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.