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Transition fossiles renouvelables – Les ruptures possibles Alexandre ROJEY.

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1 Transition fossiles renouvelables – Les ruptures possibles Alexandre ROJEY

2 1 Transition fossiles renouvelables - Les ruptures possibles La situation actuelle Les ruptures possibles: - Biomasse - Eolien - Solaire Transmission et stockage dénergie associés

3 2 La situation actuelle: une part des énergies renouvelablesencore très faible La situation actuelle: une part des énergies renouvelables encore très faible 10% 2% 1% 6% 81% Source: AIE

4 3 Eolien: 203 GWc (2010) Solaire thermique: 171 GWc (2008) Solaire photovoltaïque: 21 GWc (2010) Mais une progression très rapide Mais une progression très rapide En 2009, financements dans le secteur des cleantechs: 162 G $ Génération dénergie renouvelable: 119 G $ Développements R&D: 43 G $ Energie éolienne: 67 G $ Energie solaire: 24 G $ Investissements en Europe (44 G $, en baisse), et aux Etats-Unis, mais de plus en plus dans les pays émergents (3G $ en Chine) MW

5 4 Contribution potentielle des énergies renouvelables

6 5 Solaire, éolien, biomasse: principal potentiel de développement Solaire Eolien Biomasse Géothermie Energie des mers (courants, vagues, thermique) Hydraulique

7 6 La biomasse au centre de léconomie de demain? La biomasse est relativement facile à transporter et à stocker cest le substitut le plus direct aux combustibles fossiles

8 7 Solaire et éolien: énergies diffuses et intermittentes Continue Intermittente Decentralisée Centralisée 1 GW Puissance 1 MW Eoliennes Cellules photovoltaïques Centrale à concentration, Tour solaire Centrale hydroélectrique Energie géothermale 0,1 1 Facteur de disponibilité Nucléaire 1 kW 0,25 0,75 0,5

9 8 Les ruptures à venir Par définition, impossibles à prédire, mais potentialités et critères dévolution Biomasse: minimiser lempreinte en surface de sols cultivables ou espaces naturels Eolien et solaire: - Minimiser la quantité de matière nécessaire par kW produit - Développer des moyens de stockage dénergie fiables et économiques

10 9 Biomasse - évolution actuelle: exploiter déchets et biomasse lignocellulosique Biomasse énergie: chaleur et électricité Carburants de première génération Esters d'huiles végétales – éthanol ex plantes sucrières Carburants de deuxième génération Éthanol et hydrocarbures de synthèse ex biomasse lignocellulosique

11 10 Ruptures possibles: photobioréacteurs Photosynthèse chlorophyllienne (microalgues): recyclage CO 2 Biohydrogène Autres réactions de photosynthèse (biochimiques ou non) (photosynthèse artificielle) Association possible avec systèmes à concentration (dont lentilles de Fresnel)

12 11 Eoliennes: une taille limite? Des pales de plus en plus fines pour des surfaces balayées de plus en plus grandes

13 12 Eoliennes: ruptures possibles Nouveaux concepts déoliennes flottantes Eoliennes cerfs-volants: projet KiteGen Eoliennes aérostatiques: projet MARS Eolienne MHD?

14 13 Solaire thermique et à concentration Capteur thermique plan revêtements sélectifs Centrales cylindro-paraboliques- réflecteurs de Fresnel Centrales à miroirs orientés Réductions de coût par effet dapprentissage. Pas de ruptures majeures prévisibles? Lentille de Fresnel

15 14 Systèmes photovoltaïques Silicium monocristallin Silicium polycristallin Couches minces (silicium amorphe) Couches minces (CdTe, CIS)

16 15 Solaire photovoltaïque* * Source EdF

17 16 Evolution du rendement des cellules photovoltaïques

18 17 Ruptures possibles: capteurs photovoltaïques Couches minces revêtements épaisseur moléculaire Couches multi-jonctions (et à concentrateurs) Membranes souples Cellules organiques? Couche de 1 mm = qques kg / m 2 1μ = qques g/m 2 1 nm = qques μg / m 2 (1 μg dor fin = 3 c)

19 18 Transmission et stockage dénergie Systèmes décentralisés: réseaux Intelligents – La révolution des NTIC Le stockage dénergie: une nécessité absolue pour aller vers un taux de pénétration élevé des renouvelables Coûts élevés, rendements limités, fiabilité parfois insuffisante: le principal point dachoppement actuel

20 19 Systèmes de stockage énergétique de grande puissance

21 20 Ruptures possibles: stockage dénergie Sites artificiels de stockage gravitaire hydraulique Stockage hydropneumatique à compression- détente isotherme Batteries à électrodes liquides et batteries redox flow Stockage chimique réversible en phase liquide (carburant électrochimique)

22 21 - OxydationRéduction Oxydation électrochimiqueRéduction electro(photo)chimique Stockage électrochimique en phase liquide (carburant électrochimique) Batterie Redox flow O2O2 O2O2 Réaction réversible air

23 22 Ruptures technologiques: potentiel dapplication vs. Maturité technologique Maturité technologique Potentiel dapplication Capteurs photovoltaïques couches minces Photobioréacteurs Stockage chimique phase liquide Eoliennes sans mat Stockage hydropneumatique Eoliennes en mer Batteries à électrodes liquides et redox-flow Eoliennes verticales Sites stockage gravitaire artificiels Systèmes à concentration Ruptures Capteurs thermiques plans Capteurs photovoltaïques couches minces multijonctions Hydroliennes Commercial Marginal

24 23 La transition à venir Aujourdhui Energies fossiles Moteur à combustion interne Demain Mix énergétique diversifié Solutions hybrides Energies fossiles (gaz naturel) + Renouvelables solaire- éolien /biomasse CSC Multimodalité des transports Energies renouvelables + Stockage dénergie Véhicules électriques/ Route électrique Avion à hydrogène Après- demain

25 24 Conclusion: Conclusion: La rentabilité économique des énergies renouvelables reste encore insuffisante Investir dans linnovation est donc indispensable pour préparer lavenir Il est nécessaire douvrir le champ des possibles et denvisager lensemble des ruptures technologiques Il serait utile dévaluer à un stade précoce de manière aussi complète que possible et sur une base homogène les différentes options envisageables


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