QUELLES ENERGIES POUR DEMAIN ?

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1 QUELLES ENERGIES POUR DEMAIN ?
Jean-Charles ABBE

2 ENERGIE OU ENERGIES ? Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

3 Énergie échangée par unité de temps Watt = Joule / seconde
PUISSANCE Énergie échangée par unité de temps Watt = Joule / seconde kiloWattheure = W / 1 h Puissance électrique moyenne consommée par habitant en France : kWh/ an Période de pointe : 1 kWe/habitant TGV Paris - Nantes : kWh Train de marchandise tonnes consomme 20 kWh/km (25 à tonnes) Une ligne « normale » 400 kV-3 câbles transporte MW = 1 à 2 millions de personnes Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

4 EQUIVALENTS tep TONNE PÉTROLE 1 CHARBON TONNE 0.7 ÉLECTRICITÉ 0.2*
GAZ NATUREL * équivalence à la production associant à l’électricité disponible en sortie, la quantité d’énergie primaire nécessaire pour la production par un autre moyen. 1 baril = 159 litres Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

5 Sécurité approvisionnement Efficacité économique Énergies
DES ENJEUX MULTIPLES Géo-politique Facteurs humains Politique Sécurité approvisionnement Efficacité économique Énergies Humanitaires Techniques Impacts environnementaux Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

6 Les consommations : caractéristiques, perspectives

7 STRUCTURE DE LA CONSOMMATION, 2004
Électricité 9% Électricité 23%* Pétrole 35% Pétrole 44,5% Gaz 22% Gaz 22% Charbon 25% Charbon 4% ENR+ Bio 10% ENR+ Bio 7% * dont 17% d’origine nucléaire Electricité Electricité ENR+ Bio Pétrole Pétrole Charbon 4% Gaz Gaz Charbon Charbon Monde France Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

8 REPARTITION DES CONSOMMATIONS
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9 PRODUCTION ENERGIE PRIMAIRE
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10 CONSOMMATIONS EN ÉNERGIE PRIMAIRE PAR HABITANT (Mtep) DANS DIFFERENTS PAYS
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11 CONSOMMATION ELECTRIQUE vs NIVEAU DE VIE
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12 CONSOMMATION D’ENERGIE PAR SECTEUR, en France
Énergies pour demain

13 EVOLUTION INTENSITE ENERGETIQUE PAR PAYS
France Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

14 EVOLUTION INTENSITE ENERGETIQUE PAR SECTEUR
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15 EVOLUTION DE L’INDEPENDANCE ENERGETIQUE (%)
France Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

16 Une grande variabilité de la demande (journée, année)
15 décembre 15 Août COURBE DE CHARGE/ JOURNEE Comment ajuster une production purement aléatoire à la demande Centrales gaz ou fuel gaz effets de serre Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

17 PUISSANCES MAXIMALES APPELEES
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18 CONSOMMATION ÉLECTRIQUE EN FRANCE
TWh (1012 – mille milliards Wh) TWh +3,9 % - Vague de froid, canicule, stagnation économique (- 1% pour grands acteurs industriels) La plus forte augmentation depuis 1996 (4,5 %) TWh 453 TWh 480 TWh Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

19 Contextes politiques, géopolitiques, environnementaux

20 … le plus grave des problèmes que le monde ait jamais eu à résoudre.
DEMOGRAPHIE … le plus grave des problèmes que le monde ait jamais eu à résoudre. E.Pisani (Vive la révolte) La population croît de 3 milliards d’individus tous les 50 ans ! Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

21 CHANGEMENTS GEOPOLITIQUES
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22 URBANISATION En France, une surface équivalente à un département est urbanisée tous les 10 ans ! Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

23 à proximité de quiconque
DE SACRO-SAINTS PRINCIPES NIMBY (Not In My Backyard) : pas dans mon jardin ! BANANA (Build Absolutely Nothing Anywhere Near Anybody) : ne rien construire où que ce soit à proximité de quiconque Le principe de précaution et … le risque de ne rien faire Énergies pour demain

24 EFFET DE SERRE UV-Visible IR-Thermique Effet serre
N2 70% O2 21% O3 4/6 ppm H2O 0,1% CO ppm CH4 1,8 ppm N2O 0,3 ppm O3 O,04 ppm IR-Thermique Effet serre Sans effet serre : -18°C Avec effet serre naturel : 15°C (vapeur eau et CO2) Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

25 CORRELATIONS OU ARTEFACTS ?
240  40 DT CH4 500  200 DT Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

26 EMISSION DE CO2, PIB et POPULATION
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27 EMISSION INDUSTRIELLE DE CO2/ habitant
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28 EUROPE : DES ÉVOLUTIONS IMPORTANTES
LIBÉRALISATION DES MARCHÉS : : électricité : gaz libéralisation de l’électricité pour artisans, PME, professions libérales 2007: libéralisation totale du marché de l’électricité CONSÉQUENCES : concurrence partout en Europe et recomposition du secteur de l’énergie qui doit répondre aux défis d’adaptation à une crise majeure et au respect des engagements sur les émissions de CO2. Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

29 DIVERSITÉ DES SITUATIONS ÉNERGÉTIQUES ET DIFFICULTÉS :
ENTITÉ STRATÉGIQUE (SÉCURITÉ) ORGANISATIONS PRODUCTION, TRANSPORT, DISTRIBUTION GÉOGRAPHIE, GÉOLOGIE, CLIMAT, NIVEAU DE VIE, NIVEAU DE DÉVELOPEMENT, CULTURE DU SERVICE PUBLIC, HISTOIRE ET FACTEURS SOCIO-ÉCONOMIQUES Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

30 Les énergies

31 Facilité d’utilisation Non renouvelable Émetteur CO2
Le pétrole Facilité d’utilisation Non renouvelable Émetteur CO2 Aléa géo-politiques Forte variabilité des prix Énergies pour demain

32 PETROLE : PRODUCTION 2007 Production mondiale : 85 Mb/j
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33 Variations de PRIX du PETROLE
Sept Énergies pour demain Jean-Charles ABBE Géoéconomie

34 Relativement abondant (Un peu) mieux réparti que le pétrole
Gaz Relativement abondant (Un peu) mieux réparti que le pétrole Pollution moindre qu’avec pétrole et charbon (souffre, métaux lourds, particules) Moins de C/unité de masse et donc moins de CO2 que le pétrole (- 20%) et que le charbon (- 40 %) Mais : Contribue néanmoins à l’émission de CO2 Gaz naturel = méthane Non renouvelable Épuisement rapide si consommation accrue fortement Énergies pour demain

35 GAZ : PRODUCTION 2005 Total : milliards m3 25 % 7 % 20 % 4% 31%

36 Quelques paramètres géopolitiques et géostratégiques
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37 Détroit d’Ormuz Approvisionnement 40 % USA 85 % Japon 60 % EU
80 pétroliers chaque jour ! Approvisionnement

38 Les orgues de Poutine (Medvedev ?)
France : Norvège : 30 % Algérie : 18 % Pays Bas : 17 % Court terme : 20 %

39 Enjeux dans le Caucase et en Asie Centrale

40 PETROLE et GAZ : Réserves mondiales Jean-Charles ABBE
Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

41 PETROLE et GAZ : Réserves mondiales
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42 Réserves importantes et bien distribuées Polluant
CHARBON Réserves importantes et bien distribuées Polluant gaz carbonique, soufre, cendres nécessité - d’augmenter les rendements - de piéger les polluants - de traiter les fumées Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

43 CHARBON : PRODUCTION 2006 17 % 10,5% 5% 38 % 6 % 7 %

44 Mission d’évaluation économique
CHARBON « La mauvaise performance du charbon en matière d’émission de gaz carbonique n’incite pas à préconiser le parc de centrales au charbon en France, sauf en cas d’abandon du nucléaire. Les centrales avec gazéification intégrée et celles à lit fluidisé seront alors candidates » Mission d’évaluation économique Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

45 NUCLÉAIRE : RÉACTION DE FISSION REACTION EN CHAINE
neutron U 235 Fragments de fission (déchets nucléaires) Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

46 RÉACTEUR NUCLÉAIRE Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

47 CENTRALE NUCLÉAIRE DE PALUEL
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48 URANIUM : Réserves mondiales
Épuisement prévisible : 50 ans Porté à 3000 ans pour des surgénérateurs ! Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

49 Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

50 Technologies éprouvées
NUCLÉAIRE AVANTAGES Technologies éprouvées Minerais abondants et bien repartis sur le globe, mais ressource finie (potentialité multipliée par 60 dans les surrégérateurs) Pas de rejets de gaz à effet de serre INCONVÉNIENTS Gestion et devenir des déchets nucléaires Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

51 NUCLEAIRE : PERSPECTIVES
Nouveaux réacteurs EPR - Sûreté accrue - Rendement améliorée - Durée de vie prolongée - Déchets minimisés (relatif) Réacteurs hybrides - Sûreté de fonctionnement Combustion de déchets Réacteurs 4ième génération, haute température Fusion (très long terme) Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

52 Le réacteur de fusion ITER
                                                                                                                           Combustible inépuisable !!! Énergies pour demain

53 ENERGIES RENOUVELABLES
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54 HYDROÉLECTRICITÉ Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

55 14% de la production électrique  GRANDE HYDROÉLECTRICITÉ
Barrages et lacs de montagne (Mont Cenis : 600 GWh/an) Barrages sur fleuve (Rhin : 700 GWh/ an) Usine marémotrice (Rance : 600 GWh/an - Consommation agglomération Rennes) 90 % des sites potentiels équipés  PETITE HYDROÉLECTRICITÉ ( 8 MW) 1 500 petites centrales (PCH) 7,5 TWh/an soit 6% production nationale Potentialité : 5 TWh/ an Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

56 ÉNERGIE SOLAIRE Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

57 ÉNERGIE SOLAIRE (Énergie thermique)
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58 SOLAIRE (Miroir ardent de Buffon, 1740) *
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59 SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE
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60 Actif : Chauffe eau, chauffage Passif : Chauffage Thermodynamique
SOLAIRE Thermique direct Actif : Chauffe eau, chauffage Passif : Chauffage Thermodynamique Électricité, Pompage, Froid Photovoltaïque Sites autonomes (petite puissance) Relié au réseau (moyenne et grande puissance) Biologique Production de biomasse Combustibles solides, liquides, gazeux Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

61 Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

62 propre (sauf à intégrer l’élaboration du Si) sur « gratuit »
SOLAIRE Avantages : durable abondant divers propre (sauf à intégrer l’élaboration du Si) sur « gratuit » décentralisé universel Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

63 Heure (passages nuageux) Journée (cycle diurne)
SOLAIRE Désavantages FORTE VARIABILITÉ Heure (passages nuageux) Journée (cycle diurne) Semaines, mois (séquences climatiques) Année (cycle saisons) RENDEMENTS DE CAPTAGE LIMITÉS ET FORT VARIABLES (1 000 W/m2) APPLICATIONS DOMESTIQUES, PEU COMPATIBLES AVEC APPLICATIONS INDUSTRIELLES Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

64 A vot’ bon cœur M’sieurs, dames
Crédit impôts ADEME Collectivités + 25 c€ * 55 c€ 5,8 % : Contribution au service public * Prime d’intégration au bâti Énergies pour demain

65 ÉNERGIE EOLIENNE Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

66 VITESSE DES VENTS Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

67 Patrimoine naturel très riche Potentiel acceptable :
EOLIEN Patrimoine naturel très riche Potentiel acceptable : sur terre : 70 TWh/ an offshore : 230 TWh/ an (consommations UE, 1900 Twh/an, et France, 400 Twh/ an) France : EOLE 2005 Démontrer la compétitivité éolien Offrir à des industriels une vitrine technologique  juillet 96 : 50 MW  mars 98 : 100 MW  2005 : 250 à 500 MW Jean-Charles ABBE

68 Pas de puissance garantie (systèmes couplés)
EOLIEN Pas de puissance garantie (systèmes couplés) Puissance instantanée fonction de la vitesse du vent [P=f(v3)] Grande dilution dans l’espace : 1 TWh/ an : 25 à 65 km2 ( 1% espace réellement occupé) Aspect visuel Nuisance sonore Facture pour le contribuable (20 milliards € en 2010) Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

69 ENERGIE EOLIENNE FRANCE FIN 2006
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70 PUISSANCE / VITESSE DU VENT
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71 Puissance Installée (MW) Equivalent heures pleine puissance
Éolien : puissance installée et production effective Pays Puissance Installée (MW) Production 2006 (TWh) Equivalent heures pleine puissance (sur h/an) Allemagne 18 400 20 600 30,3 1 470 Espagne 10 000 11 600 24,6 2 121 Danemark 3 100 6,1 1 968 Italie 1 720 2 120 3,7 1 745 R.U 1 330 1 960 3,2 1 633 France 1 650 2,19 1 327 Total EU 40 500 48 000 81,35 1 697 Allemagne : 1 470/8760 = 16,8 % (équivalent temps plein puissance max) Espagne : / 8760 = 24 % France : / 8760 = 15 %

72 Eolien et veilleuses électroménagers en Allemagne
Consommation veilleuses : 500 kWh annuelle de postes Bilan : 20 TWh/an Production éolienne : 20 TWh/an La production éolienne est équivalente à la consommation des veilleuses des équipements électroménagers ! Énergies pour demain

73 Gaz naturel (TAC pointe) 883 Fuel 891 Charbon 978
Émissions comparées de CO2 en g/kWh électrique (analyse du cycle de vie) Hydraulique 4 Nucléaire 6 Éolien 3 à 22 Photovoltaïque 60 à 150 Cycle combiné 427 Gaz naturel (TAC pointe) 883 Fuel 891 Charbon 978 Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

74 Transformation en énergie ou en matière énergétique de la biomasse
Bois Produits de l’agriculture Déchets urbains Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

75 Liquéfaction : carburants Biologiques : micro-organismes
BIOMASSE Trois filières Chimiques Hydrolyse : éthanol Liquéfaction : carburants Biologiques : micro-organismes Production directe méthane, éthanol Fermentation méthanique (biogaz) Thermochimiques Production de chaleur Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

76 PROCHE PARENT DU GAZ NATUREL FOSSILE Production Actuelle : 15 ktep/ an
BIOGAZ PROCHE PARENT DU GAZ NATUREL FOSSILE Production Actuelle : 15 ktep/ an Potentielle : 3 Mtep/ an Origines Stations épurations urbaines Épurations industries Déchets Digesteurs agricoles Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

77 « Les villes dévorent la campagne :
Surface à mobiliser pour remplacer le pétrole dans les transports (50 Mtep) Filière Culture Tcarb / Ha Tep/T % territoire % terres cultivées Huile Colza 1.37 0.87 1 66 104 232 365 Tournesol 1.06 0.77 86 118 300 413 Ethanol Betterave 5.78 0.76 0.69 23 120 80 420 Blé 2.55 0.04 52 2700 183 9400 Source : DIDEM/ ADEME : surface brute : surfaces pondérées (nettes) « Les villes dévorent la campagne : l’équivalent d’un département avalé tous les 10 ans ! »

78 Extraction de l’énergie thermique accumulée dans le sous sol
GÉOTHERMIE Extraction de l’énergie thermique accumulée dans le sous sol Haute température (> 150 °C) Moyenne température (90/150 °C) (électricité, chauffage collectif) Basse température (30/90 °C) (chauffage collectif) Très basse température (<30 °C) pompe à chaleur : chauffage Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

79 POMPE A CHALEUR Association Française pour les Pompes à Chaleur
Énergies pour demain

80 Ile Mystérieuse, Jules Verne, 1870
VISIONNAIRE ?…. « Qu’emploieront les hommes après que le charbon et les autres combustibles seront épuisés ? » « L’eau ! Oui, mes amis, je crois que l’eau sera un jour employée comme combustible, que l’hydrogène et l’oxygène qui la composent, utilisés ensemble ou séparément, fourniront une source inépuisable de chaleur et de lumière. » Ile Mystérieuse, Jules Verne, 1870 Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

81 - dissociation électrolytique, photochimique de l’eau
HYDROGÈNE Caractéristiques - abondant - énergétique - non polluant Production - dissociation électrolytique, photochimique de l’eau - cycles oxydoréduction ou thermochimiques Distribution et stockage - hydrogènoduc, réserves souterraines - hydrures métalliques (LaNi5) Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

82 PILE A COMBUSTIBLE Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

83 L’OCÉAN Utilisez la nature, cette immense auxiliaire dédaignée. Faites travailler pour vous tous les souffles de vent, toutes les chutes d'eau, tous les effluves magnétiques. Le globe a un réseau veineux souterrain; il y a dans ce réseau une circulation prodigieuse d'eau, d'huile, de feu; piquez la veine du globe, et faites jaillir cette eau pour vos fontaines, cette huile pour vos lampes, ce feu pour vos foyers. Réfléchissez au mouvement des vagues, au flux et reflux, au va-et-vient des marées. Qu'est-ce que l'océan? une énorme force perdue. Comme la terre est bête! ne pas employer l'océan! Victor Hugo Quatre-vingt-treize, 1874 Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

84 Energie des vagues Perspectives Énergies pour demain

85 Problème essentiel pour
STOCKAGE DE L’ENERGIE Problème essentiel pour - énergie intermittente (éolien, solaire) - aménager les fluctuations production et demande Solutions - hydroélectricité - compression de gaz - volants (sustentation magnétique) - hydrogène Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

86 2006 2021 Énergies pour demain

87 Énergies pour demain

88 - Éclairage, eau sanitaire, chauffage / climatisation
MAITRISE DE L’ENERGIE SECTEUR TERTIAIRE - Éclairage, eau sanitaire, chauffage / climatisation lampes basse consommation, cogénération, chauffe eau solaire, piles à combustibles - Appareils informatiques et communications Composants électroniques, moniteurs, gestion des équipements SECTEUR INDUSTRIEL - Amélioration des rendements des moteurs - Amélioration des procédés de fabrication Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

89 - Urbanisme et transports en commun
MAITRISE DE L’ENERGIE SECTEUR TRANSPORTS - Véhicules allègement des véhicules, aérodynamismes, moteurs hybrides, piles à combustibles, véhicules électriques - Urbanisme et transports en commun - Ferroutage, voies fluviales et maritimes (cabotage) Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

90 Prospective du CIAT sur les transports
Énergies pour demain

91 Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

92 Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

93 Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

94 - La demande énergétique ne pourra que croître dans le monde.
CONCLUSIONS OBJECTIVES - La demande énergétique ne pourra que croître dans le monde. - Les enjeux environnementaux sont cruciaux. - Problème grave et préoccupant - Paramètres multiples et imbriqués - Pas de solution miracle - Décisions politiques majeures indispensables Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

95 DÉVELOPPEMENT DURABLE
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96 CONCLUSIONS SUBJECTIVES
- Les énergies renouvelables doivent être développées mais elles seront insuffisantes pour satisfaire la demande -Les économies d’énergie sont à rechercher mais leur effet restera limité -Le « tout »nucléaire a vécu mais son utilisation reste pour une large part incontournable. Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

97 le sage enseigne par ses actes
non par ses paroles Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

98 Documents annexes

99 Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

100 ÉNERGIE DU FUTUR ? LA POMME DE TERRE
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101 Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

102 SUPERPHENIX / COÛT Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

103 SUPERPHENIX : FONCTIONNEMENT
Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

104 Extrait de presse Ouest France du 8 mars 2004
Les énergies renouvelables à la baisse. Selon Observ’ER, la part d’électricité d’origine renouvelable, de 15,5% l’an dernier, devrait tomber à 15% cette année et reculer à 14,5% l’année prochaine. La production hydroélectrique est menacée par le changement climatique. La loi sur l’eau de 1992 va aussi faire sentir ses effets, notamment l’augmentation du « débit réservé », ie la quantité d’eau ne pouvant être détournée vers un barrage. Eoliennes offshore peu probables en Vendée. Suite à un appel d’offre, deux sites ont été repérés au large des côtes vendéennes : un projet de 17 éoliennes, face à St Jean de Monts et un autre de 42 mâts face à St Gilles. Il est peu probable qu’ils aboutissent : les secteurs envisagés sont très fréquentés par les pêcheurs et les plaisanciers et régulièrement survolés par des appareils militaires à basse altitude. Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

105 Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

106 SOLAIRE THERMIQUE

107

108 Combustible Oxygène Eau refroidissement Rejets thermiques Activité
1.5 million de tonnes 1 000 MW 2.3 millions de tonnes 27 tonnes. Oxygène 3.4 milliards m3 4.2 milliards m3 Eau refroidissement 720 millions m3 950 millions m3 1 100 millions m3 Rejets thermiques Eau refroidissement : 4 mlliards de kWh Eau refroidissement : 8 milliards de kWh Cheminée : 2.4 milliards de kWh Cheminée : 2.5 milliards de kWh Eau de refroidissement + cheminée : 12.3 milliards de kWh 4.107 Bq Activité 4.109 Bq Bq Déchets solides négligeable tonnes Déchets haute activité : 14 m3 Gaz carbonique 3 milliards m3 2.4 milliards m3 tonnes tonnes Soufre (SO2) 3.1 millions m3 Oxyde azote (NO2) 9.6 millions m3 fuel Charbon Nucléaire

109 COGÉNÉRATION Production simultanée, à partir d’une seule source d’énergie primaire, d’énergie mécanique et de chaleur. Dans une majorité de cas, l’énergie mécanique est convertie en électricité par un alternateur et la chaleur est utilisée pour satisfaire des besoins thermiques de procédés industriels et/ou de chauffage Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

110 Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

111 Cycle combiné Chaudière cogénération SANS COGÉNÉRATION
Électricité 35 MW 120 MW Pertes MW Chaudière combustible Chaleur MW COGÉNÉRATION cogénération Électricité 35 MW 100 MW Chaleur MW Pertes MW Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

112

113 EOLIEN au DANEMARK Energie 2001 2003 : 1 000 MW
2010 : MW dont 450 offshore 2030 : MW offshore Échanges prévus avec la Norvège pourvue en installations hydroélectriques Énergies pour demain Jean-Charles ABBE