ENER002 2006-07 Biocarburants et énergies renouvelables en Belgique (+ perspectives de UE) Définitions des énergies renouvelables Motivations aux développement.

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1 ENER002 Biocarburants et énergies renouvelables en Belgique (+ perspectives de UE) Définitions des énergies renouvelables Motivations aux développement des ER Ressources en Belgique Contexte européen Namur, 21 décembre 2006 Michel Huart Secrétaire général APERe asbl Editeur responsable : Renouvelle Michel HUART

2 Source d’énergie renouvelable
ENER002 ER Source d’énergie renouvelable Forme utile d’énergie Vent Cours d’eau Marée - Vague -Courant marin Soleil Biomasse sèche Biomasse humide Chaleur « naturelle » (géothermique, océanique ou solaire indirect) Musculaire (humaine – animale) (Foudre) Besoin Travail Chaleur/froid Achat Electricité Combustible Carburant Gratuit Réduction consom. Michel HUART

3 Source d’énergie renouvelable
ENER002 Source d’énergie renouvelable ER Forme utile d’énergie Energies renouvelables Eolienne sur terre et en mer Eolienne de pompage Centrale hydroélectrique, Centrale marémotrice, Centrale marine Chauffe-eau solaire, (Séchoir et four solaire) Syst. photovoltaïque, Centrale thermodynamique Réfrigération solaire Préparation du combustible Equipement de combustion Unité de biométhanisation-combustion Equipement d’extraction -> Biocarburant Bat énerg perf (Arch climatique) Pompe à chaleur Puits géothermique Electricité Travail Chaleur Froid Combustible Chaleur (– électricité) Carburant Réduction consom. Chaleur (électricité) Vent Cours d’eau Marée - Vague -Courant marin Soleil Biomasse sèche Biomasse humide Chaleur « naturelle » (géothermique, océanique ou solaire indirect) Michel HUART

4 Valorisation de la ressource renouvelable (1/2)
ENER002 Valorisation de la ressource renouvelable (1/2) Energie de flux se régénère en permanence infinie dans le temps limitée à la disponibilité immédiate pas stockée, sauf biomasse densité énergétique plus petite que énergie fossile Veiller à une valorisation qui ne limite pas l’utilisation future de la ressource càd ne pas exploiter la source plus vite que ses capacités de renouvellement. Exemples : Biomasse Géothermie Michel HUART

5 Valorisation de la ressource renouvelable (2/2)
ENER002 Valorisation de la ressource renouvelable (2/2) Veiller à une valorisation qui soit « sociétalement » acceptable. Exemples : Grands barrages associés à des centrales hydroélectriques ( Zones inondées) Combustion de bois humide ou contaminé (sans traitement des fumées) ( Pollution de l’air) Impact d’une « mauvaise » agriculture (Idem pour la gestion forestière) ( Pollution de l’eau) Pompe à chaleur mal installée ou mal utilisée ( Pas d’intérêt énergétique et environnemental) Prix de l’énergie Accès à l’énergie Appropriation de la production d’énergie … Michel HUART

6 Impacts environnementaux, sociaux et économiques des ER
ENER002 Impacts environnementaux, sociaux et économiques des ER Le service énergétique est indispensable à la société Le recours à l’énergie doit être analysé selon trois aspects : Environnement Social Economique Chaque aspect doit être analysé dans une dimension temporelle. La notion de durabilité implique une vue sur le long terme. Michel HUART

7 Cycle du carbone via le bois
ENER002 Cycle du carbone via le bois Source schéma : ValBiom Le bois une source d’énergie renouvelable, si gestion forestière. La combustion du bois n’augmente pas la conc. du CO2 dans l’air si gestion forestière Michel HUART

8 Définition Sources d’énergie renouvelables (SER)
ENER002 Définition Sources d’énergie renouvelables (SER) Les sources d’énergie renouvelables sont des énergies de flux. Elles se régénèrent en permanence au rythme du soleil et de ses dérivés (le vent, les cours d’eau, les vagues, les courants marins, la chaleur naturelle et la croissance de la biomasse ), ainsi que, des marées et de la chaleur naturelle de la terre. L’énergie est renouvelable si la valorisation de la ressource ne limite pas son utilisation future. Il s’agit de ne pas l’exploiter plus vite que ses capacités de renouvellement. Energies renouvelables (ER) Toutes les technologies qui transforment les SER en une forme utile (électricité, chaleur, énergie mécanique, lumière, froid, …) sont dites « Energies renouvelables ». Il s’agit, par exemples, des éoliennes pour le vent, des centrales hydroélectriques pour les cours d’eau, des chauffe-eau solaires et des systèmes photovoltaïques pour le soleil, des équipements de chauffage au bois, de biométhanisation et de biocarburants pour la biomasse-énergie. Biomasse Substances d’origine végétale ou animale. La biomasse utilisée à des fins énergétiques provient essentiellement du bois et de ses dérivés, de cultures énergétiques (ligneuses et céréalières), de résidus organiques biodégradable. Michel HUART

9 Stock - Transport Stock - Transport Forme utile Source Transformation
ENER002 Etape Stock - Transport Stock - Transport Forme utile Source Transformation Ligne électrique Electricité Pale de l’éolienne / Génératrice électrique Vent Vent Pale de l’éolienne / Pompe à eau Réservoir d’eau Eau relevée Michel HUART

10 Obtenir une forme d’énergie utile, tout en …
ENER002 Pourquoi soutenir les énergies renouvelables ? Obtenir une forme d’énergie utile, tout en … … Contribuant à la réduction des émissions des gaz à effet de serre … Réduisant la pollution de l’air, de l’eau, du sol et de la biosphère, mais aussi limitant le risque (impacts d’éventuels accidents) … Préservant les stock de ressources naturelles … Garantissant un prix stable de l’énergie nettement moins sensible aux fluctuations du marché des combustibles fossiles … Renforçant l’économie locale par le développement de petites et moyennes entreprises … Diminuant notre dépendance énergétique … Créant des emplois durables et peu sensibles aux délocalisations … Contribuant à réduire les tensions internationales et permettant la solidarité entre les peuples …Constituant un excellent vecteur d’éducation à l’URE Charte APERe – Michel HUART

11 Chiffres et terminologie – Puissance des SER
ENER002 Chiffres et terminologie – Puissance des SER Puissance = Quantité de travail dans un laps de temps - Exprimé en Watt (W) Puissance développable = Puissance disponible x Rendement de conversion du système Vent : P (W) = ½ ρ S v³ (ρ = 1,225 kg/m³) Cours d’eau : P (W) = 9,81 x Q (l/s) x H (m) [+ ½ ρ S v³] (ρ = kg/m³) Soleil : ciel serein : 1000 W/m² au sol (1.400 W/m² dans l’espace) Biomasse : (Energie chimique stockée) Chaleur naturelle : (Enthalpie de la source – Eau/Vapeur ou roche fracturée) Musculaire Cheval : Pmoy 750 W Humain : Pmoy = 200 W (Pmax = W) Michel HUART

12 Chiffres et terminologie – Energie des SER
Chiffres et terminologie – Energie des SER Energie = Capacité à fournir un travail ou de la chaleur en J, kWh, tep, kcal Energie utile = Energie disponible x Rendement de conversion du système Vent : Energie brute = ∫ P(S,v) dt Energie utile annuelle = Pnom x heq Petite éolienne : Wallonie heq = 500 h Grande éolienne : Wallonie heq = à h / Offshore heq = à h Cours d’eau : Energie brute = ∫ P(Q, h) dt Centrale hydroélectrique : heq = à h Soleil : Energie brute = ∫ S x Irradiation dt Belgique, Surf. Horizontale par an : kWh/m² / par mois (janv. 20, avril 100, juin 160) Biomasse : 3kg bois séché (80%MS) = 2 kg pellet = 2,5 kg céréale (85%MS) = 2,4 kg paille (85%MS) PCI d ’1 kg de bois sec (feuillus : 0% d ’humidité) = 18 MJ = 5 kWhchaleur PCI d ’1 kg de bois séché (feuillus : 20% d ’humidité) = 12,6 MJ = 3,5 kWhchaleur PCI d ’1 kg de bois vert (feuillus : 50% d ’humidité) = 6,8 MJ = 1,9 kWhchaleur Biogaz = mélange CH4 et CO2 – PCI (50-50) = 5 kWh/Nm³ La gazéification produit un mélange de CO, H2, CH4 et N2 - PCI ( ) = 1,5 kWh/Nm³ 1 l d’huile = 1 l de biodiesel = 1,3 l ETBE = 1,4 l d’éthanol = (1 l de mazout) Michel HUART

13 Chiffres et terminologie – Energie des SER
Chiffres et terminologie – Energie des SER Energie = Capacité à fournir un travail ou de la chaleur en J, kWh, tep, kcal Energie utile = Energie disponible x Rendement de conversion du système Biocarburant : 1 l d’huile = 1 l de biodiesel = 1,3 l ETBE = 1,4 l d’éthanol = (1 l de mazout) = 10 kWh Michel HUART

14 Ressources annuelles en Belgique (4/5)
ENER002 Ressources annuelles en Belgique (4/5) Soleil : Surf. Horizontale = kWh/m² ou 1 TWhirradiation/km² Vent : Puissance de l’éolienne x héq 6 à 10 MW/km² Sur terre héq = à h ou 9 à 25 GWhe/ km² Offshore héq = à h ou 16,8 à 38 GWhe/ km² Cours d’eau : Puissance hydroélectrique x héq 108 MW (2004)  150 MW (2020) héq = à 7.000 Courants marins et vagues Courants marins P (W) = ½ ρ S v³ Vagues : P (W/m) ≈ 3065 (h/2)² λ1/2 (h et λ en m) Biomasse Résultat de la photosynthèse Avec rendement de 0,6 %  6 GWhénergie chimique/km² Michel HUART

15 Ressource énergétique annuelle primaire ou brute
Source Ressource énergétique annuelle primaire ou brute Ressource énergétique annuelle - forme utile des technologies actuelles Soleil 1 000 GWh/km² Chaleur : 390 GWhth/km² (Rend. convers. moy an : 39% pour applicat. th) Electricité : 100 GWhe/km²) (Rend. convers. moy. an : 10% par syst. PV) Vent (terre) Non déterminé Electricité : 9 à 25 GWhe/km² Vent (mer) Electricité : 17 à 39 GWhe/km² Cours d’eau Electricité : 400 à 700 GWhe (Parc de 110 à 150 MW) Courant marin et vague Dépend des surfaces exploitées, vitesses du flux et amplitudes des vagues. Biomasse 6 GWh/km² (Energie chimique stockée par la photosynthèse dans les conditions moyennes belges) Chaleur : 3 à 4,8 GWhth/km² (Rend. convers. biomasse->chaleur: 50-80%) Electricité : 0,6 à 1,8 GWhe/km² (Rend. Convers. biomasse->électricité: 10-30%) Biocarburant : 1,5 à 3,5 GWh/km² (Huile vég. (colza) – Ethanol (betterave)) Chaleur naturelle Gradient moyen de +30°C/km Dépend de la t° et de la capacité de renouvellement de la source Michel HUART

16 Ressources renouvelables en Belgique (5/5)
ENER002 Ressources renouvelables en Belgique (5/5) Ensemble elles dépassent largement les besoins de notre société Mais leur exploitation à grande échelle requiert de l’espace là où la source est disponible. Hors en Belgique, - densité de population élevée - habitat dispersé Paramètres clés Aménagement du territoire, Réseau électrique (Extension et gestion) Réseaux de chaleur Systèmes de stockage Importations URE. Michel HUART

17 Biocarburants Trois grandes filières
ENER002 Biocarburants Trois grandes filières Ethanol et ETBE (Ethyl Tertio Buthyl Ether) – à partir de matières premières sucrées Huile végétale pure – à partir de graines oléagineuses Biodiesel – Transestérification d’huile végétale raffinée PCI Ethanol = 5,9 kWh/l ; ETBE = 7,5 kWh/l ; Huile de colza = 9,5 kWh/l Biodiesel = 9,2 kWh/l ; (Diesel = 9,8 kWh/l et Essence = 8,7 kWh/l) Productivité annuelle en Belgique Ethanol – Froment : l/ha; Maïs l/ha; Betterave l/ha Huile de colza : 1500 l/ha Biodiesel (1500 l +140 kg de méthanol – 140 kg de glycerine)  1590 l Ratio énergétique = rapport entre la production d’énergie et la consommation d’énergie de la filière de production Ethanol de betterave : 1,4 à 2 Ethanol de froment : 1,8 à 2 Huile de colza : 3 à 4,7 Biodiesel de colza : 2 à 3 Source : ValBiom Michel HUART

18 RES policy framework RES White Paper (1997)
ENER002 RES policy framework RES White Paper (1997)  To double the share of renewable energy from 6% to 12% of gross energy consumption in Europe (EU-15) by 2010 Green Paper on Security of Energy Supply (2000) RES Electricity Directive (2001)  To establish a framework to increase the share of renewables electricity from 14% to 22% of gross electricity consumption by 2010 Directive on liquid biofuels (2003)  To achieve a share of 5.75 % of biofuels for transport in the total amount of fuels in Europe by 2010 Biomass Action Plan (2005) Green Paper “A European Strategy for Sustainable, Competitive and Secure Energy” (2006) Michel HUART

19 Renewable energy today
Renewable energy today About 15% of all EU electricity supply is generated by renewable energy sources About 10% of heat demand is supplied by renewable energy sources About 1% of transport fuel demand by renewable energy sources Michel HUART

20 Renewable energy targets 2010
Renewable energy targets 2010 22 % of all EU electricity supply is generated by renewable energy sources 16 % of heat demand is supplied by renewable energy sources 5,75 % of transport fuel demand by renewable energy sources Michel HUART

21 ENER002 Biomass Michel HUART

22 Average Annual Growth rates
ENER002 Liquid Biofuels Source : Eurostat Average Annual Growth rates : 31.3% Michel HUART