Depuis leur apparition dans les décennies qui ont suivi la fin de la seconde guerre mondiale, les lignes de transmission d’électricité se sont peu à peu fondues dans le paysage. Véritables nerfs de notre réseau, elles permettent de faire le lien entre d’une part les régions où l’électricité est générée (p.ex. barrage, parc éolien, ferme solaire) et d’autre part les lieux où elle sera consommée (p.ex. maisons, villes, usines).
Produire plus et stocker plus
Avec des infrastructures vieillissantes, comme dans toute aventure humaine, les efforts se portent tout d’abord sur les quick wins, ces projets qui se concrétisent plus facilement car moins ardus et avant tout moins coûteux. Il est donc logique de s’être tout d’abord attaqué à produire plus d’électricité via notamment des installations solaires plus performantes, robustes et stables sur la durée. Ensuite, une fois cette économie lancée, les activités se sont fortement développées dans le domaine du stockage d’électricité, notamment via des batteries (dont Leclanché est un acteur pionnier en Suisse). Ceci a également permis de stabiliser le réseau avec l’afflux massif de sources intermittentes et décentralisées comme le solaire et l’éolien renouvelables.
Il faut aussi transmettre plus et mieux
Toutefois, le cœur du réseau, à savoir les lignes de transmission, sont restées jusqu’à ce jour relativement ignorées. L’une des raisons est le coût élevé associé à la rénovation, l’amélioration, l’expansion et l’optimisation dudit réseau. La gestion de ce dernier devient également nécessaire pour éviter la saturation (p.ex. smart grids et logiciels de gestion des flux). Comme le dit l’adage populaire: si ce n’était pas difficile, tout le monde le ferait.
En effet, pour considérer le développement d’énergies renouvelables, il est évident que des parcs massifs seront nécessaires pour atteindre des objectifs de production liés à l’électrification de notre société. Ceux-ci ne seront évidemment pas situés près des zones résidentielles dû au manque de place et aux zones d’ensoleillement propices (p.ex. désert). De nouvelles super-autoroutes de courant continu à haute tension (abrégé CCHT) sont donc nécessaires. Acteur puissant du secteur et protagoniste incontesté de l’innovation suisse, ABB est un leader de l’industrie pour ce type de lignes électriques.
La transmission d’électricité est la clé de voûte d’un réseau décarboné et peu coûteux. La société connectée et électrifiée de demain doit s’en préoccuper dès aujourd’hui.
Je ne pense pas que la Suisse va jamais établir des lignes à haute tension à courant continu, car la rentabilité de la technologie CCHT n’est atteignable qu’au delà de 500 km pour des lignes de plusieurs milliers de km.
Par contre, il y a un point crucial que vous n’avez pas soulevé : le réseau suisse actuel n’est pas capable d’encaisser une puissance totale de plus de 15 GW alors que les “Perspectives énergétiques 2050+” de la Confédération envisagent une production photovoltaïque (PV) de 34, voire 40 TWh par an, ce qui signifie une puissance-crête installée de quelque 39 à 46 GWp. Durant les jours d’été de beau temps à midi, un tel parc PV pourrait délivrer toute cette puissance qu’il s’agirait de gérer, principalement pour l’acheminer vers des sites de stockage puisque la demande de consommation du pays est en moyenne de 7 GW, voire 8 GW demain, oscillant seulement entre des extrêmes de 4 et 12 GW, voire 15 GW demain. Il est à noter qu’une même quantité d’énergie annuelle de 40 TWh produite par des centrales nucléaires ne nécessiterait qu’environ 5 GW, une puissance qui ne risquerait jamais de saturer le réseau.
Quant au stockage par batteries pour des installations PV domestiques, il n’est envisageable que pour un cycle diurne et pour les véhicules électriques (VEL). Comme déjà écrit ici, les besoins en lithium dépasseraient les 100’000 tonnes, seulement pour un futur parc de 4,5 millions de VEL en Suisse.
Le problème majeur est celui du stockage saisonnier d’électricité où les besoins seront de bien plus de 10 TWh, probablement 20 TWh, à disposer pour l’hiver, soit l’équivalent d’au moins 10 à 12 Grandes Dixences, bien sûr introuvables en Suisse.
Merci Christophe, vous revenez à l’un des fondement de la production d’énergie renouvelable. Pour rappel, l’énergie n’est pas renouvelable, elle est retiré à la biosphère pour notre usage ! Et donc si nos prélèvements sont suffisamment discrets ils ne sont pas néfastes. En revanche, je ne suis pas du tout certain que des “parcs massifs” soient bons par la biosphère. Il faut donc favoriser la production décentralisée ! Et merci pour vos chiffres qui sont fondamentaux.
Vous reprenez là une de mes marottes: optimiser le réseau par une mondialisation grace au courant continu. L’idée étant de pouvoir transporter l’électricité suffisamment loin trouver toujours des clients et éviter ainsi de devoir stocker. A l’inverse, cela permet de trouver la puissance nécessaire lors des pointes de consommation. Un tel réseau permettrait donc une optimisation de la production. Cela implique de pouvoir traverser les mers et de limiter les pertes, d’où l’utilisation du courant continu. Il est à rappeler que le courant continu est sensiblement moins dangereux et plus facile à isoler que l’alternatif actuellement utilisé. Nous pourrions donc n’avoir qu’une seule tension dans tout le réseau jusqu’au convertisseur de quartier. Admettons deux lignes de +150kV et -150kV. Cela correspond environs, à la tension que votre dentiste approche de votre visage pour faire une radiographie.
Il reste la question du prix soulevé par le commentaire de Monsieur Reyff. C’est précisément ce qui me fait dire que l’on ne veut pas de cette solution. Actuellement, les cables isolé proposés pour les lignes de transport d’énergie à courant continu sont similaires aux cables proposés pour le courant alternatif, soit des couches de semi-conducteurs avec un isolant en PPHT ou XLPE vulcanisé dans un tube CV. Je ne comprends pas car il existe des isolants plastiques capables d’isoler du courant continu jusqu’à 300kV par millimètre… et je vous promets qu’un technologie utilisant un tube CV n’est ni nécessaire, ni utilisée dans les applications ayant recours à une haute tension continue, comme la radiographie.
Cette technologie est donc nettement préférable à l’utilisation de batterie au lithium, car celles-ci sont trop précieuses (coût écologique, usure prématurée).
@GWASKELL
Bonjour, votre propos m’intéresse beaucoup et je vois des applications possibles dans certains pays.
Pourriez-vous m’en dire plus et comment vous contacter.
Merci
Serge
Je suis volontiers à votre service. Laissez-moi un message sur tanne-engineering.ch
Par ailleurs, est-il vraiment nécessaire de tout convertir en électricité ? On a aussi besoin de chaleur – forme dégénérée de l’énergie – que l’on peut stocker / utiliser sous forme de combustibles (H2 p.ex). De tels combustibles peuvent également être produits de manière décentralisée.
Comme vous le dites, la chaleur est une forme dégradée d’énergie ; on la stocke “passivement” dans des réservoirs à grande capacité calorifique ou avec des systèmes à transition de phase (changements de phase endothermique / exothermique). Mais on ne peut pas la stocker facilement sous forme de H2 !
Pour former du H2 (qui n’existe pas tel quel dans la nature), sans plus utiliser le “craquage” d’agents fossiles, il y a trois voies : la photolyse, l’électrolyse et la thermolyse de l’eau, ou une combinaison des deux dernières par électrolyse à haute, voire très haute température, avec une importante source de chaleur en plus de la source d’électricité. L’électrolyse classique à basse température peut être faite avec des surplus d’électricité issue de l’éolien ou du photovoltaïque. Celle à très haute température peut se réaliser par des réacteurs nucléaires à très haute température (VHTR) dédiés à la synthèse du H2.
Ensuite, le H2 (stockable sous forme comprimée ou liquéfiée) peut être retransformé en eau et en électricité au moyen d’une pile à combustible, ou en chaleur par simple combustion. Il faut être conscient des rendements de chaque opérations qui se multiplient : par exemple, deux rendements successifs favorables de, disons, 80% donnent un rendement global de 64%. La production et le stockage du H2 est une voie pour gérer les excès d’électricité photovoltaïque ou éolienne, au-delà de la demande de consommation immédiate.
Si l’on veut retrouver 10 TWh d’électricité en hiver, il faut donc utiliser 15,6 TWh en été, auxquels s’ajoute environ un dixième, soit 1,56 TWh pour le travail de compression du H2, soit 17,2 TWh !
Quelle est la masse de H2 nécessaires ? 367’000 tonnes (avec 46,9 kWh pour 1 kg H2), ce qui correspond à un volume de près de 10 millions m3 sous 700 bars, cela en ayant dû électrolyser 3,3 millions de m3 d’eau (avec 1 t H2 pour 9 m3 d’eau), soit quasiment le volume du Lac Noir (Schwarzsee). Notons bien que ce volume de H2 à stocker correspond au volume excavé du tunnel de base du Gotthard.
Oh, vous obtenez un rendement de 58%. Personnellement, J’ai calculé: électrolyse 80%, pile à combustible 60%, ce qui donne: électricité –> H2 –> électricité: 48% , ce qui est un peu moins bien que le pompage-turbinage. Par contre, ce que je préconise, c’est de se chauffer avec cet H2 dans votre chaudière (100%) ou mieux de profiter du couplage chaleur-force pour produire électricité (30%) et chaleur (70%). Mais, aujourd’hui, l’installation ne sera pas très bon-marché ! Par contre, il ne vaut pas la peine d’utiliser cet H2 pour des transports, le rendement n’étant environ que de 30-40%. Etes-vous d’accord avec mes chiffres ?
Selon une récente étude du PSI, le chauffage bâtiments à l’hydrogène jouera un rôle très marginal en Suisse: https://www.nature.com/articles/s43247-023-00813-6
Oui, j’avais vu ça, mais je n’ai pas (encore) lu leur article et cela me semble justement une voie à développer (surtout avec couplage chaleur-force).
Il serait bien peu rationnel d’utiliser du dihydrogène, H2, seulement pour du chauffage dans une chaudière domestique ! De façon générale utiliser un processus avec des températures de plusieurs centaines de degrés pour en tirer seulement de la chaleur à relativement basse température est du gaspillage. On peut en tirer bien plus (sous forme d’énergie utile, l’énergie ou enthalpie libre, ou exergie), justement soit par une pile à combustible, soit par le couplage chaleur force qui produit électricité et chaleur. Mais, d’autre part, comme chimiste, je suis très sceptique aussi bien de produire que d’utiliser du H2 de façon domestique. Même l’usage industriel reste délicat et demande des précautions qu’il serait difficile non seulement d’imposer, mais de surveiller à domicile. C’est une matière non seulement inflammable, comme du gaz ou du mazout, mais surtout très facilement explosive. La moindre fuite dans une cave serait vite désastreuse.
Pour les piles à combustible, un rendement de 65% est actuellement réalisé. Au total sur la chaîne « power to gas to power » (P2G2P, comme on l’abrège en anglais), je suis d’accord avec vous que l’on est encore, actuellement, plus près de 50% que de 60%.
Merci pour votre point de vue de chimiste…Il est vrai que le mélange détonnant (2H2 + O2) est … détonnant
Ce qui est dangereux dans le cas du mélange H2 et air, c’est que la plage d’explosivité est très large, entre déjà seulement 13% et jusqu’à 65% pour la part de H2.
Waooou ! On dit que l’on peut produire/synthétiser des combustibles (gaz/liquides?) à partir d’énergie; comme chimiste, qu’en vous pensez-vous ? En ce qui concerne votre remarque précédente: qu’importe la température du processus de production, c’est la simple combustion qui est du gaspillage. Et pourtant on ne fait que ça avec le pétrole !
Oui, il est absurde de brûler du pétrole (à haute température) pour se chauffer à basse température, il faut le réserver pour la pétrochimie de synthèse…
Bien sûr qu’il est possible de synthétiser des combustibles à partir du H2. On pense au méthanol, à l’acide formique, au cyclohexane, des liquides qui permettraient de faire facilement le plein de voitures. Mais il faut compter encore avec un rendement de synthèse de 40% qui, avec l’électrolyse de l’eau en amont, et une pile à combustible en aval, donnerait un rendement global de 25%.
Mais, ce qui foncièrement n’est pas rentable, c’est passer par une combustion pour obtenir une énergie mécanique (30% max) avec des carburants plutôt que des batteries (autres problèmes). Tandis que comme combustible, il n’y a pas de perte, mais du gaspillage. En bref pourquoi ne favorise-t-on pas le couplage chaleur-force ???
Une batterie ne produit pas d’électricité, elle la stocke et la restitue !
Un générateur à moteur thermique extrait presque toute l’exergie possible de l’énergie thermique contenue dans un agent fossile. Plus la température et élevée, plus sa part est importante.
Certes, le CCF a tout son sens en hiver, mais en été, produire 30% en électricité et 70% en chaleur inutilisable n’a guère de sens. En été, l’eau chaude sanitaire est à préparer avec de simples capteurs solaires faciles à mettre en oeuvre sur chaque toit, en partage (environ 1/10) avec des modules photovoltaïques. En hiver on le fait avec des pompes à chaleur avec un coefficient e performance (COP) d’au moins 3 (= 300%!).
La pile à combustible (à H2 ou, indirectement et bien mieux, à liquide hydrogéné de synthèse) est la solution pour la voie P2G2P, surtout pour les véhicules électriques (VEL) : un plein rapide classique avec un liquide (facilement transportable et stockable), une production d’électricité « in situ » dans le VEL, avec une petite batterie-tampon de seulement 10 kWh de capacité, et une utilisation plus rationnelle de l’électricité avec quatre petits moteurs électriques, judicieusement asservis, sur les quatre roues. On évite ainsi le recours à des batteries volumineuses (pour stocker 100 kWh, voire plus) et surtout pesantes (jusqu’à 50% du poids du VEL !), et, par là, à l’immobilisation de plus de 100’000 tonnes de lithium, soit l’équivalent du marché mondial annuel, comme déjà écrit plus haut ici.
Ce que j’essayais de dire, c’est qu’il faut éviter de passer par un combustible produit avec de l’électricité pour faire fonctionner un véhicule à moteur thermique; ça c’est du gaspillage, c’est encore pire qu’une chaudière ! C’est comme le CCF en été mais toute l’année.
Si l’on ne veut plus utiliser d’agents fossiles pour le transport, les agents de synthèse liquides passent par l’électricité photovoltaïque ou éolienne pour produire du H2 indispensable. Ensuite, on les utilise soit dans un moteur thermique, mais peut-être à haute température (et donc un moteur non plus en fonte, mais en céramique), avec un meilleur rendement, soit, comme déjà dit, dans une pile à combustible. Au final, le rendement total pourrait être presque le même. Calculs encore affiner pour quantifier cela.
L’hydrogène n’est pas plus explosif qu’un autre gaz, le Hindenburg a brûlé mais n’a pas explosé. En revanche il est beaucoup plus “fin” ce qui rend les joints plus complexes à réaliser et à maintenir.
Concernant leur explosivité, trois choses diffèrent entre le dihydrogène (H2) et le méthane (CH4) :
– Le domaine d’explosivité du CH4 est restreint, de 4,4% à 16,5% en volume, contre 4 à 76% pour H2.
– Et surtout le seuil d’énergie d’activation pour initier une explosion du CH4 est 14,5 fois plus élevé que celui du H2 pour lequel une simple étincelle électrostatique suffit.
Voyez ici :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Dihydrogène#Dangers,_risques_et_précautions
– Dans le cas du transport du H2, l’étanchéité, non seulement des joints mais aussi des conduites métalliques, est exigeante ; de plus, à la longue, le H2 attaque le métal et le rend cassant et donc poreux.