Alimentation électrique de sites éloignés – Avec ou sans sources d’énergie renouvelable?

Publié le: 16 août 2016

Classé sous: Énergie, Nouvelles

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Jean-Marc Pelletier

 

 

 

Par Jean-Marc Pelletier, ing.

Dans un objectif de décarbonisation de notre environnement, nombre de promoteurs proposent la substitution d’énergie renouvelable aux sources conventionnelles de production d’électricité pour les sites éloignés, notamment pour le diesel ou le gaz naturel. En ce qui concerne les zones éloignées où l’installation de lignes de transport d’électricité s’avère non rentable, le choix premier qui s’impose est l’utilisation du diesel pour y produire localement l’électricité consommée. Et cela s’avère le moyen utilisé pour alimenter non seulement des régions éloignées mais également des îles qui ne sont pas rattachées à la « terre ferme ».

Mais, dans les faits, cet objectif de substituer des sources d’énergie émettrices de GES par des sources d’énergie renouvelables est-elle la voie à suivre, tant du point de vue énergétique qu’économique, pour des régions non desservies par les réseaux de transport d’électricité?

Une brève mise en situation pour le cas du Québec

Le Québec, de par l’immensité de son territoire, abrite nombre de sites éloignés où la fourniture d’électricité aux communautés locales, via le réseau de transport d’électricité, s’avère de toute évidence non rentable. C’est le cas de tous les villages côtiers situés le long de la Baie James, de la Baie d’Hudson et de la Baie d’Ungava qui sont tous alimentés par des groupes diesel pour la production d’électricité. Et c’est également le cas pour les résidents sur les îles faisant partie du territoire du Québec, les Îles-de-la-Madeleine notamment.

Or, la production d’électricité à partir de mazout engendre des coûts de production largement supérieurs à ceux d’autres sources d’énergie tel le gaz naturel, l’hydroélectricité ou le nucléaire. Dans le cas des Îles-de-la-Madeleine, le coût de production d’un kWh se situe entre 20-30 cents alors que les clients résidentiels desservis par le réseau de transport n’assument qu’un coût de 6-7 cents/kWh.

Ainsi, dès la nationalisation de l’électricité en 1962, il a été établi un principe « d’équité sociale » qui n’a jamais été remis en question, à l’effet que les clients des sites éloignés non desservis par le réseau de transport d’électricité assumeraient un coût de fourniture égal à celui des autres consommateurs établis sur le territoire, ce qui assure également la « viabilité économique » pour ces régions éloignées même si le coût de l’électricité qui y est produite localement est largement supérieur à ce qui leur est facturé.

L’énergie renouvelable comme substitut au diesel pour la production d’électricité dans les régions éloignées: le cas de l’île de Eigg

L’île de Eigg (Courtoisie Google Maps) est une petite île située à 10 km des côtes de l’Écosse qui abrite une population d’environ 90 personnes. La production d’électricité était assumée par des groupes diesel d’une capacité totale de 160 kW et les besoins annuel en énergie se situent autour de 350 MWh.

Or, dans le cadre d’un concours national visant à substituer au pétrole des sources d’énergie renouvelables pour la fourniture d’électricité, le projet soumis par les résidents de Eigg a été retenu comme « projet phare » visant à éliminer entièrement la production d’électricité à partir du pétrole pour une région non desservie par le réseau de transport d’électricité en Écosse. A cet effet, ce projet a bénéficié d’importantes subventions des autorités locales et européennes lesquelles ont assumé 94 % du coût des équipements du projet. Voici la liste des équipements dont s’est doté l’île pour assurer son indépendance énergétique par des sources d’énergie renouvelables:

Hydroélectricité au fil de l’eau

3 centrales de 10, 19 et 100 kW ayant une capacité totale de production de 119 kW

Solaire photovoltaïque

3 ensembles de 9,9, 21 et 22,5 kW ayant une capacité combinée de 53,4 kW

Éolien

4 turbines de 6 kW ayant une capacité totale de 24 kW

Centrale au mazout

2 groupes de 80 kW et une capacité totale de 160 kW

Sources renouvelables & non renouvelables

Capacité totale installée de 356,4 kW

Il est à noter que cet inventaire ne tient pas compte de l’installation de batteries ayant une capacité de stockage de 60 kW et assurant une autonomie pour moins de 6 heures, ainsi que les convertisseurs AC-DC-AC servant tant à accumuler l’énergie en excès dans les batteries, qu’à restituer cette énergie lors des périodes de faible production solaire et éolienne.

Voici les sources de financement :

Investissement($ CA)

Contribution(%)

Fonds européen de développement régional

1 315 578 $

46 %

Entreprise Highlands & Islands

538 973 $

18,9 %

Revenus de loterie

430 490 $

15 %

Fonds pour les initiatives communautaires et locales en développement durable

337 723 $

12 %

Fiducie des résidents de Eigg & contribution directe des résidents

159 730 $

6 %

Fiducie de l’énergie

58 443 $

2 %

Conseil des Highlands

25 829 $

0,1 %

Total

2 866 768 $

100 %

 Tenant compte de ces investissements « lourds » visant à assurer l’autonomie énergétique de l’île via des sources d’énergie renouvelables – les centrales au diesel n’assurant qu’une relève en cas de nécessité majeure -, la question est de savoir si ce projet a su atteindre son objectif, soit d’assurer l’autonomie énergétique de l’île de Eigg à 100% sur la base des seules sources d’énergie renouvelables. Malheureusement, les conclusions des spécialistes sont à l’effet contraire.

Ainsi, une analyse détaillée nous est proposée par les spécialistes du groupe Energy Matters qui ont analysé les résultats de ce projet, sur un horizon de 5 années, conclue que, même si le projet de l’île de Eigg est de loin le projet ayant le mieux réussi à ce jour, et même si 80% de l’énergie est dorénavant produite à partir de sources renouvelables, le projet:

  • est inefficace, dans la mesure où le facteur d’utilisation de l’ensemble des équipements se situe à 11 %
  • ne sera jamais en mesure d’assurer une autonomie énergétique à 100 % via des sources d’énergie renouvelables à moins d’installer de nouveaux équipements de production et un important volume de stockage par les batteries, ce qui aurait pour effet de diminuer davantage le facteur d’utilisation et d’engendrer des coûts disproportionnées eu égard à l’atteinte de l’objectif de 100 %.
  • n’a été en mesure de voir le jour que parce que les autorités locales et européennes ont assumé 94 % du coût des équipements, ce dont les résidents de l’île n’auraient pas été en mesure de supporter par leurs propres moyens.

Ils en concluent que de tels projets ne peuvent en aucune façon éliminer à 100 % les sources de production d’électricité à partir de centrales conventionnelles, tel le diesel ou le gaz naturel, pour les sites éloignés non desservis par un réseau de transport d’électricité.

Quelques données sur le projet implanté sur l’île de Eigg

Les données compilées par les analystes d’Energy Matters mettent en évidence l’insuffisance des sources d’énergie renouvelables pour répondre à 100 % aux besoins en énergie de l’île.

Ainsi, sur un horizon d’une année, on est à même de constater que, malgré l’abondance des sources d’énergie renouvelables déployées (éolien, solaire et hydroélectricité), entre les mois de février et de septembre, l’utilisation des centrales au diesel s’avère incontournable pour répondre aux besoins des résidents.

Eigg1

Cette carence dans la production d’énergie est principalement le fait du peu de contribution du solaire photovoltaïque aux besoins des résidents par rapport aux contributions de l’hydroélectricité et de l’éolien, alors que sa contribution maximale se situe aux périodes où les contributions de l’hydroélectricité et de l’éolien sont à leur minima annuel. Et elle s’avère largement insuffisante pour compenser la faiblesse de la production hydroélectrique et éolienne:

Eigg2Eigg3Par ailleurs, sur un horizon pluriannuel, l’on peut noter que les sources d’énergie renouvelables sont en mesure de contribuer significativement aux besoins en énergie de l’île (80 % selon les analyses) mais que, à l’évidence, tout cet ensemble ne saurait exclure la contribution essentielle de la production d’électricité via les centrales au diesel installées sur l’île.

Eigg4Quelques mots sur les aspects économiques et énergétiques du projet

S’agissant de la composante « énergie » de ce projet, les analystes ont compilé les données afin d’illustrer les contributions respectives des différentes sources d’énergie, sur une période de mars 2012 à mars 2013, et afin d’en déduire les facteurs d’utilisation des équipements, une mesure de la « rentabilité énergétique et économique » des équipements déployés sur l’île:

Mars 2012 à mars 2013

Contribution
annuelle (MWh)

Pourcentage
contribution annuelle
(%)

Puissance
installée (kW)

Facteur
utilisation (%)

Hydro

213,6

61

119

19

Éolien

42,4

12

24

19

Solaire

29,7

9

30

10

Diesel

64,6

18

160

4

Total

350,4

100

333

11

De cette compilation, l’on en déduit que l’hydroélectricité constitue la contribution la plus significative aux besoins en énergie de l’île mais que, par ailleurs, ne disposant d’aucun réservoir en amont des centrales et soumise aux aléas des précipitations saisonnières, le facteur d’utilisation des centrales hydroélectriques n’atteint qu’un seuil de 19 %, largement inférieur aux facteurs d’utilisation que connaissent nos centrales hydroélectriques au Québec. Par ailleurs, on observe un facteur d’utilisation équivalent au niveau de la production d’électricité via les éoliennes mais, à contrario, une contribution nettement peu significative pour les sources photovoltaïques.

En ce qui concerne le coût pour l’électricité produite sur l’île par l’ensemble de ces équipements afin de répondre aux besoins des résidents, en estimant une durée de vie de 25 années et un coût du capital à 5 %, les paramètres de ce projet ont été insérés dans un « modèle informatisé » développé par les spécialistes du National Renewable Energy Laboratory des États-Unis, d’où ils infèrent un coût de 93 cents/kWh pour l’électricité produite par l’ensemble des équipements localisés sur l’île. Soit un coût 4 fois plus élevé que le tarif de 24 cents/kWh qui est facturé aux résidents pour l’électricité consommé sur l’île (page 3) soit le même tarif que celui assumé par les clients résidentiels desservis par le réseau de transport d’électricité en Écosse.

D’où l’ensemble des conclusions dérivées par les analystes du groupe Energy Matters et énoncées en début du document à l’effet que ce projet n’a jamais rencontré son principal objectif de produire de l’électricité à 100 % par des sources d’énergie renouvelables et que, au surplus, avec un facteur d’utilisation global de 11 %, les équipements sont sous utilisés et induisent des coûts élevés pour la production d’électricité locale.

Le projet de l’île de Eigg peut-il , malgré tout, être considéré un projet « structurant et rentable » dont on pourrait s’inspirer pour alimenter les régions éloignées non desservies par un réseau de transport d’électricité?

A l’évidence, avec un objectif visant à remplacer 100 % des sources d’énergie émettrices de GES par des sources d’énergie renouvelables pour les régions éloignées non desservies par un réseau de transport d’électricité, l’on ne saurait atteindre un tel objectif sans induire des coûts faramineux hors de proportion avec la finalité désirée. Et les coûts de production obtenus pour ce projet en amènent plusieurs vers une conclusion « au premier degré », soit la non-rentabilité énergétique et économique des énergies renouvelables pour alimenter des sites éloignés.

Or, malgré les coûts engendrés pour la production d’électricité locale, les résidents de ces régions assument les mêmes tarifs que l’ensemble des autres clients résidentiels et, de ce fait, jouissent d’un interfinancement qui subventionne les coûts élevés de cette production. Il importe donc, dans les analyses visant à établir la pertinence des énergies renouvelables dans de tels environnements, de comparer les coûts induits par l’installation de sources d’énergie renouvelables avec les coûts qui seraient autrement assumés par une production d’électricité conventionnelle.

De ce fait, une analyse plus détaillée des paramètres d’opération pour les centrales au diesel installées sur l’île permet d’en déduire une conclusion qui diffère radicalement des conclusions « au premier degré » énoncées plus haut.

Conclusion

Selon les données compilées pour ce projet, on en déduit les paramètres suivants si l’ensemble des besoins en énergie étaient entièrement par la seule production d’électricité via les centrales au diesel installées sur l’île :

  • consommation des centrales au diesel pour chaque kWh produit : 0,5 litre/kWh
  • énergie consommée annuellement par les résidents : 350 000 kWh
  • nombre de litres de diesel requis pour répondre aux besoins totaux annuels en énergie_:                350 000 kWh * 0,5 litre/kWh = 175 000 litres
  • coût du diesel livré sur l’île : 1,72 $/litre
  • coût du diesel pour répondre aux besoins totaux annuels en énergie_:                                                  175 000 litres * 1,72 $ / litre = 301 000 $
  • coût d’entretien annuel des centrales diesel : 51 658 $
  • coût total pour la production d’électricité via les centrales au diesel :                                                   301 000 $ + 51 658 $ = 352 658 $
  • Coût de production de l’électricité via les centrales au diesel par kWh :                                              352 658 $ / 350 000 kWh # 1,00 $/kWh

De ce fait, sans aucune source d’énergie autre que la production d’électricité par des centrales conventionnelles, produire de l’électricité pour les besoins des résidents de l’île de Eigg induit un coût estimé à 1,00 $/kWh, soit un coût équivalent au coût de production de l’électricité par les sources d’énergie renouvelables installées sur l’île.

Ainsi et contrairement aux conclusions déduites par nombre d’intervenants, la production d’électricité par des sources d’énergie conventionnelles présente une « rentabilité énergétique et économique certaine » pour des sites non desservis par les réseaux de transport d’électricité, bref qu’il s’agit de projets « structurants et rentables » pour de telles régions.

Rôle de l’ingénieur

Les résultats de ce projet démontrent qu’il appartient à l’ingénieur, au niveau de la planification de tels projets, de bien évaluer la pertinence quant à l’utilisation de chacune des sources d’énergie renouvelables dans le bilan énergétique global et d’en optimiser l’implantation et l’exploitation.

Ce n’est que de cette façon qu’il sera possible d’atteindre des facteurs d’utilisation élevés, ce qui se traduit par des coûts de production équivalents – ou moindres – que ceux proposés par les sources d’énergie conventionnelles et par la mise hors service de moyens de production d’électricité générant des GES nocifs pour l’environnement.

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