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La chaleur ne pousse pas seulement la moitié de Berne dans l’Aar, mais cause également des problèmes de refroidissement dans les centrales électriques, avec des incidences sur les prix de l’électricité.

A Berne, où notre siège est domicilié, l’arrivée de l’été est habituellement impossible à manquer. L’Office fédéral de la culture en atteste: «Les belles journées d’été, des caravanes entières de baigneurs vont pieds nus et en maillot de bain sur les berges [de l’Aar] pour ensuite se laisser porter par le courant de la rivière». Si l’on se laissait ainsi aller suffisamment longtemps, on arriverait à un moment au barrage du lac de Wohlen, aux turbines de production d’électricité de BKW.

Nous voici donc au cœur du thème de ce blog: ces dernières semaines, la presse quotidienne a signalé bien moins de records de baignades dans l’Aar que de difficultés auxquelles de nombreuses centrales électriques européennes doivent faire face en raison des températures élevées persistantes. Concrètement, la France, l’Allemagne et la Suisse ont enregistré une minoration totale de disponibilité de 5,8 GW au début du mois d’août. Mais en fait, en quoi les températures élevées sont-elles un problème, alors que les centrales thermiques fonctionnent avant tout en générant elles-mêmes de la chaleur?

La thermodynamique pour les nuls

D’abord, il faut préciser que ce n’est pas la température maximale qui détermine l’efficacité d’un processus thermodynamique, mais bien plus les écarts entre les températures minimale et maximale. En clair, une centrale électrique hypothétique qui pourrait générer de la vapeur chaude a une température de 1000 °C (cf. illustration), mais qui ne la laisse refroidir ensuite qu’à 990 °C, a inévitablement un moins bon rendement qu’une installation dont la vapeur chauffe à seulement 200 °C mais qui peut utiliser le gradient de température jusqu’à 100 °C.

Source: Wikipedia

Puisque les températures ambiantes élevées ne relèvent pas les températures maximales de la vapeur générée mais réchauffent l’eau utilisée pour le refroidissement, le rendement de la centrale électrique se détériore inévitablement lorsqu’il fait très chaud.

Pertes d’efficacité des différents types de centrale électrique

Les pertes d’efficacité réelles varient d’un type de centrale électrique à l’autre. Concernant les centrales combinées à gaz et à vapeur, lesquelles utilisent la majeure partie des gaz d’échappement chauds pour propulser une turbine en aval, une hausse de la température ambiante de l’ordre de 15 °C entraîne une diminution de rendement minimale inférieure à 1%. Pour les installations modernes au charbon, la règle générale est la suivante: une augmentation de la température ambiante de 1 °C conduit à une perte de rendement de 0,15%. Les pertes sont les plus prononcées dans les centrales nucléaires où une élévation de la température ambiante de 1 °C mène à une réduction de la production d’électricité nucléaire de 0,45%.

Bien que ces faits aient incontestablement une influence sur les coûts, ils n’expliquent toutefois pas pourquoi tant d’attention a été accordée à cette thématique ces derniers jours. La chaleur doit par conséquent avoir encore d’autres incidences sur le fonctionnement des centrales.

Cadre réglementaire

En effet, en période de chaleur persistante, la disponibilité des centrales électriques est plutôt affectée par les conditions réglementaires que par la thermodynamique. Lorsque les températures sont élevées, les rivières sont chaudes et les centrales électriques sont limitées par le régulateur afin de restreindre le plus possible les effets sur la nature car les centrales électriques restituent l’eau de refroidissement aux rivières une fois qu’elle a été utilisée (à une température alors encore plus haute). La faune et la flore ambiantes sont généralement à même de s’adapter à ce changement, mais jusqu’à une certaine limite. Dès que les valeurs critiques sont durablement dépassées, des écosystèmes entiers menacent de s’effondrer en très peu de temps. Alors que les anguilles sont encore à l’aise à un peu moins de 30 °C, les truites et les ombres sont déjà en danger aux alentours de 25 °C. Cette année a terriblement démontré qu’il ne s’agissait pas là de valeurs hypothétiques: au nord de la Suisse, près de deux tonnes de poissons morts ont dû être sortis du Rhin dès le 6 août.

Par conséquent, des directives strictes s’appliquent aux centrales électriques refroidies par les rivières. Certes, aucune valeur seuil générale n’existe quant au moment où une installation doit ralentir ni quant au rendement à adopter; en la matière, les informations concrètes relatives à la taille des centrales, à leur système de refroidissement et à la faune et à la flore ambiantes sont trop différentes. Toutefois, les exploitants de centrale allemands doivent par exemple immédiatement informer l’autorité de surveillance concernée dès lors que la température de la rivière dépasse le seuil de 28 °C au niveau du circuit de refroidissement du condenseur.

Incidence sur les prix de l’électricité

Il est donc peu surprenant que les prix réagissent à cette problématique: en fin de compte, les quantités produites doivent être compensées par d’autres installations qui sont moins favorables sur l’échelle du Merit Order. Les calculs modèles indiquent que l’effet tarifaire de la réduction de capacité des centrales françaises, allemandes et suisses de 5,8 GW évoquée au départ pour le mois d’août s’élève, selon le pays, entre 2,4 €/MWh et 4,7 €/MWh.

Source: Calculs Négoce BKW
Daniel Kawai

Daniel Kawai

En sa qualité d’analyste quantitatif en négoce, Daniel Kawai est responsable de l’analyse des stratégies de négoce à long terme de BKW. En vue des pronostics des prix européens de l’électricité, il modélise également l’évolution des marchés globaux de carburant.