L'Algérie s'est engagée dans un vaste projet d'énergies renouvelables reposant presqu'exclusivement sur l'énergie solaire avec 97% du total. Un véritable mégaprojet initié en 2011 et prévoyant de mettre en place d'ici 2030 une capacité de 22 000 mégawatts d'électricité solaire dont 10 000 destinés à l'exportation. L'objectif recherché est de produire, à cette date, 40% de la consommation nationale d'énergie électrique et semble être inspiré par l'Agence internationale de l'énergie (AIE) qui prévoie que, à l'horizon 2030, 40% de l'énergie électrique mondiale sera d'origine renouvelable. Un objectif d'ailleurs plus que douteux vu le revirement vis-à-vis du solaire dans de nombreux pays comme l'Allemagne et la mise en veilleuse de Desertec. Le projet algérien, qui repose sur le déploiement à grande échelle de plusieurs formes d'énergie solaire, en l'occurrence le photovoltaïque, le thermo-solaire et les centrales hybrides solaire/gaz, soulève bien des interrogations que nous avons déjà eu l'occasion d'exposer dans une précédente tribune (Potentiel et limitations de l'énergie solaire) parue dans le journal Liberté du 11 septembre 2013. Parmi ces interrogations, et c'est là l'objet de la présente contribution, il y a celles qui portent sur la raison d'être des nombreuses centrales hybrides solaire/gaz programmées dans le cadre du projet et dont le nombre s'élève à 27 a-t-on annoncé. En effet, force est de constater que ces centrales ne sont pas, comme on le prétend, la grande percée technologique ouvrant une nouvelle approche pour la promotion de l'électricité solaire. Bien au contraire, elles sont en complète contradiction avec une telle vision et aboutissent à un résultat tout à fait opposé. L'Algérie, qui est le premier, ou l'un des tous premiers, parmi les rares pays qui en ont déjà implanté une sur leur sol, semble s'y être engagée un peu trop vite et sans réflexion préalable. Qu'en est-il au juste ? S'agit-il, comme on le dit, d'une avancée innovatrice ? Rien de moins sûr ! Ou, au contraire, sommes-nous en présence d'une surprenante aberration technologique ? Tout porte à le croire. Pour s'en convaincre, il est nécessaire, tout d'abord, de comprendre ce qu'est une station solaire, ce qu'est une centrale électrique à cycle combiné gaz, ce qu'est une centrale hybride solaire/gaz et avoir une idée du manque de rentabilité des projets thermo-solaires. Les stations solaires Il existe deux types de stations solaires utilisant deux procédés complètement différents pour la production d'électricité : le photovoltaïque et le thermo-solaire. Le photovoltaïque consiste à produire de l'électricité directement à partir du rayonnement solaire. Il nécessite pour cela l'utilisation de cellules à base de silicium cristallin dont le fonctionnement repose sur le principe des semi-conducteurs et à l'intérieur desquelles quelques électrons sont mis en mouvement (faible courant) lorsqu'ils sont bombardés par les rayons lumineux (photons). Pour obtenir de grandes quantités d'électricité, il faut mettre en œuvre un nombre très élevés de cellules regroupées en panneaux qui sont eux-mêmes déployés à l'intérieur de parcs solaires pouvant couvrir des centaines d'hectares. Nous n'en dirons pas plus sur le photovoltaïque car il n'a rien à voir avec les centrales hybrides. Le thermo-solaire quant à lui produit de l'électricité indirectement à partir de la chaleur émise par les rayons du soleil. Celle-ci est captée par des miroirs en général de forme cylindro-parabolique, permettant de concentrer, le long d'une ligne focale, la chaleur diffuse qui leur parvient et obtenir de la sorte des températures très élevées de plusieurs centaines de degré Celsius. Un fluide caloporteur circule le long de ces lignes focales dans des canalisations qui le dirigent à très haute température vers un échangeur de chaleur pour chauffer une chaudière. La vapeur ainsi produite va faire tourner une turbine à vapeur reliée à un alternateur qui génèrera l'électricité requise. La quantité de chaleur fournie par chaque miroir étant faible, il sera nécessaire d'en déployer un très grand nombre dans des parcs thermo-solaires pouvant, eux aussi, couvrir des centaines d'hectares. L'électricité produite sera donc proportionnelle à la quantité de chaleur générée. Les centrales électriques à cycle combiné gaz Ces centrales utilisent le gaz comme combustible et se différencient des anciennes centrales à cycle simple en produisant de l'électricité en deux étapes au lieu d'une. La première étape fait appel à des turbines à gaz qui ont cette particularité de rejeter des gaz de combustion très chauds (environ 600°C). Avec les anciennes centrales à cycle simple, ces gaz étaient tout simplement rejetés dans la nature, ce qui constituait une perte énorme d'énergie thermique. La deuxième étape consiste à éviter une pareille déperdition de chaleur en récupérant ces gaz et en les dirigeant vers un échangeur de chaleur qui permettra de chauffer une chaudière. La vapeur ainsi produite va servir à faire tourner une seconde turbine (à vapeur cette fois-ci) couplée à un alternateur qui génèrera une quantité supplémentaire d'électricité venant s'ajouter à celle produite par la turbine à gaz. Il en résulte un cycle combiné gaz/vapeur améliorant considérablement le rendement de la centrale électrique. C'est grâce à la présence de cette turbine à vapeur qu'il devient possible de concevoir une centrale hybride. Les centrales hybrides solaire/gaz Pour produire de l'électricité exclusivement solaire et éviter toute consommation de gaz, il faut mettre en œuvre des centrales électriques 100% solaire. Or, ces centrales présentent actuellement un gros handicap qui limite sérieusement leur fonctionnement. En effet, outre les coûts élevés qui réduisent considérablement leur rentabilité par rapport aux centrales à gaz, elles présentent l'inconvénient majeur de fonctionner par intermittence, c'est-à-dire le jour seulement lorsque le soleil brille, avec arrêt complet la nuit et production limitée par temps nuageux et lors de vents de sable. D'où la nécessité de mettre en place des capacités de stockage pour y remédier, sauf que celles-ci se trouvent encore au stade expérimental et sont encore loin de connaître une application commerciale fiable, sans parler de leurs coûts élevés. C'est là probablement la principale raison ayant conduit à concevoir des centrales hybrides solaire/gaz afin de contourner le problème de stockage. Un tel projet n'aurait pu voir le jour sans l'existence d'un dénominateur commun entre une centrale à cycle combiné et une station thermo-solaire, à savoir la turbine à vapeur que chacune d'elles utilise. Il devient ainsi possible, en leur faisant partager la même turbine à vapeur, de les intégrer en une unité mixte dans le cadre d'un ensemble appelé centrale hybride. La station solaire y joue alors le rôle d'une seconde source de chaleur, venant en appoint à la chaleur des gaz de combustion, pour accroître la production totale de vapeur et par là celle de l'électricité. C'est cela une centrale hybride solaire/gaz : la simple juxtaposition d'une station solaire et d'une centrale électrique à cycle combiné, raccordées par une turbine à vapeur commune. Rien de plus. Il en résulte, entre autres, un surdimensionnement excessif des turbines à gaz par rapport à la partie solaire entraînant ainsi une surconsommation excessive de gaz contrairement à l'objectif d'un projet solaire. Un tel déséquilibre est pratiquement impossible à réduire de manière significative à cause du concept même sur lequel repose l'hybridation. L'exemple des stations hybrides de Hassi-R'mel (Algérie) et d'Aïn Béni Mathar (Maroc) La centrale hybride de Hassi-R'mel (Tilrhempt) illustre parfaitement ce qui vient d'être dit. Il s'agit en fait d'une grosse centrale à cycle combiné gaz de 120 MW à laquelle est intégrée une petite station thermo-solaire de 30 MW, soit 20% du total. Dans ces conditions, chaque fois que la station solaire nous économise un certain volume de gaz, la centrale à gaz en consomme 4 fois plus le jour et 4 fois plus la nuit, soit 8 fois plus au total. En réalité, le déséquilibre est bien plus grand car la station ne fonctionne jamais au maximum de ses 30 MW et cela pour plusieurs raisons. D'abord, la luminosité n'atteint son maximum qu'à midi et décroit progressivement lorsqu'on s'en éloigne pour disparaître complètement en début et en fin de journée. Ensuite, cette luminosité varie en durée et en intensité en fonction des saisons, par temps nuageux et lors de vents de sable. Enfin, en cas de défaillance technique. Par exemple, si la station ne fonctionne qu'à 50% de sa capacité, les turbines à gaz consommeront environ 16 fois ce qu'elle économise. On dit même, sauf démenti, que seulement 3% de l'électricité produite par la centrale hybride est d'origine solaire, le reste, soit 97%, étant généré par les turbines à gaz. Drôle de façon d'économiser le gaz et de promouvoir le solaire ! Dans le cas de la centrale hybride marocaine d'Aïn Béni Mathar où la partie solaire de 20 MW ne représente qu'environ 4% du total des 472 MW, la situation est encore pire qu'à Hassi-R'mel. Ainsi, pour chaque mètre cube d'économisé par la partie solaire c'est environ 47 m3 de gaz qui sont consommés par la partie cycle combiné. Chiffre qui peut s'élever à 94 m3 si l'unité solaire ne fonctionne qu'à 50% de sa capacité. On dit même que 5% seulement de l'électricité produite serait d'origine solaire. De ce fait, les centrales hybrides ne peuvent se comprendre ni se justifier car en totale contradiction avec le rôle solaire qu'elles sont supposées jouer pour préserver des ressources gazières en déclin. Le thermo-solaire et les centrales hybrides sont-ils rentables ? Il n'y a pas que la consommation démesurée de gaz qui pose problème mais aussi le coût excessif des stations thermo-solaires, coût qui les rend non rentables par rapport aux centrales à cycle combiné. Cette non-rentabilité se répercute automatiquement sur les centrales hybrides qui, de ce fait, deviennent de moins en moins rentables avec l'accroissement relatif de la partie solaire par rapport à l'ensemble. Pour le prouver, nous avons procédé, dans une précédente contribution citée plus haut, à l'estimation de la rentabilité des projets thermo-solaires. Les résultats, basés sur les prix de revient de ce genre de stations à travers le monde, sur la quantité de gaz qu'elles permettent d'économiser et sur une durée de vie moyenne de 30 ans, nous montre que le break-even point, c'est-à-dire le seuil de rentabilité, ne peut être atteint que si les prix du gaz s'élèvent à environ $24 le MM btu. Sachant que les prix du gaz pour les contrats de longue durée tournent autour de $10 le MM btu, il devient évident que le thermo-solaire est loin d'être rentable. Il le sera bien moins avec les prix spots de $5 ou $6 le MM btu et même énormément moins avec les prix locaux subventionnés. Par conséquent, les centrales hybrides seront toujours, à puissance égale, bien plus coûteuse qu'une centrale à 100% cycle combiné. Cet argument économique vient donc s'ajouter à celui de la consommation excessive de gaz pour montrer qu'elles n'ont aucune raison d'exister. Conclusion Les centrales hybrides, présentées comme étant une avancée innovatrice, sont en réalité, pour un pays comme l'Algérie, une véritable aberration technologique. Au lieu de promouvoir l'énergie solaire, celle-ci se trouve réduite à sa plus simple expression et c'est le gaz qui se taille la part du lion dans la production d'électricité alors que le but recherché est sa conservation dans le contexte d'un épuisement proche des réserves. De plus, ces centrales sont d'autant plus injustifiées que les coûts de l'hybridation compromettent leur rentabilité. Aussi, un pays comme l'Algérie gagnerait à y réfléchir à deux fois et même à plusieurs fois, avant de poursuivre le reste du projet de centrales hybrides. M. T. [email protected] (*) Ancien directeur à Sonatrach
