.

4 After its approval by the European Committee


ANNEXES


ANNEXES


ANNEXES

6

**Applications on this Support Scheme may not exceed 165MW

Source: Energy Service - Ministry of Commerce, Industry and Tourism

Desalination using RES

For Small, Medium and Large size enterprises, the grant will be 35%, 25% and 15% respectively of

eligible costs or 40% de minimis. The maximum

Co-generation of heat and electricity

For enterprises Subsidy plus 30% de minimis aid or 15-30% of eligible costs, Maximum amount of grant

Subsidy:

Day Rate: 2.93 euro cents

Night Rate: 2.57 euro cent [Day=07:00-23:00 Night=23:00-07:00]

For charity institutions, municipalities, and other non-profit organizations subsidy plus 45% of eligible

costs,

Subsidy:

Day Rate: 6.53 2.93 euro cent = 3.5 euro cents/KWh

Night Rate: 5.73 2.57 euro cent = 3.16 euro cents/KWh

[Day=07:00-23:00 Night=23:00-07:00]

Geothermal heat-pumps for space heating/cooling

For Small, Medium and Large size enterprises, the grant will be 35%, 25% and 15% respectively of

eligible costs. Maximum ,000 or 40% de minimis with maximum amount of money

,000.

Support for biofuels

An exemption of excise duty for Biofuels imports exist.

Investment Subsidies

Resource Support level [%] Comments

biofuels

15, 25, or 35 % of the eligible costs

depending on the size of the

enterprise. Maximum amount of grant

,000

Or

40% de minimis aid

,000.

Precondition: investment is materialized

in a selectable for regional funding zone

for 2007-2008.

Le potentiel STC des îles de méditerranée, exemple du cas de Chypre. ANNEXES _______ p 10/19

ANNEXES

ANNEXE 3 : LE STOCKAGE ENERGETIQUE, ETAT DE L’ART

INTRODUCTION

La problématique du stockage de l’énergie est omniprésente depuis le début de l’ère industrielle. Aujourd’hui, avec l’avènement des énergies alternatives et les problèmes de distribution d’énergie, les recherches sur le stockage ont pris une toute nouvelle importance, que ce soit dans les domaines du transport, de l’industrie, de l’habitat ou de la production d’électricité.

La consommation d’énergie dans n’importe quel pays étant très variable dans le temps, la production d’électricité doit s’adapter à ces fluctuations. Pour certaines technologies, le flux d’électricité fournie est facilement adaptable (nucléaire, combustibles fossiles, hydroélectricité), mais pour d’autres comme l’énergie solaire ou éolienne, l’adaptation est plus délicate car la ressource est elle-même intermittente. Dans le cas de ces énergies alternatives, et en particulier dans le cas du STC, il faut être capable de maîtriser en temps réel le flux d’électricité produit avant d’imaginer une production à grande échelle, et ce, quelles que soient les variations de la ressource.

Deux possibilités sont alors envisageables pour le STC : un appoint en ressource fossile plus ou moins important pour combler les creux de la ressource solaire (hybridation), ou bien un stockage d’énergie solaire utilisable en temps voulu. Le principe d’un tel stockage est simple : si l’irradiation solaire est forte on stocke l’excédent, et si elle est faible (passage nuageux, début et fin de journée, nuit), on utilise l’énergie préalablement stockée afin de faire fonctionner la centrale. L’appoint d’énergie fossile est relativement facile à mettre en œuvre. Cependant, il sort quelque peu de la logique du STC, à savoir la production d’une énergie 100% renouvelable. De plus, les législations de nombreux pays excluent cette possibilité en défendant d’avoir un appoint fossile supérieur à un certain pourcentage (0 à 15% selon les pays). C’est pourquoi le stockage énergétique est sans aucun doute un des défis majeurs de la technologie STC. Ce sera en outre un point déterminant qui permettra de rendre l’électricité solaire thermodynamique rentable vis-à-vis des autres sources d’énergie.

Il est important de comprendre qu’une capacité de stockage, comme définie tout au long de ce document, s’exprime par rapport à la production nominale de la centrale à laquelle le stockage est associé. Ainsi, un stockage de deux heures correspond à un stockage pouvant fournir, lorsqu’il est plein, l’équivalent en énergie de deux heures de production de la centrale. Un stockage d’une heure est donc dix fois plus important sur une centrale de 100 MW que sur une centrale de 10 MW.

POURQUOI STOCKER DE LA CHALEUR ?

Linéarisation du flux électrique sortant

Un des problèmes majeurs des énergies renouvelables utilisant des sources intermittentes comme le soleil ou le vent, est la discontinuité de l’énergie reçue et par conséquent de celle fournie au réseau. En effet, un réseau électrique n’est pas adapté à recevoir les fluctuations importantes et inévitables de ces types d’énergies.

Tant que le taux d’énergie renouvelable fournie au réseau reste assez faible, cet effet peut être négligé au niveau global et ne pose pas de réel problème (comme c’est le cas à l’heure actuelle avec l’éolien et le photovoltaïque). Cependant, si l’on veut parvenir à fournir une partie importante de l’électricité globale grâce à ces énergies, il est nécessaire de résoudre ce problème. Comme il est impossible de contrôler la disponibilité de la ressource solaire, il faut trouver un système permettant de disposer d’un flux électrique le plus linéaire possible, quelles que soient les fluctuations de la source d’énergie : c’est justement ce que permet le stockage.

En effet, dans certains cas précis, qui dépendent de la centrale et des conditions météorologiques (en général lorsque l’ensoleillement est très fort), on stocke une partie de l’énergie reçue. Alors, lors d’un passage nuageux ou d’une diminution de l’ensoleillement, on utilise l’énergie préalablement stockée en appoint afin de ne pas, ou peu, baisser la production électrique. De cette manière, on peut lisser la quantité d’électricité fournie au réseau, ou du moins en contrôler les variations, quel que soit l’ensoleillement.


ANNEXES

Production de nuit

De la même manière, avec un stockage suffisamment important et efficace, on peut continuer à produire de l’électricité de nuit avec l’énergie stockée durant la journée.

Adaptabilité aux pics de consommation

Chaque pays (ou zone électrifiée) possède des pics de consommation journaliers. Ceux-ci correspondent par exemple aux heures d’allumage des chauffages, climatisations ou systèmes d’éclairage, de mise en fonctionnement des industries etc. Durant ces pics de consommation, le principe de l’offre et de la demande peut conduire à un coût majoré de l’électricité. Il est donc utile, dans certains cas, de maximiser la production électrique durant ces périodes.

Ainsi, de la même manière qu’il permet de linéariser le flux d’électricité, un stockage peut permettre de concentrer la production à des périodes choisies, en l’occurrence lors des pics de consommation, afin d’augmenter la valeur de l’électricité fournie.

Optimisation du cycle thermodynamique

Le cycle thermodynamique d’une centrale solaire est optimisé pour des plages de débits, températures et pressions données. Si l’on s’écarte de ces plages, le rendement thermodynamique diminue, ce qui signifie qu’en disposant d’une ressource discontinue, on ne peut rester dans les plages ciblées et optimiser ainsi le rendement sans un dispositif supplémentaire.

Toutefois, si l’on dispose d’un système de stockage, on peut, comme expliqué précédemment, linéariser le flux afin que le cycle soit toujours en fonctionnement optimal. En effet, on peut jouer sur la température, la pression ou le débit du fluide de travail en stockant ou en déstockant de l’énergie. On augmente de cette manière le rendement thermodynamique de la centrale.

Optimisation du fonctionnement des turbines

De la même manière, les turbines utilisées pour produire de l’électricité ont une plage de fonctionnement optimale qui leur est propre. Ici encore un stockage permet de rester plus longtemps à l’intérieur de cette plage et ainsi d’optimiser le fonctionnement et d’augmenter le rendement et la durée de vie des turbines. Cela implique une baisse du coût de l’électricité produite par la centrale.

En général

Le stockage permet donc de baisser le coût de l’électricité (optimisation des rendements et durée de vie), mais aussi d’augmenter sa valeur (linéarité et adaptation aux pics de consommation).

Cependant dans de nombreux cas, la présence d’un stockage n’est pas simplement un avantage mais elle est indispensable. En effet, une installation décentralisée par exemple (non connectée à un réseau électrique existant) devra probablement produire de nuit afin d’avoir un minimum d’électricité 24h sur 24h. Une centrale de grande capacité nécessitera quant à elle une linéarisation du flux d’électricité sortant, afin que le réseau puisse l’absorber.

COMMENT STOCKER DE LA CHALEUR ?

Il existe beaucoup de moyens différents de stocker de l’énergie, et plus particulièrement de la chaleur. Comme le sera développé ci-après, on peut stocker de la chaleur sous forme sensible, latente, mécanique ou chimique. Cependant, les facteurs qui détermineront la meilleure méthode à utiliser dans un cas donné sont :

• le coût,

• le rendement,

• la durée de vie,

• l’utilisation énergétique parasite.


ANNEXES

Différents types de stockage

⇒ Stockage en chaleur sensible

Une particularité de la technologie STC vis-à-vis du stockage est que l’on dispose initialement d’une énergie thermique et non mécanique ou électrique. Il est donc possible de procéder au stockage de l’énergie directement sous forme de chaleur sensible.

Le principe le plus simple consiste à enfermer une partie du fluide caloporteur dans un réservoir isolé thermiquement, et de l’utiliser au besoin. Les fluides les plus intéressants sont donc les fluides possédant une bonne capacité calorifique, et donc capables d’emmagasiner une importante quantité d’énergie par unité de volume.

On peut aussi utiliser un matériau différent du fluide caloporteur. Il suffira alors de faire passer le fluide chaud dans une maille de ce matériau, afin de lui transférer son énergie thermique, puis de refaire passer du fluide froid lorsqu’on à besoin d’utiliser l’énergie précédemment stockée. On peut utiliser des matériaux ayant de très bonnes capacités calorifiques, quel que soit le fluide caloporteur utilisé.

Cette technologie est connue et maitrisée, mais elle nécessite encore des recherches quant aux matériaux utilisables, au type de mailles, etc.

⇒ Stockage en chaleur latente

Il est également possible de stocker de l’énergie sous forme de chaleur latente. Il s’agit alors d’utiliser les propriétés de changement de phase de certains matériaux. En effet, à pression atmosphérique par exemple, l’eau s’évapore à la température constante de 100°C. La quantité importante d’énergie nécessaire à cette transformation est la chaleur latente de changement de phase : elle peut être fournie par un autre matériau changeant de phase à une température légèrement supérieure puis être récupérée en condensant de nouveau la vapeur par l’opération du changement de phase inverse.

Ce principe peut être utilisé pour le stockage d’énergie : il faut utiliser des matériaux dits à changement de phase (PCM), qui ont l’avantage de disposer d’une grande quantité d’énergie par unité de volume. C’est une technologie connue mais encore peu maîtrisée et restant à optimiser : elle nécessite en conséquence de continuer la recherche sur les méthodes et les matériaux utilisables.

⇒ Stockage chimique

Le stockage chimique est un principe connu depuis de nombreuses décennies, le premier accumulateur au plomb ayant été inventé en 1859 par le Français Gaston Planté. Cependant, aujourd’hui encore, on a du mal à comprendre tous les phénomènes qui interagissent à l’intérieur d’une batterie, et plus encore d’une pile à combustible. En conséquence, on ne sait pas encore fabriquer un stockage chimique qui soit peu coûteux, et encore moins qui ait une durée de vie acceptable (à l’heure actuelle, la durée de vie d’une batterie oscille entre 200 et 5000 cycles, et sa durée de vie dépasse rarement les 5 à 7 ans). Ce n’est donc pas, à l’heure actuelle, une technologie envisageable pour le stockage d’énergie dans une centrale STC. Cependant, bien que le risque technologique vis-à-vis du STC soit extrêmement élevé, il y a d’autres enjeux autour de cette technologie (véhicules électriques etc.) qui permettront peut-être, à moyen ou long terme de trouver une solution chimique au problème de stockage des centrales STC. C’est en outre le système de stockage connu disposant du plus d’énergie par unité de volume.

Il est également à noter l’existence d’autres types de stockage chimique que les batteries ou piles à combustibles : les stockages par chimisorption. Le principe consiste à utiliser les propriétés exothermiques de matériaux adsorbants (charbons actifs etc.) par adsorptions et désorptions successives. Ces systèmes sont également en phase de recherche à l’heure actuelle.


ANNEXES

⇒ Stockage mécanique

Le principe est ici de stocker de l’énergie sous forme de travail. Il peut s’agir par exemple d’élever physiquement une grande quantité d’eau, afin de pouvoir récupérer de l’énergie avec une turbine en la faisant redescendre à son point initial (système de barrage). Il peut également s’agir d’une compression de larges poches d’air sous-terraines (CAES - dans ce cas l’énergie est également thermique par échauffement de l’air comprimé), ou bien de la mise en rotation d’immenses volants d’inertie.

Certaines de ces méthodes (en particulier les réserves d’eau) ont l’avantage d’être peu ou pas limitées au niveau de la durée et de la quantité de stockage, et sont d’ailleurs utilisées dans certains cas pour le stockage d’énergie en excédent dans le réseau électrique global. Cependant, elles ont toutes en commun un coût de mise en œuvre trop élevé en comparaison des technologies de stockage thermique. Des recherches sont cependant en cours, particulièrement les arbres à inertie pour les transports en commun et les méthodes CAES (Compressed Air Energy Storage) pour le stockage d’énergie à moyenne et grande échelle.

Différentes échelles de stockage

⇒ Stockage tampon

Il s’agit d’un stockage ayant pour ordre de grandeur la dizaine de minutes. En pratique, il peut varier de 20 minutes à une heure d’équivalent de la production électrique nominale de la centrale, en capacité de stockage. Ce type de stockage permet seulement une linéarisation limitée du flux d’électricité. En effet, il peut éviter les baisses de production en cas de passage nuageux sur une courte période de temps, et augmenter sensiblement la durée de production (le soir par exemple). Il ne permet pas de production dans le cas d’un épisode nuageux prolongé et encore moins la nuit.

Pour ce type de stockage, on peut tout simplement utiliser le fluide thermodynamique quel qu’il soit, et le stocker dans un réservoir isolé thermiquement. Pour un même volume de stockage, plus le fluide possède une capacité calorifique élevée, plus grande sera la capacité de stockage.

⇒ Stockage diurne

Il s’agit d’un élément capable de stocker l’équivalent de plusieurs heures de production nominale de la centrale. C’est le même principe que précédemment mais cette fois-ci d’utilisation beaucoup moins limitée. Grâce à un tel stockage, la centrale peut en effet totalement linéariser son flux d’électricité et même continuer à produire la nuit.

Pour ce type de stockage, on ne peut utiliser en chaleur sensible que certains fluides (dont la capacité calorifique est suffisante), comme les sels fondus et les huiles. On peut aussi utiliser des éléments solides ayant de bonnes propriétés, dans lesquels on fait passer le fluide thermodynamique quel qu’il soit pour y transmettre la chaleur. Un des éléments les plus coûteux de ce type d’installation (± 50% du total) est la présence de tubes en alu ou en acier à l’intérieur du matériau solide afin de faire circuler le fluide chaud. Un axe de recherche important se situe donc dans l’élimination ou la limitation de ce réseau de tubes. On attend également beaucoup de la recherche sur les matériaux à changement de phase pour ce genre de stockage.

⇒ Stockage saisonnier

Dans un tel type de stockage, il s’agit de conserver l’énergie plusieurs mois, afin de pouvoir linéariser le flux d’électricité non plus sur une journée mais sur une année entière. Cela permettrait par exemple de produire autant en hiver qu’en été.

Ce type de stockage est envisageable à moyen ou long terme. Cependant, il serait forcément chimique ou mécanique, en raison de la longue période de stockage. Par conséquent, le risque technologique reste très élevé.


ANNEXES

LES TECHNOLOGIES EXISTANTES

Solutions existantes

⇒ Stockage chaleur sensible

La technologie la plus mûre aujourd’hui est celle du stockage de sels fondus. Ces sels possèdent l’avantage d’être utilisables en tant que fluide caloporteur, de posséder de bonnes propriétés thermiques et de pouvoir supporter des températures relativement élevées (600°C). Ils peuvent être cependant corrosifs, toxiques et comburant dans certaines conditions. Il existe deux axes de recherche majeurs, les systèmes à deux cuves (une chaude et une froide) ou les systèmes à une seule cuve (thermocline). On peut utiliser d’autres matériaux avec des propriétés similaires. Les métaux fondus par exemple ont une conductivité et une résistance thermique très élevé, mais ont une faible capacité thermique et un coût qui les disqualifie pour une utilisation liée au STC. De même, les huiles synthétiques ont des propriétés intéressantes (absence de corrosion, bonne conductivité thermique), aisselles résistent assez mal aux hautes températures, sont relativement couteuses, et peuvent être toxiques.

Il existe ensuite différents types de matériaux de stockage de chaleur sensible sous forme solide. Les matériaux disposant des meilleures capacités sont les céramiques, ils ont en effet une excellente capacité thermique et résistent très bien aux variations de température. On note que des recherches s’intéressent aussi sur des solides moins nobles tels que des mélanges de sables ou de roches naturelles, ou bien des structures bétonnées.

⇒ Stockage chaleur latente

Les matériaux pouvant servir comme media de stockage de chaleur latente sont les matériaux à changement de phase (MCP). Ils peuvent être organiques (alcanes, paraffines, polymères…) ou inorganiques (eau, sels, mélanges…). Les MCP ont l’avantage de pouvoir stocker beaucoup plus d’énergie que les matériaux à chaleur sensible, et ce pour un même volume.

⇒ Stockage chimique

Les batteries existent et sont utilisées dans de nombreux domaines. On commence également à bien connaître les piles à combustible. Cependant, à l’heure actuelle, le coût élevé et la durée de vie limitée de ces technologies les rendent inappropriées aux centrales STC.

Il existe aussi le stockage par chimisorption, utilisant les propriétés exothermiques des matériaux adsorbants. Cette technologie en est aujourd’hui en développement et possède un risque technologique élevé.

⇒ Stockage mécanique

Ce type de stockage, à l’exclusion des volants d’inerties qui sont étudiés pour des utilisations spécifiques, n’est jusqu’à présent utilisé que pour des quantités d’énergie très importantes et quand le stockage est inévitable, par exemple lorsque la production électrique est trop importante et qu’on ne peut pas utiliser l’excédent de flux électrique, dans une région géographique entière. Ainsi, le coût relativement élevé de cette technologie la rend peu adaptée à une application STC. En revanche, le stockage d’air comprimé en sous-sols (CAES) apparait comme une solution de stockage de chaleur à bas coût et des recherches scientifiques sont actuellement en cours.

Solutions envisagées

Actuellement, les recherches portent sur des fluides à haute capacité calorifique (utilisables en caloporteur dans certaines applications), les céramiques et autres supports solides (sables, roches, bétons…) et les MCP. A des horizons moyen ou long terme, on envisage également le développement de solutions chimiques ou mécaniques. Des recherches se tournent actuellement sur l’utilisation de fluides classique (air et eau) en temps que fluides caloporteurs et thermodynamiques. Par conséquent, on s’intéresse aussi à des media de stockage compatible avec ces fluides (céramiques, bétons, MCP).


ANNEXES

ETAT DE L’ART, RÉALISATIONS

⇒ Sels fondus :

La technologie la plus mature pour le stockage d’énergie thermique issu du STC est sans aucun doute le stockage de chaleur par bacs de sels fondus. Les sels fondus ont l’avantage d’être de très bons caloporteurs et possèdent une capacité thermique exploitable en fonctionnement STC, grâce à leur capacité élevée à stocker de la chaleur. On peut les utiliser non seulement en fluide caloporteur mais aussi en matériau de stockage. On peut donc les utiliser soit en chaleur sensible, soit en chaleur latente (changement de phase), soit les deux ; ils ont en effet l’avantage d’avoir une température de fusion de l’ordre de grandeur des températures de travail des STC cylindro-paraboliques. Ils ont en outre et une bonne tenue des hautes températures.

Il y a plusieurs types de stockage thermique par sels fondus en R et D à ce jour. Les deux axes de recherches majeurs à ce jour sont sur les systèmes à une ou deux cuves. Les systèmes à deux cuves utilisent la différence de température entre les deux cuves tandis que les systèmes thermoclines (une seule cuve) utilisent la différence de température induite par le gradient de température naturel qui se forme verticalement, par la différence de masse volumique du matériau en fonction de sa température. Pour amplifier ce phénomène, les recherches se portent actuellement sur une couche séparatrice flottant entre la partie chaude et la partie froide.

Verrous et recherches en cours :

• Stockage de chaleur sensible ou MCP + chaleur sensible

• Utilisation de deux cuves chaud/froid ou d’un seul tank en thermocline

• Utilisation d’une couche séparatrice « flottante » dans les systèmes thermocline (4)

• Problèmes de corrosion (10)

• Efficacité de l’échangeur

• Choix du bon mélange de sels + ajout ou non de nanoparticules afin d’obtenir les meilleures propriétés (2)

• Problèmes d’accrochage/colmatage des sels sur les parois des échangeurs

• En général : augmentation du Cp et du k, et baisse du coefficient de corrosion et du coût

• Dangerosité et toxicité (11)

Réalisations et R&D : SENER, Abengoa, Andasol 1 et 2, Extresol1 ,Terrafore + UCR + PWR + JPL, AccionaSolar Power, Univ. Of Alabama, Texas A&M university, Infinia, Halotechnics, NREL, Gemasolar (solar tres), AndaSol, Herrmann/Geyer/Kistner …

⇒ Huiles synthétiques :

Les huiles synthétiques ont une très bonne conductivité thermique et sont par conséquent d’excellents fluides caloporteurs. Elles ont aussi généralement une bonne capacité thermique mais généralement plus basse que les sels fondus. Leur température de fusion est plus basse que celle des sels et elles résistent moins bien aux hautes températures (400°C maximum en général), leur utilisation en temps que media de stockage est donc assez peu recherchée. Elles posent par ailleurs des problèmes similaires aux sels fondus car elles présentent des propriétés d’i inflammabilité et de toxicité. (11)

Réalisations et R&D : NREL : Syltherm 800, US Solar, SEGS1


ANNEXES

⇒ Stockage en sous-sols:(9)

Certains types de stockages en sous-sols naturels sont désormais étudiés pour leur potentiel de stockage à bas coût. On notera la technologie CAES qui consiste à stocker de l’air comprimé chauffé dans des nappes souterraines non aquifères, généralement des cavernes naturelles (souvent dans des poches naturelles de sels). D’autres projets sont destinés à étudier la possibilité de stockage direct de chaleur dans les sous-sols (Solargeotherm (14)). Il existe enfin des principes de stockage d’eau pressurisée en sous-sol.

Réalisations CAES : Mac Intoch, Alabama, 110 MW, 2milions m3 ;Solargeotherm (14)

⇒ Céramiques :

Les céramiques sont les solides les plus prometteurs pour le stockage de chaleur. En effet, ils ont une capacité calorifique très élevée et résistent très bien aux variations de température. De plus, elles pourraient à priori être utilisées indépendamment du type de fluide caloporteur de la centrale. Un des problèmes de ces matériaux est le coût élevé associé à leur fabrication et mise en forme.


• Différents types de céramique et sélection des meilleurs candidats

• Différents types de stockage (1 bac, 2 bacs, forme, températures…)

• Forme des céramiques (billes, sables, matrices poreuses, mousses… )

• Résistance aux hautes pressions et températures

• Présence ou non de tubes aciers pour faire circuler le caloporteur

• Tubes aciers avec ou sans ailettes

• Couplage céramiques + MCP

Réalisations et R&D : SETHER (12), SESCO (13), CRS4, Solaris, Acciona, Solico

⇒ Autres solides :

Beaucoup d’autres solides naturellement disponibles ont des propriétés similaires aux céramiques, bien que beaucoup moins efficaces. Cependant leur coût moins élevé laisse à penser que leur application dans une solution de stockage pourrait être bénéfique. Des études ont donc pour objectif de déterminer quels minéraux pourraient être utilisés, avec quelle efficacité et avec quelles techniques. Les minéraux étudiés sont par exemple différents types de quartz, de bauxite, de basalte, silica, alumines et sous différentes formes : sables, roches, vrac… (6)


• Type de roche à utiliser

• Taille à utiliser

• Développement et optimisation des échangeurs

• Limitation des pertes de charge dues au passage du fluide dans un lit de sable

• Résistance aux variations de température

Réalisations et R&D : US Solar, DLR, SIJ

⇒ Mailles bétonnées (3)(8) :

Doté d’une philosophie similaire à celle liée aux matériaux céramiques, le stockage dans un réservoir de béton résistant à de hautes températures est aussi étudié.


• Types de béton ayant des bons Cp, k, résistance aux températures et pressions élevés

• Maille avec ou sans tubes acier


ANNEXES

• Problème de dilatation des tubes aciers

• Tubes aciers avec ou sans ailettes

Réalisations et R&D : University Of Arkansas, DLR, Carboneras

⇒ Graphites (15) :

Ces éléments ont des propriétés physiques intéressantes. En effet, ils ont l’énorme avantage d’avoir une capacité thermique qui augmente avec la température d’utilisation. Cependant ils ne deviennent réellement intéressants qu’à partir d’une température élevée (au dessus de 1200°C), ce qui limite pour l’instant fortement leur utilisation. Des recherches portent actuellement sur leur utilisation en tant que récepteur direct du rayonnement. Ils pourraient un jour être utilisés dans les systèmes de tours.

Réalisations et R&D : Lloyd Energy, Cloncurry, Australie

⇒ Matériaux à changement de phase (MCP) (3) (16) (17) :

Un autre axe de recherche consiste à utiliser les capacités de changement de phases (en général de solide à liquide) de certains matériaux. On pourrait ainsi stocker de grande quantités de chaleur en changeant de phase, avec l’avantage, entre autres, de pouvoir rester à température constante pour le matériau de stockage. Les MCP ont un bon potentiel d’application dans des solutions de stockage en raison de leur grande capacité thermique massique.

• Choix du MCP (prix, caractéristiques, utilisation également en temps que fluide caloporteur ou thermodynamique…)

• Echangeur thermique spécial changement de phase solide/liquide

• Forme du MCP (libre, encapsulé, dans une matrice d’un autre matériaux avec forte conductivité thermique, sphérique ou tubulaire…)

• Diverses améliorations (ajout d’un système de thermosiphon, couplage de plusieurs MCP, …)

• Couplage MCP avec d’autres types de stockage

• Disponibilité au niveau industriel

Réalisations et R&D : DLR, Carboneras, AccionaSolar Power (4h, 800 MWth), Infinia, NREL, LhighUniversity, Terrafore, General Atomics, LUZ5, INITEC5, SGR3, PitzPaal

⇒ Eau/Vapeur dans réservoir isolé (système Ruths) :

On stocke ici un mélange diphasique eau / vapeur pressurisé, dans une cuve isolée thermiquement. N’utilisant que des matériaux et techniques connues, cette technologie peut être considérée comme mature, bien que le procédé puisse encore être optimisé.

Pendant la période de stockage, on envoie de la vapeur saturée dans la cuve, par injection dans la phase liquide. Cela permet d’augmenter la pression de la cuve, ainsi que l’énergie interne de celle-ci. Le stockage est « plein » quand la pression de la cuve atteint la pression de la vapeur stockante.

Pendant la phase de déstockage, on effectue une détente interne, aussi dénommée détente Ruths : la vapeur est tirée directement du ciel de cuve et acheminée à la turbine, ce qui provoque une détente à l’intérieur du réservoir. Ainsi, au cours du temps, la pression de la vapeur sortante diminue : le système est dit à pression glissante. Le stockage est « vide » quand la pression est de retour à la pression initiale.

Plusieurs cuves peuvent être mises en parallèles afin d’augmenter la flexibilité du système. Cependant, ceci a pour effet une augmentation non négligeable du coût.


ANNEXES

Ce système n’est a priori rentable qu’en tant que stockage tampon (< 1h), mais peut être utilisé en combinaison d’un système de plus longue durée, du fait de sa grande réactivité aux variations de la puissance thermique disponible. Le système ne peut être utilisé qu’en combinaison avec une turbine acceptant la vapeur saturée, car la cuve est en permanence remplie d’un mélange eau / vapeur à saturation. De plus, la turbine doit alors être à pression glissante, car la vapeur fournie change en permanence de pression.

Réalisations et R&D : PS10, Augustin Fresnel 1

⇒ Volants à inertie :

Les systèmes de stockages énergétique par volant à inertie sont aussi une solution envisagée, mais à plus long terme et avec un risque plus élevé. En effet, il s’agit aujourd’hui de solutions trop couteuses et les recherches dans ces domaines ne concernent pas le STC pour l’instant.

Réalisations et R&D : Vitfer, Beacon Power Corporation

⇒ Utilisation de barrages hydro :

C’est le système de stockage le plus répandu et probablement le plus mature et permettant de réaliser les plus grosses capacités de stockage. Il n’est cependant rentable que dans le cas ou un barrage est déjà existant, si possible avec deux réservoirs.

⇒ Stockages chimiques et thermochimiques :

Il existe aussi différentes manières de transformer la chaleur en énergie chimique et inversement. Ces procédés sont ceux qui permettent d’emmagasiner le plus d’énergie par unité de volume. On citera notamment les procédés fonctionnant sur le principe d’adsorption exothermique. Il existe divers autres procédés chimiques mettant en œuvre différents éléments et méthodes différents (batteries au plomb, vanadium, piles à combustibles, hydrogène, lithium etc.). Ces projets sont d’une importance capitale pour l’utilisation des énergies renouvelables dans d’autres secteurs de l’industrie (transports par exemple), mais restent des projets à moyen ou long terme avec un risque technologique fort. Pour cette raison, ils sont assez peu étudiés dans le cadre du STC.

Réalisations et R&D : PROSSIS (18), General Atomics, DLR (pour application STC)

SupECCO, ANZAS, CeraLion… (≠ STC)

BIBLIOGRAPHIE

(1) Meffre A., Lambert J., Py X., Olivès R., Matzen G, Montouillout V., Bessada C., Echegut P., Calvet N., Michon U. CORRELATIONS BETWEEN STRUCTURAL PROPERTIES AND ELABORATION CONDITIONS FOR SENSIBLE HEAT STORAGE MATERIAL MADE OF VITRIFIED ASBESTOS CONTAINING WASTES, SolarPaces 2010 (2) Glatzmaier G.C., Pradhan S., Kang J.,Curtis C.,Blake D., ENCAPSULATED NANOPARTICLE SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION FOR IMPROVED STORAGE FLUIDS, SolarPaces 2010 (3) Laing D., Bahl C., Fiß M., COMMISIONING OF A THERMAL ENERGY STORAGE SYSTEM FOR DIRECT STEAM GENERATION, SolarPaces 2010 (4) Lata J., Blanco J., SINGLE TANK THERMAL STORAGE DESIGN FOR SOLAR THERMAL POWER PLANTS, SolarPaces 2010 (5) Calvet N., Meffre A., Py X., Olivès R., Emmanuel Guillot E., Boullet N., SUSTAINABLE THERMAL STORAGE MATERIAL FOR CSP TESTED UNDER CONCENTRATED SOLAR FLUX, SolarPaces 2010 (6) Baumann T., Boura C., Göttsche J., Hoffschmidt B., O’Connell B., Schmitz S., Zunft S., Air / Sand Heat Exchanger Design and Materials for Solar Thermal Power Plant Applications, SolarPaces 2010 (7) Joseph Stekli, Overview of Storage and Heat Transfer Fluid Technologies Funded by the United States Department of Energy, U.S Department of Energy, Solar Energy Technologies Program, 1000


ANNEXES

Independence Avenue SW, Washington, D.C., 20585, USA (8) R. Panneer Selvam, DEVELOPMENT AND PERFORMANCE EVALUATION OF HIGH TEMPERATURE CONCRETE FOR THERMAL ENERGY STORAGE FOR SOLAR POWER GENERATION, U.S. Department of energy, University of Arkansas, May 24-27, 2010 (9) S. Zunft, Electricity storage based on compressed air for the grid integration of renewable energy, FFC/INES Symposium Intermittent Energies Storage Via Chemicals, Le Bourget-du-Lac, France, 01-02 Juillet 2009 (10) D. Banerjee, Molten Salt-Carbon Nanotube Thermal Energy Storage for Concentrating Solar Power Systems, U.S. Department of Energy, Texas A&M University, 24-27 Mai 2010 (11) Benmarraze M., Jaulain A., Itskhokine D., Guillier L., Noel N., Benaissa W., Benmarraze S., HAZARD ISSUES IN PARABOLIC TROUGH TECHNOLOGY USING MOLTEN SALT & SYNTHETIC OIL WITH REGARD TO OXIDIZING AND TOXICITY PROPRIETIES, SolarPaces 2010 (12) Damien Levecque, POWEO, SETHER : Stockage d’Electricité sous Forme Thermique à Haute Température, Présentation du projet et de son état d’avancement, Séminaire mi parcours édition Stock-e 2008 (13) Xavier Py, LABORATOIRE PROMES UPR CNRS, UNIVERSITÉDE PERPIGNAN VIA DOMITIA, Programme SESCO : STOCKAGE THERMIQUE EN CHALEUR SENSIBLE HAUTE TEMPÉRATURE SUR MODULES STOCKEURS/ÉCHANGEURS INTÉGRÉS FAITS DE VITRIFIATS ISSUS DE DÉCHETS AMIANTÉS (COFALIT), Présentation du projet et de son état d’avancement, Séminaire mi parcours édition Stock-e 2008 (14) Projet de recherche Solargeotherm : Stockage et déstockage supervisés dans un massif rocheux de l'énergie thermique produite par une installation solaire, Résumé du projet, Programme ANR: Stock-E -Stockage innovant de l'énergie (2008), Novembre 2010 (15) Christoph Clauser, Ernst Huenges, Thermal Conductivity of Rocks and Minerals, 1995 (16) Hewett R., Gupta B., Phase-Change Thermal Energy Storage, Final Subcontract Report On the Symposium Held October 19-20,1988 Helendale, California, Luz International Ltd., Solar Energy Research lnstitute, CBY Associates, Inc., Novembre 1989 (17) Doerte Laing, German Aerospace Center (DLR), Power Plants Storage Development for Direct Steam Generation, Parabolic Trough Technology Workshop, 9 Mars 2007, Golden CO, USA

(18) Nolwenn Le Pierrès, Lingai Luo, LOCIE-CNRS-Université de Savoie, PROSSIS : PROcédé de Stockage Solaire Inter Saisonnier, Séminaire mi parcours édition Stock-e 2008

Résumé et mots clés / Abstract and keywords

RESUM ES (FRANÇ AIS ET ANGL AIS) ET M OTS CLES

Résumé

La dépendance en importations de ressources fossiles, les désavantages inhérents aux réseaux électriques limités et les problèmes environnementaux mettent en exergue les enjeux de l’insertion d’énergies renouvelables dans les îles de la Méditerranée. Néanmoins, leur insertion pose certains problèmes, notamment à cause d’une lacune en systèmes de stockage compétitifs qui empêche l’intégration à grande échelle de leur production, irrégulière et intermittente, dans les réseaux électriques. Le solaire thermodynamique à concentration, pouvant profiter d’un abondant productible solaire dans ces régions, permet des applications diverses et offre des avantages intéressants, notamment un potentiel de stockage d’énergie à bas coût, permettant ainsi le contrôle de la production et pouvant faciliter l’intégration d’autres énergies renouvelables intermittentes dans les réseaux électriques.

Les enjeux énergétiques et environnementaux de l’île de Chypre sont comparables à beaucoup de régions insulaires et l’implantation d’énergies renouvelables y semble une nécessité. Le gouvernement chypriote a mis en place des politiques incitatives fortes en faveur de ces énergies. Dans ce cadre, l’implantation de centrales thermodynamiques à concentration est entièrement envisageable et serait propice au développement énergétique de l’île.

Abstract

Dependence on imported fossil fuels as well as the disadvantages inherent in limited power grid and the problems related with the seasonality of their economies highlight the issues of integration of renewable energies. However, their integration in islands faces difficulties including a lack in competitive storage systems that obstruct large-scale integration of their irregular and intermittent production in the electricity grid. Concentrated solar power, which can take advantage of abundant solar energy yield in these regions enable various applications and has interesting advantages, as its low cost energy storage capacity, enabling the control of production and can facilitate the integration of other intermittent renewable energies in electricity grids. Moreover, it enables various applications due to thermal or electrical nature of the energy supplied, such as heat or cold generation, pumping or purification of seawater.

The energy and environmental issues of Cyprus are comparable to many island regions and implementation of renewable energy seems a necessity. The Cypriot government, aware of these issues and pushed by the European Union has put in place strong incentive policies for renewable energy. In this context, the establishment of concentrated solar power plants is entirely possible and would conduct to energy development on the island.

Mots clés :

Solaire thermodynamique à concentration, énergies renouvelables, îles de la Méditerranées, régions insulaires, développement durable, stockage thermique, potentiel, Chypre

Keywords:

Concentrating solar power, renewable energies, Mediterranean, islands, sustainable development, thermal storage, potential, Cyprus

Documents

Le potentiel du Solaire Thermodynamique à Concentration dans les îles de la Méditerranée - Etude du cas de Chypre