Mise en place des scénarii

Mise en place des scénarii

Cette dernière partie présente différents scénarii de mise en place d'énergies basés sur le dimensionnement fait précédemment (Dimensionnement d'énergies renouvelables).

Afin de pouvoir comparer chaque scénario, le choix a été fait de choisir une durée d'exploitation de 15 ans. De plus pour établir les différents scénarii nous avons décidé de nous fixer quelques contraintes :

- chaque scénario de couplage prend en compte l'installation de panneaux photovoltaïques sur les toits de l'usine (estimé à 1 ha)

- la taille maximale de la centrale solaire en champs est fixé à 15 ha : il apparaît difficile de remplacer de plus grandes surfaces agricoles par des champs de panneaux.

- la taille maximale de la ferme de pelamis est fixé à 25 unités car peu de projets ont vu le jour avec plus d'une vingtaine de pelamis en Europe.

- un scénario ne peut coupler énergie offshore et pelamis : il nous apparaît difficile de "surcharger" le paysage marin au large des côtes vendéennes avec deux technologies différentes

- un parc éolien offshore doit comporter au minimum 2 éoliennes pour que le projet soit judicieux

Ainsi, 6 scénarii se dégagent :

 

 

 

 

 

 

Enfin, une dernière partie (Bilan) permet de comparer les différents scénarii et de sélectionner le plus rentable afin de réduire les impacts environnementaux de l'usine de dessalement en Vendée. De plus, ces scénarii sont comparés à l'installation du parc éolien terrestre dimensionné dans la partie précédente (Dimensionnement d'éoliennes terrestres) et à l'installation d'un parc éolien offshore (Dimensionnement d'un parc éolien offshore).

 

Scénario 1

Scénario 1

Ce scénario utilise la technologie solaire, éolienne et houlomotrice. Pour subvenir aux besoins de l'usine, 1 ha de panneaux solaires et 25 pelamis sont utilisés. Le complément énergétique nécessaire se fera par le biais d'éoliennes terrestres.

De la même manière que dans la partie précédente (Dimensionnement d'énergies renouvelables), le dimensionnement dans ce scénario se fait de la façon suivante :

 

Dimensionnement global 1

Dimensionnement global 1

1. Mise en place de panneaux photovoltaïques sur toits

1 ha de panneaux photovoltaïque de modèle Conergy PX305P sont utilisés sur les toits de l'usine.

La production annuelle moyenne pour 1 ha a été calculé dans la partie précédente (Dimensionnement global des panneaux photovoltaïques) et est de p1 = 1,907 GWh/an.

2. Mise en place d'une ferme de pelamis

Une ferme de 25 pelamis de la société Pelamis Wave Power est utilisée

La production annuelle moyenne pour 1 pelamis a été calculé dans la partie précédente (Dimensionnement global d'une ferme de pelamis) et est de 1,223479 GWh/an. Avec une ferme de 25 pelamis, la production annuelle moyenne sera de p2 = 30,586975 GWh/an.

Une telle ferme représente une surface de 187 ha.

2. Mise en place d'un parc éolien terrestre

La quantité d'énergie nécessaire restante pour couvrir tous les besoins énergétiques de l'usine C = 74,872 GWh/an est de :

$ p_3=C-p_2-p_1 $

A.N. : $ p_3=42,378025 GWh/an $

Afin de produire 42,378025 GWh/an, le parc éolien composé d'éoliennes Vestas 126 d'une puissance réelle de P = 1,8 MW, calculé dans la partie précédente (Dimensionnement global d'un parc éolien), doit se doter de :

$ n=\frac{p_3}{5000.P} $

A.N. : $ n= 4,71 $

Il faudrait donc un parc de 5 éoliennes d'un puissance réelle P' de 9 MW pour couvrir les besoins énergétiques restants. Ce parc aménerait alors une production énergétique de

$ p_3'=5000.P' $

A.N. : $ p_3'= 45,00~GWh $

De plus, dans l'optique d'une installation en ligne avec un espacement de 500 m à 1 km entre les éoliennes, ce parc aurait une longueur de 2,5 à 5 km.

 

Analyse économique 1

Analyse économique 1

1. Analyse économique des panneaux photovoltaïques

Tous les calculs de cette partie reprennent les données utilisées dans la partie précédente (Aspect économique d'une centrale solaire)

  • Investissement

Pour l'installation de 5044 panneaux sur toits correspondant à une puissance de 1,538 MW, et un coût de 1 €/Wc, l'investissement est de 1 538 000 €.

La maintenance s'élevant à 15 c€/kWc, le calcul de l'entretien annuel est de 230,7 €/an.

L'investissement par an est donnée par la fonction suivante :

$ F_{i1}(t)=1,538+0,0002307.t $

Sur une période de 15 ans, on obtient ainsi un investissement total de 1 541 461 €.

  • Recettes

Le scénario le plus rentable est celui où l'énergie produite est directement utilisée par l'usine. Sachant que l'énergie consommée est de 1,907 GWh/an et en reprenant le coût de l'énergie tenant compte d'un taux d'inflation de 2% chaque année, on obtient une économie d'énergie de 2 721 323 €.

Les recettes annuelles sont données par la fonction suivante :

$ F_{r1}(t)=\sum_{i=1}^t{(0,1542763*1,02^t)}$

2. Analyse économique des pelamis

Tous les calculs de cette partie reprennent les données utilisées dans la partie précédente (Aspect économique d'une ferme de pelamis)

  • Investissement

Pour l'installation de 25 pelamis correspondant à une puissance de 18,75 MW, et un coût de 800 000 € par pelamis, l'investissement est de 20 000 000 €.

La maintenance s'élevant à 80 000 €/an par pelamis, le calcul de l'entretien annuel est de 2 000 000 €/an.

L'investissement par an est donnée par la fonction suivante :

$ F_{i2}(t)=20+2.t $

Sur une période de 15 ans, on obtient ainsi un investissement total de 50 000 000 €.

  • Recettes

Le scénario le plus rentable est celui où l'énergie est directement revendu à EDF au tarif de 15 c€/kWh. Sachant que l'énergie produite est de 30,586975 GWh/an, on obtient un bénéfice de 4 588 046 €/an

Les recettes annuelles sont données par la fonction suivante :

$ F_{r2}(t)=4,588046.t$

Sur une période de 15 ans, on obtient ainsi une recette totale de 68 820 690 €.

3. Analyse économique des éoliennes terrestres

Tous les calculs de cette partie reprennent les données utilisées dans la partie précédente (Aspect économique du parc éolien terrestre)

  • Investissement

Pour l'installation de 5 éoliennes correspondant à une puissance de  15 MW, et un coût de 1 000 000 €/MW, l'investissement est de 15 000 000 €.

La maintenance s'élevant à 12 €/MWh et la production à 45,00 GWh/an , le calcul de l'entretien annuel est de 540 000 €/an.

L'investissement par an est donnée par la fonction suivante :

$ F_{i3}(t)=15+0,54.t $

Sur une période de 15 ans, on obtient ainsi un investissement total de 23 100 000 €.

  • Recettes

Le scénario le plus rentable est celui où l'énergie produite est directement utilisée par l'usine. Sachant que l'énergie consommée est de 42,378025 GWh/an et en reprenant le coût de l'énergie tenant compte d'un taux d'inflation de 2% chaque année, on obtient une économie d'énergie de 60 474 212 € .

De plus, le surplus énergétique s'éleve à 2,621975 GWh/an

Sachant que le prix d'achat de l'énergie sur les 10 premières années est estimé à 8,2 c€/kWh puis sur les 5 autres années  à 2,8 c€/kWh, le bénéfice lié à la vente du surplus sur une durée de contrat de 15 ans est de 2 517 096 €.

Les recettes annuelles sont données par la fonction suivante :

$ F_{r3}(t)=(\sum_{i=1}^t{(3,4283822225*1,02^t)})+0,21500195.t $ pour $ t\in[0;10] $

$ F_{r3}(t)=(\sum_{i=1}^t{(3,4283822225*1,02^t)})+0,21500195*10+0,0734153(t-10) $ pour $ t\in[0;10] $
 et $ F_{r3}(t)=(\sum_{i=1}^t{(3,4283822225*1,02^t)})+0,0734153.t+1,4158665 $ pour $ t\in]10;15] $

Le bénéfice total s'estime à 62 991 308 €

4. Analyse économique totale

Au final, pour ce scénario, le coût d'investissement total est de 74 641 461 € et la recette totale est de 134 533 322 € pour un bénéfice de 59 891 861 €.

Afin de calculer le seuil de rentabilité, deux fonctions sont posées :

  • Fi(t) : représente le coût d'exploitation au cours du temps. Elle vaut :

$ F_{i}(t)=36,538+2,5402307.t $ pour $ t\in[0;15] $
(t)=27+0,972.t

  • Fr(t): représente la recette annuelle :

$ F_{r}(t)=(\sum_{i=1}^t{(0,1542763*1,02^t)})+4,588046.t+ $
$ (\sum_{i=1}^t{(3,4283822225*1,02^t)})+0,21500195.t~pour~t\in[0;10] $

$ \Leftrightarrow F_{r}(t)= (\sum_{i=1}^t{(3,5826585225*1,02^t)})+4,80304795.t~pour~t\in[0;10] $

 et $ F_{r}(t)=(\sum_{i=1}^t{(0,1542763*1,02^t)})+4,588046.t+ $
$ (\sum_{i=1}^t{(3,4283822225*1,02^t)})+0,0734153.t+1,4158665~pour~t\in]10;15] $

$ \Leftrightarrow F_{r}(t)=(\sum_{i=1}^t{(3,5826585225*1,02^t)})+4,66614613.t+1,4158665 $
 

101

Le graphique suivant (Figure 1), permet de déterminer le nombre d'années à partir duquel le scénario 1 devient rentable.

Figure 1Evaluation du seuil de rentabilité pour le scénario 1
(J. Le Ster, A. Marty, 2013
)
 

Ce scénario serait donc rentable à partir de 6 années d'exploitation.

Scénario 2

Scénario 2

Ce scénario utilise également la technologie solaire, éolienne et houlomotrice. Pour subvenir aux besoins de l'usine un total de 16 ha de panneaux solaires est implanté, dont 1 ha sur toits. Vingt-cinq pelamis sont installés ainsi qu'un champ éolien terrestre. Il n'est en effet pas envisageable de placer une ferme de pelamis et un champ éolien offshore au même endroit.

De la même manière que dans la partie précédente (Dimensionnement d'énergies renouvelables), le dimensionnement dans ce scénario se fait de la façon suivante :

 

 

 

 

Dimensionnement global 2

Dimensionnement global 2

1. Mise en place de panneaux photovoltaïques sur toits et en champs

16 ha de panneaux photovoltaïque de modèle Conergy PX305P sont utilisés. 15 ha sont placés au sol, constituant une ferme solaire et 1 ha est installé sur le toit de l'usine.

La production annuelle moyenne pour 1 ha a été calculé dans la partie précédente (Dimensionnement global des panneaux photovoltaïques) et est de  1,907 GWh/an. On en déduit alors la production des 16 ha de panneaux qui vaut alors p1 = 30,512 GWh/an.

2. Mise en place d'une ferme de pelamis

Tout comme pour le scénario 1, vingt-cinq pelamis sont installés, permettant la production de p2 = 30,586975 GWh/an sur un espace de 187 ha.

3. Mise en place d'un parc éolien terrestre

La combinaison de la ferme de pelamis et des panneaux solaires fournit 61,98975 GWh par an (p1+p2). Il subsiste donc un déficit p3 = 13,773025 GWh.

Pour combler ce déficit, il est décidé ici d'installer des éoliennes terrestres de puissance 3 MW. Etant donné la capacité de production de ces éoliennes, qui atteint 9 GWh par an, il est nécessaire d'installer deux éoliennes terrestres pour combler le déficit de production.

$ n=\frac{p_3}{5000.P} $

A.N. : $ n= 1,53 $

Le surplus énergétique résultant est de 4,22698 GWh.

Analyse économique 2

Analyse économique 2

1. Analyse économique des panneaux photovoltaïques

Tous les calculs de cette partie reprennent les données utilisées dans la partie précédente (Aspect économique d'une centrale solaire)

  • Investissement

Pour l'installation de 80 704 panneaux en champs correspondant à une puissance de 24,61472 MW, et un coût de 1 €/Wc, l'investissement est de 24 614 720 €.

La maintenance s'élevant à 15 c€/kWc, le calcul de l'entretien annuel est de 3 692 €/an.

De plus, sachant que la location de champs est estimé à 2 500 €/ha/an, et avec une exploitation de 15 ha en champs, on obtient un coût de 37 500 €/an soit un total de 750 000 €.

L'investissement par an est donnée par la fonction suivante :

$ F_{i1}(t)=24,614720+0,003692.t+0,0375.t $

$ \Leftrightarrow F_{i1}(t)=24,614720+0,041192.t $

Sur une période de 15 ans, on obtient ainsi un investissement total de 25 232 600 €.

  • Recettes

Le scénario le plus rentable est celui où l'énergie produite est directement utilisée par l'usine. Sachant que l'énergie consommée est de 30,512 GWh/an et en reprenant le coût de l'énergie tenant compte d'un taux d'inflation de 2% chaque année, on obtient une économie d'énergie de 43 541 179 €.

Les recettes annuelles sont données par la fonction suivante :

$ F_{r1}(t)=\sum_{i=1}^t{(2,4684208*1,02^t)}$

2. Analyse économique des pelamis

Tous les calculs de cette partie reprennent les données utilisées dans la partie précédente (Aspect économique d'une ferme de pelamis)

  • Investissement

Pour l'installation de 25 pelamis correspondant à une puissance de 18,75 MW, et un coût de 800 000 € par pelamis, l'investissement est de 20 000 000 €.

La maintenance s'élevant à 80 000 €/an par pelamis, le calcul de l'entretien annuel est de 2 000 000 €/an.

L'investissement par an est donnée par la fonction suivante :

$ F_{i2}(t)=20+2.t $

Sur une période de 15 ans, on obtient ainsi un investissement total de 50 000 000 €.

  • Recettes

Le scénario le plus rentable est celui où l'énergie est directement revendu à EDF au tarif de 15 c€/kWh. Sachant que l'énergie produite est de 30,586975 GWh/an, on obtient un bénéfice de 4 588 046 €/an

Les recettes annuelles sont données par la fonction suivante :

$ F_{r2}(t)=4,588046.t$

Sur une période de 15 ans, on obtient ainsi une recette totale de 68 820 690 €.

3. Analyse économique des éoliennes terrestres

Tous les calculs de cette partie reprennent les données utilisées dans la partie précédente (Aspect économique du parc éolien terrestre)

  • Investissement

Pour l'installation de 2 éoliennes terrestres correspondant à une puissance de 6 MW, et un coût de 1 000 000 €/MW, l'investissement est de 6 000 000 €.

La maintenance s'élevant à 12 €/MWh et la production à 45,00 GWh/an , le calcul de l'entretien annuel est de 216 000 €/an.

L'investissement par an est donnée par la fonction suivante :

$ F_{i3}(t)=6+0,21.t $

Sur une période de 15 ans, on obtient ainsi un investissement total de 9 150 000 €.

  • Recettes

Le scénario le plus rentable est celui où l'énergie produite est directement utilisée par l'usine. Sachant que l'énergie consommée est de 13,773025 GWh/an et en reprenant le coût de l'énergie tenant compte d'un taux d'inflation de 2% chaque année, on obtient une économie d'énergie de 19 654 357 .

De plus, le surplus énergétique s'éleve à 4,22698 GWh/an

Sachant que le prix d'achat de l'énergie sur les 10 premières années est estimé à 8,2 c€/kWh puis sur les 5 autres années  à 2,8 c€/kWh, le bénéfice lié à la vente du surplus sur une durée de contrat de 15 ans est de 4 057 901 €.

Les recettes annuelles sont données par la fonction suivante :

$ F_{r3}(t)=(\sum_{i=1}^t{(1,1142377225*1,02^t)})+0,34661236.t $ pour $ t\in[0;10] $

$ F_{r3}(t)=(\sum_{i=1}^t{(3,4283822225*1,02^t)})+0,34661236*10+0,11835544(t-10)~pour~t\in[0;10] $
 et $ F_{r3}(t)=(\sum_{i=1}^t{(3,4283822225*1,02^t)})+2,2825692+0,11835544.t~pour~t\in]10;15] $

Le bénéfice total s'estime à 23 712 258

4. Analyse économique totale

Au final, pour ce scénario, le coût d'investissement total est de 84 382 600 € et la recette totale est de 136 074 127 € pour un bénéfice de 51 691 527 €.

Afin de calculer le seuil de rentabilité, deux fonctions sont posées :

  • Fi(t) : représente le coût d'exploitation au cours du temps. Elle vaut :

$ F_{i}(t)=F_{i1}(t)=50,614720+2,251192.t $ pour $ t\in[0;15] $
(t)=27+0,972.t

  • Fr(t): représente la recette annuelle :

$ F_{r}(t)=(\sum_{i=1}^t{(2,4684208*1,02^t)})+4,588046.t+ $
$ (\sum_{i=1}^t{(3,4283822225*1,02^t)})+0,34661236.t~pour~t\in[0;10] $

$ \Leftrightarrow F_{r}(t)= (\sum_{i=1}^t{(3,5826585225*1,02^t)})+4,93465836.t~pour~t\in[0;10] $

 et $ F_{r}(t)=(\sum_{i=1}^t{(3,5826585225*1,02^t)})+4,70640144.t+2,2825692~pour~t\in]10;15] $
 

10

Le graphique suivant (Figure 1), permet de déterminer le nombre d'années à partir duquel le scénario 2 devient rentable.

Figure 1 : Détermination du seuil de rentabilité du scénario 2
(J. Le Ster, A. Marty, 2013)

Ce scénario devient rentable à partir de 7,6 années.

 

Scénario 3

Scénario 3

Ce scénario utilise uniquement les technologies solaires, et éoliennes. Pour subvenir aux besoins de l'usine un total de 16 ha de panneaux solaires est implanté, dont 1 ha sur toits. Un parc éolien terrestre est installé pour compléter les besoins de l'usine.

De la même manière que dans la partie précédente (Dimensionnement d'énergies renouvelables), le dimensionnement dans ce scénario se fait de la façon suivante :

 

 

Dimensionnement global 3

Dimensionnement global 3

 

1. Mise en place de panneaux photovoltaïques

Comme pour le scénario 2, les 16 ha de panneaux Conergy PX 305P retenus produisent p1 = 30,512 GWh dans l'année.

Cette production est insuffisante pour couvrir les besoins de l'usine, c'est pour cette raison qu'il est nécessaire d'implanter un parc éolien. Dans ce scénario, il s'agit d'un parc éolien terrestre.

2. Mise en place d'un parc éolien terrestre

Le déficit énergétique p3 correspond ici à la différence entre les besoins de l'usine C =  74,872 GWh/an et la production des panneaux solaires p1.

$ p_3=C-p_1 $

A.N. : $ p_3=44,360 GWh/an $

Pour produire cette quantité d'énergie p3, le nombre d'éoliennes requises est calculé à partir de la formule suivante, qui prend en compte le nombre d'heures de fonctionnement des éoliennes et leur puissance:

$ n = \frac{p_3}{5000.P} $

A.N. : $n = 4,92 $

Cinq éoliennes seraient donc nécessaires pour une puissance réelle maximale P' de 9 MW afin de couvrir le déficit énergétique.

Il subsisterait par ailleurs un surplus énergétique égal à 640 MWh par an.

La longueur totale occupée par les éoliennes serait de 2,5 à 5 km.

Analyse économique 3

Analyse économique 3

1. Analyse économique des panneaux photovoltaïques

Tous les calculs de cette partie reprennent les données utilisées dans la partie précédente (Aspect économique d'une centrale solaire)

  • Investissement

Pour l'installation de 80 704 panneaux en champs correspondant à une puissance de 24,61472 MW, et un coût de 1 €/Wc, l'investissement est de 24 614 720 €.

La maintenance s'élevant à 15 c€/kWc, le calcul de l'entretien annuel est de 3 692 €/an.

De plus, sachant que la location de champs est estimé à 2 500 €/ha/an, et avec une exploitation de 15 ha en champs, on obtient un coût de 37 500 €/an soit un total de 750 000 €.

L'investissement par an est donnée par la fonction suivante :

$ F_{i1}(t)=24,614720+0,003692.t+0,0375.t $

$ \Leftrightarrow F_{i1}(t)=24,614720+0,041192.t $

Sur une période de 15 ans, on obtient ainsi un investissement total de 25 232 600 €.

  • Recettes

Le scénario le plus rentable est celui où l'énergie produite est directement utilisée par l'usine. Sachant que l'énergie produite est de 30,512 GWh/an et en reprenant le coût de l'énergie prenant en compte un taux d'inflation de 2% chaque année, on obtient une économie d'énergie de 43 541 179 €.

Les recettes annuelles sont données par la fonction suivante :

$ F_{r1}(t)=\sum_{i=1}^t{(2,4684208*1,02^t)}$

 

2. Analyse économique des éoliennes terrestres

Tous les calculs de cette partie reprennent les données utilisées dans la partie précédente (Aspect économique du parc éolien terrestre)

  • Investissement

Pour l'installation de 5 éoliennes correspondant à une puissance de  15 MW, et un coût de 1 000 000 €/MW, l'investissement est de 15 000 000 €.

La maintenance s'élevant à 12 €/MWh et la production à 45,00 GWh/an , le calcul de l'entretien annuel est de 540 000 €/an.

L'investissement par an est donnée par la fonction suivante :

$ F_{i2}(t)=15+0,54.t $

Sur une période de 15 ans, on obtient ainsi un investissement total de 23 100 000 €.

  • Recettes

Le scénario le plus rentable est celui où l'énergie produite est directement utilisée par l'usine. Sachant que l'énergie consommée est de 44,37 GWh/an et en reprenant le coût de l'énergie tenant compte d'un taux d'inflation de 2% chaque année, on obtient une économie d'énergie de 63 316 797 € .

De plus, le surplus énergétique s'éleve à 0,640 GWh/an

Sachant que le prix d'achat de l'énergie sur les 10 premières années est estimé à 8,2 c€/kWh puis sur les 5 autres années  à 2,8 c€/kWh, le bénéfice lié à la vente du surplus sur une durée de contrat de 15 ans est de 614 400 €.

Les recettes annuelles sont données par la fonction suivante :

$ F_{r2}(t)=(\sum_{i=1}^t{(3,589533*1,02^t)})+0,052480t $ pour $ t\in[0;10] $

et $ F_{r2}(t)=(\sum_{i=1}^t{(3,589533*1,02^t)})+0,052480*10+0,017920(t-10) $ pour $ t\in]10;15] $
  $ F_{r2}(t)=(\sum_{i=1}^t{(3,589533*1,02^t)})+0,017920.t+0,3456 $ pour $ t\in]10;15] $

La recette totale s'estime à 63 931 197 €

3. Analyse économique totale

Au final, pour ce scénario, le coût d'investissement total est de 48 332 600 € et la recette totale est de 107 472 375 € pour un bénéfice de 59 139 775 €.

Afin de calculer le seuil de rentabilité, deux fonctions sont posées :

  • Fi(t) : représente le coût d'exploitation au cours du temps. Elle vaut :

$ F_{i}(t)=39,614720+0,581192.t $ pour $ t\in[0;15] $

1(t)=27+0,972.t

  • Fr(t): représente la recette annuelle :

$ F_{r}(t)=(\sum_{i=1}^t{(2,4684208*1,02^t)})+(\sum_{i=1}^t{(3,589533*1,02^t)})+0,05248.t~pour~t\in[0;10] $

$ \Leftrightarrow F_{r}(t)= (\sum_{i=1}^t{(6,0579538*1,02^t)})+0,05248.t~pour~t\in[0;10] $

 et $ F_{r}(t)=(\sum_{i=1}^t{(2,4684208*1,02^t)})+ $
$ (\sum_{i=1}^t{(3,589533*1,02^t)})+0,05248*10+0,017920(t-10)~pour~t\in]10;15] $
 

$ \Leftrightarrow F_{r}(t)=(\sum_{i=1}^t{(6,0579538*1,02^t)})+0,017920.t+0,3456~pour~t\in]10;15] $

  t]10;15]

Le graphique suivant (Figure 1), permet de déterminer le nombre d'années à partir duquel le scénario 3 devient rentable.

Figure 1 : Calcul du seuil de rentabilité du scénario 3
(J. Le Ster, A. Marty, 2013)

Ce scénario devient donc rentable à partir de 6,7 années d'exploitation.

Scénario 4

Scénario 4

Pour ce scénario, on installe 16 ha de panneaux solaires, dont  1 ha sur toits. Le complément énergétique est assuré par un parc éolien offshore.

De la même manière que dans la partie précédente (Dimensionnement d'énergies renouvelables), le dimensionnement dans ce scénario se fait de la façon suivante :

 

 

Dimensionnement global 4

Dimensionnement global 4

 

1. Mise en place de panneaux photovoltaïques

Comme pour le scénario 3, les 16 ha de panneaux Conergy PX 305P retenus produisent p1 = 30 512 MWh dans l'année.

Cette production est insuffisante pour couvrir les besoins de l'usine, c'est pour cette raison qu'il est nécessaire d'implanter un parc éolien. Dans ce scénario, il s'agit d'un parc éolien offshore.

2. Mise en place d'un parc éolien offshore

Le déficit énergétique p3 correspond ici à la différence entre les besoins de l'usine C =  74,872 GWh/an et la production des panneaux solaires p1.

$ p_3=C-p_1 $

A.N. : $ p_3=44,360 GWh/an $

Pour produire cette quantité d'énergie p3, le nombre d'éoliennes requises est calculé comme dans la partie dimensionnement (Dimensionnement global d'éoliennes offshore) à partir de la formule suivante, qui prend en compte le nombre d'heures de fonctionnement des éoliennes et leur puissance :

$ n = \frac{p_3}{6000.P} $

A.N. : $n = 2,46 $

Trois éoliennes offshore seraient donc nécessaires pour une puissance réelle P' de 9 MW afin de couvrir le déficit énergétique. Elles produiront alors 54 GWh/an.

Il subsisterait par ailleurs un surplus énergétique égal à 9,640 MWh par an.

 

Analyse économique 4

Analyse économique 4

1. Analyse économique des panneaux photovoltaïques

Tous les calculs de cette partie reprennent les données utilisées dans la partie précédente (Aspect économique d'une centrale solaire)

  • Investissement

Pour l'installation de 80 704 panneaux sur toits correspondant à une puissance de 24,61472 MW, et un coût de 1 €/Wc, l'investissement est de 24 614 720 €.

La maintenance s'élevant à 15 c€/kWc, le calcul de l'entretien annuel est de 3 692 €/an.

De plus, sachant que la location de champs est estimé à 2 500 €/ha/an, et avec une exploitation de 15 ha en champs, on obtient un coût de 37 500 €/an.

L'investissement par an est donnée par la fonction suivante :

$ F_{i1}(t)=24,61472+0,003692.t+0,0375.t $

$ \Leftrightarrow F_{i1}(t)=24,61472+0,041192.t $

Sur une période de 15 ans, on obtient ainsi un investissement total de 25 232 600 €.

  • Recettes

Le scénario le plus rentable est celui où l'énergie produite est directement utilisée par l'usine. Sachant que l'énergie produite est de 30,512 GWh/an et en reprenant le coût de l'énergie tenant compte d'un taux d'inflation de 2% chaque année, on obtient une économie d'énergie de 43 541 179 € sur 15 ans.

Les recettes annuelles sont données par la fonction suivante :

$ F_{r1}(t)=\sum_{i=1}^t{(2,4684208*1,02^t)}$

 

2. Analyse économique des éoliennes offshore

Tous les calculs de cette partie reprennent les données utilisées dans la partie précédente (Aspect économique du parc éolien offshore)

  • Investissement

Pour l'installation de 3 éoliennes correspondant à une puissance de  9 MW, et un coût de 3 000 000 €/MW, l'investissement est de 27 000 000 €.

La maintenance s'élevant à 36 €/MWh et la production à 54,00 GWh/an , le calcul de l'entretien annuel est de 1 944 000 €/an.

L'investissement par an est donnée par la fonction suivante :

$ F_{i2}(t)=27+1,944.t $

Sur une période de 15 ans, on obtient ainsi un investissement total de 56 160 000 €.

  • Recettes

Le scénario le plus rentable est celui où l'énergie produite est directement utilisée par l'usine. Sachant que l'énergie consommée est de 44,36 GWh/an et en reprenant le coût de l'énergie tenant compte d'un taux d'inflation de 2% chaque année, on obtient une économie d'énergie de 63 302 526 € .

De plus, le surplus énergétique s'éleve à 9,640 GWh/an

Sachant que le prix d'achat de l'énergie sur les 10 premières années est estimé à 13 c€/kWh puis sur les 10 autres années  à 3 c€/kWh, le bénéfice lié à la vente du surplus sur 15 ans est de 13 978 000 €.

Les recettes annuelles sont données par la fonction suivante :

$ F_{r2}(t)=(\sum_{i=1}^t{(3,588724*1,02^t)})+1,2532t $ pour $ t\in[0;10] $

et $ F_{r2}(t)=(\sum_{i=1}^t{(3,5887241,02^t)})+1,2532*10+0,2892(t-10) $ pour $ t\in]10;15] $
  $ F_{r2}(t)=(\sum_{i=1}^t{(3,588724*1,02^t)})+0,2892.t+9,64 $ pour $ t\in]10;15] $

La recette totale s'estime à 77 280 526 €

3. Analyse économique totale

Au final, pour ce scénario, le coût d'investissement total est de 81 392 600 € et la recette totale est de 120 821 705 € pour un bénéfice de 39 429 105 €.

Afin de calculer le seuil de rentabilité, deux fonctions sont posées :

  • Fi(t) : représente le coût d'exploitation au cours du temps. Elle vaut :

$ F_{i}(t)=51,61472+1,985192.t $
 
1(t)=27+0,972.t

  • Fr(t): représente la recette annuelle :

$ F_{r}(t)=(\sum_{i=1}^t{(2,4684208*1,02^t)})+(\sum_{i=1}^t{(3,588724*1,02^t)})+1,2532t~pour~t\in[0;10] $

$ \Leftrightarrow F_{r}(t)= (\sum_{i=1}^t{(6,0571448*1,02^t)})+1,22532.t~pour~t\in[0;10] $

 et $ F_{r}(t)=(\sum_{i=1}^t{(6,0571448*1,02^t)})+0,2892.t+9,64~pour~t\in]10;15] $

 t]10;15]

Le graphique suivant (Figure 1), permet de déterminer le nombre d'années à partir duquel le scénario 4 devient rentable.

Figure 1 : Calcul du seuil de rentabilité pour le scénario 4
(J. Le Ster, A.Marty, 2013)

 

Le scénario 4 serait alors rentable après 8,7 années d'exploitation.

Scénario 5

Scénario 5

Le scénario 5 utilise la technologie solaire et éolienne. 1 ha de panneaux solaires sur toits sont utilisés et le complément énergétique est assuré par deux parcs éolien, l'un terrestre, l'autre offshore.

De la même manière que dans la partie précédente (Dimensionnement d'énergies renouvelables), le dimensionnement dans ce scénario se fait de la façon suivante :

 

Dimensionnement global 5

Dimensionnement global 5

 

1. Mise en place de panneaux photovoltaïques sur toits

1 ha de panneaux photovoltaïque de modèle Conergy PX305P sont utilisés sur les toits de l'usine.

La production annuelle moyenne pour 1 ha a été calculé dans la partie précédente (Dimensionnement global des panneaux photovoltaïques) et est de p1 = 1,907 GWh/an.

2. Mise en place d'un parc éolien terrestre

Le choix a été fait d'implanter 4 éoliennes terrestres d'une puissance nominale de 3 MW soit une puissance totale réelle P2 de 7,2 MW. La production énergétique p2 résultante est de .

$ p_2={P_2}*5000 $

A.N. : $ p_2=36~GWh/an $

Ces éoliennes couvriraient une distance allant de 2 à 4 km.

2. Mise en place d'un parc éolien offshore

Le déficit énergétique p3 correspond ici à la différence entre les besoins de l'usine C =  74,872 GWh/an, la production des panneaux solaires p1 et la production des éoliennes terrestres.

$ p_3=C-p_1-p_2 $

A.N. : $ p_3=36,965~GWh/an $

=Cp13=44,360GWh/

Pour produire cette quantité d'énergie p3, le nombre d'éoliennes requises d'une puissance réelle P3 = 3 MW est calculé à partir de la formule suivante, qui prend en compte le nombre d'heures de fonctionnement des éoliennes et leur puissance::

$ n = \frac{p_3}{6000*P_3} $

A.N. : $ n = 2,05  $

n=4,92

Trois éoliennes seraient donc nécessaires pour une puissance réelle maximale P' de 9 MW afin de couvrir le déficit énergétique.

Il subsisterait par ailleurs un surplus énergétique égal à 17,035 GWh par an.

Analyse économique 5

Analyse économique 5

 

1. Analyse économique des panneaux photovoltaïques

Tous les calculs de cette partie reprennent les données utilisées dans la partie précédente (Aspect économique d'une centrale solaire)

  • Investissement

Pour l'installation de 5044 panneaux sur toits correspondant à une puissance de 1,538 MW, et un coût de 1 €/Wc, l'investissement est de 1 538 000 €.

La maintenance s'élevant à 15 c€/kWc, le calcul de l'entretien annuel est de 230,7 €/an.

L'investissement par an est donnée par la fonction suivante :

$ F_{i1}(t)=1,538+0,0002307.t $

Sur une période de 15 ans, on obtient ainsi un investissement total de 1 541 461 €.

  • Recettes

 

Le scénario le plus rentable est celui où l'énergie produite est directement utilisée par l'usine. Sachant que l'énergie consommée est de 1,907 GWh/an et en reprenant le coût de l'énergie tenant compte d'un taux d'inflation de 2% chaque année, on obtient une économie d'énergie de 2 721 323 €.

Les recettes annuelles sont données par la fonction suivante :

$ F_{r1}(t)=\sum_{i=1}^t{(0,1542763*1,02^t)}$

 

2. Analyse économique des éoliennes terrestres

Tous les calculs de cette partie reprennent les données utilisées dans la partie précédente (Aspect économique du parc éolien terrestre)

  • Investissement

Pour l'installation de 4 éoliennes correspondant à une puissance de 12 MW, et un coût de 1 000 000 €/MW, l'investissement est de 12 000 000 €.

La maintenance s'élevant à 12 €/MWh et la production à 36,00 GWh/an , le calcul de l'entretien annuel est de 432 000 €/an.

L'investissement par an est donnée par la fonction suivante :

$ F_{i2}(t)=12+0,432.t $

Sur une période de 15 ans, on obtient ainsi un investissement total de 18 480 000 €.

  • Recettes

Le scénario le plus rentable est celui où l'énergie produite est directement utilisée par l'usine. Sachant que l'énergie consommée est de 36,00 GWh/an et en reprenant le coût de l'énergie tenant compte d'un taux d'inflation de 2% chaque année, on obtient une économie d'énergie de 51 372 654 € .

Les recettes annuelles sont données par la fonction suivante :

$ F_{r2}(t)=(\sum_{i=1}^t{(2,9124*1,02^t)}) $

 

3. Analyse économique des éoliennes offshore

Tous les calculs de cette partie reprennent les données utilisées dans la partie précédente (Aspect économique du parc éolien offshore)

  • Investissement

Pour l'installation de 3 éoliennes correspondant à une puissance de  9 MW, et un coût de 3 000 000 €/MW, l'investissement est de 27 000 000 €.

La maintenance s'élevant à 36 €/MWh et la production à 54,00 GWh/an , le calcul de l'entretien annuel est de 1 944 000 €/an.

L'investissement par an est donnée par la fonction suivante :

$ F_{i3}(t)=27+1,944.t $

Sur une période de 15 ans, on obtient ainsi un investissement total de 56 160 000 €.

  • Recettes

Le scénario le plus rentable est celui où l'énergie produite est directement utilisée par l'usine. Sachant que l'énergie consommée est de 36,965 GWh/an et en reprenant le coût de l'énergie tenant compte d'un taux d'inflation de 2% chaque année, on obtient une économie d'énergie de 52 749 726 € .

De plus, le surplus énergétique s'éleve à 17,035 GWh/an

Sachant que le prix d'achat de l'énergie sur les 10 premières années est estimé à 13 c€/kWh puis sur les 10 autres années  à 3 c€/kWh, le bénéfice lié à la vente du surplus sur 15 ans est de 24 700 750 €.

Les recettes annuelles sont données par la fonction suivante :

$ F_{r3}(t)=(\sum_{i=1}^t{(2,9904685*1,02^t)})+2,21455.t $ pour $ t\in[0;10] $

et $ F_{r3}(t)=(\sum_{i=1}^t{(3,5887241,02^t)})+2,21455*10+0,51105(t-10) $ pour $ t\in]10;15] $
  $ F_{r3}(t)=(\sum_{i=1}^t{(3,588724*1,02^t)})+5,1105.t+17,035 $ pour $ t\in]10;15] $

La recette totale s'estime à 77 450 477 €

4. Analyse économique totale

Au final, pour ce scénario, le coût d'investissement total est de 76 181 461 € et la recette totale est de 131 544 454 € pour un bénéfice de 55 362 993 €.

Afin de calculer le seuil de rentabilité, deux fonctions sont posées :

  • Fi(t) : représente le coût d'exploitation au cours du temps. Elle vaut :

$ F_{i}(t)=40,538+2,3762307.t $
 
1(t)=27+0,972.t

  • Fr(t): représente la recette annuelle :

$ F_{r}(t)=(\sum_{i=1}^t{(0,1542763*1,02^t)})+(\sum_{i=1}^t{(2,9124*1,02^t)})+ $
$ \sum_{i=1}^t{(2,9904685*1,02^t)})+2,21455.t~pour~t\in[0;10] $

$ \Leftrightarrow F_{r}(t)= (\sum_{i=1}^t{(6,0571448*1,02^t)})+2,21455.t~pour~t\in[0;10] $

 et $ F_{r}(t)=(\sum_{i=1}^t{(6,0571448*1,02^t)})+5,1105.t+17,035+~pour~t\in]10;15] $

 ]10;15]

Le graphique suivant (Figure 1), permet de déterminer le nombre d'années à partir duquel le scénario 5 devient rentable.

Figure 1 : Calcul du seuil de rentabilité pour le scénario 6
(J. Le Ster, A. Marty, 2013)

Ce scénario devient rentable à partir de 6,5 années d'exploitation.

Scénario 6

Scénario 6

Le scénario 6 est similaire au scénario 5 avec une centrale solaire de 16 hectares et un complément énergétique assuré par deux parcs éoliens, l'un terrestre, l'autre offshore.

1. Mise place de panneaux photovoltaïques

16 ha de panneaux photovoltaïque de modèle Conergy PX305P sont utilisés. 15 ha sont placés au sol, constituant une ferme solaire et 1 ha est installé sur le toit de l'usine.

La production annuelle moyenne pour 1 ha a été calculé dans la partie précédente (Dimensionnement global des panneaux photovoltaïques) et est de  1,907 GWh/an. On en déduit alors la production des 16 ha de panneaux qui vaut alors p1 = 30,512 GWh/an.

2. Mise en place d'un parc éolien terrestre

Le choix a été fait d'implanter 3 éoliennes terrestres d'une puissance nominale de 3 MW soit une puissance totale réelle P2 de 5,4 MW. La production énergétique p2 résultante est de .

$ p_2={P_2}*5000 $

A.N. : $ p_2=27~GWh/an $

Ces éoliennes couvriraient une distance allant de 1,5 à 3 km.

2. Mise en place d'un parc éolien offshore

Le déficit énergétique p3 correspond ici à la différence entre les besoins de l'usine C =  74,872 GWh/an, la production des panneaux solaires p1 et la production des éoliennes terrestres.

$ p_3=C-p_1-p_2 $

A.N. : $ p_3=17,36~GWh/an $

=Cp13=44,360GWh/

Pour produire cette quantité d'énergie p3, le nombre d'éoliennes requises d'une puissance réelle P3 = 3 MW est calculé à partir de la formule suivante, qui prend en compte le nombre d'heures de fonctionnement des éoliennes et leur puissance::

$ n = \frac{p_3}{6000*P_3} $

A.N. : $ n = 0,96  $

n=4,92

Une éolienne serait donc nécessaire pour combler le déficit énergétique.

L'implantation d'une seule éolienne en milieu maritime n'étant pas judicieux nous ne retiendrons pas ce scénario.

Bilan

Bilan

Un récapitulatif de chaque scénario est présenté dans le Tableau 1. Ces scénarii sont comparés pour une durée d'exploitation de 15 ans. Le scénario 6 n'est pas présenté dans ce tableau car il ne semble pas pertinent de le réaliser.

 

Tableau 1 : Récapitulatif de chaque scénario

Scénario 1 2 3 4 5 Eoliennes terrestres Eoliennes offshore
Production panneaux (GWh/an) 1,91 30,51 30,51 30,51 1,91 0,00 0,00
Production pelamis (GWh/an) 30,59 30,59 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
Production éoliennes terrestres (GWh/an) 45,00 13,77 45,00 0,00 36,00 81,00 0,00
Production éoliennes offshore (GWh/an) 0,00 0,00 0,00 54,00 54,00 0,00 90, 00
Investissement total 74 641 461 € 84 382 600 € 48 332 600 € 81 392 600 € 76 181 461 € 41 580 000 € 93 600 000 €
Recette totale 134 533 322 € 136 074 127 € 107 472 375 € 120 821 705 € 131 544 454 € 112 726 588 € 128 779 308 €
Bénéfice total 59 891 861 € 51 691 127 € 59 139 775 € 39 429 105 € 55 362 993 € 71 146 588 € 35 179 308 €
Seuil de rentabilité 6 ans 7,6 ans 6,7 ans 8,7 ans 6,5 ans 4,5 ans 12 ans

 

A première vue le scénario le plus rentable est celui avec un seul parc de 9 éoliennes terrestres correspondant à une coverture au sol d'une longueur pouvant aller jusqu'à 9 km. Cependant, sachant que l'acceptabilité sociale des éoliennes est assez faible, il est préférable de coupler cette technologie avec d'autres énergies.

Ainsi, le scénario le plus rentable est le scénario 1 avec un couplage photovoltaïque sur toits - pelamis - éoliennes terrestres.