Rendement ... de quoi parle-t-on ?

Discussions traitant des diverses sources d'énergie ainsi que de leur efficacité.

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Rendement ... de quoi parle-t-on ?

Message par mobar » 02 mai 2006, 13:11

Bonjour à tous,

Nouveau sur le forum que j'ai parcouru, je suis une fois de plus étonné des raccourcis pris pour étayer les argumentations, notamment concernant les rendements de transformation énergétique.

Pour uniformiser les raisonnements et rendre les différentes approches comparables il est une méthode peu pratiquée qui consiste a démarrer l'évaluation d'une filière à partir de l'énergie primaire initiale gratuite et a faire le produit des différentes transformations pour comparer les différentes filières. Cette méthode peut permettre de comparer des filières renouvelables, fossiles nucléaires, gravitationnelles ...

Par exemple comparons les filières de production d'électricité photo voltaïque (que l'on s'accorde volontiers à qualifier de faible rendement 10 - 15%) à la filière photosynthétique+combustion qui serait de rendement élevé (30 - 40%) pour la production d'électricité.

Dans un premier temps il est important de comparer les deux filières sur la même base c'est à dire la production électrique. Ensuite on doit partir de la même énergie initiale c'est à dire le soleil.

Pour 1 000 kWh d'énergie solaire reçue annuellement (3 000 h/an d'ensoleillement) par unité de surface (m² de capteur) la filière photovoltaïque permet de délivrer entre 100 et 150 kWh/an en journée à une puissance variable selon la couverture nuageuse. Le rendement électrique de la filière est donc de l'ordre de 10 à 15%.

Quant on considère la filiére photosynthétique sur la base d'une unité industrielle de quelques 10 MWe de puissance par exemple (chaudière + groupe turbo alternateur à vapeur). On va consommer près de 10 t/heure de bois sec pour produire 30 000 MWh d'électricité, soit pour 3 000 heures de production l'équivalent de l'accroissement biologique naturel de 3 000 ha de forêt (à 10 tonnes de bois par ha et par an). L'énergie solaire gratuite recue par les 3 000 ha de forêt (sur la base retenue précédemment de 1 000 kWh/m²) est de l'ordre de 30 000 000 MWh par an. Le rendement électrique de la filière est donc de l'ordre de 0,1%.

Question : quelle est la filière la plus efficace?

Et maintenant, en sachant que la surface de toitures existant en France est de l'ordre de 10 000 km², que doit on privilégier pour produire de l'électricité de base : le bois énergie ou le photovoltaïque ?

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Message par Tiennel » 02 mai 2006, 13:31

Attention à ce genre de raisonnement. Exemple :
  • Quand je me déplace à pied, j'ai besoin d'énergie qui m'est fournie sous forme alimentaire - cette filière a un rendement détestable en utilisation des produits fossiles (engrais, transport des vivres, food processing, etc)
  • Quand je me déplace en voiture, je transforme directement le carburant fossile en énergie avec un rendement sans doute dix fois supérieur
Conclusion : même pour 100 mètres, roulez en voiture :smt077
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Message par GillesH38 » 02 mai 2006, 13:53

le rendement calculé par rapport à l'énergie solaire, qui est gratuite n 'a pas grand interêt.

Amha, il faut considérer le rendement par rapport à l'énergie réellement dépensée au détriment d'autres applications (c'est ce qu'on fait pour les biocarburants par exemple).

Pour produire 150 kWh/an, combien d'énergie dépense-t-on à la fabrication de 1m^2 de panneau solaire (à amortir par année donc à diviser par la durée de vie), plus des annexes éventuellement (batteries de stockage).

Combien dépense-t-on annuellement à la culture du bois pour produire ces 150 kWh, soit 600 kg de bois sec si je crois tes calculs (1t par MWh)?
Zan, zendegi, azadi. Il parait que " je propage la haine du Hamas".

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Message par mobar » 02 mai 2006, 13:54

Le raccourci encore le raccourci!

L'énergie fossile dont tu parle Tiennel provient du soleil qui a brillé il y a quelques centaines de millions d'années. Ce n'est pas une énergie primaire initiale au sens ou je l'ai exprimé, de plus elle n'est pas renouvelable, mais on peut faire l'exercice.

Quelques rappels pour les puristes ...

Cette énergie solaire à produit de la biomasse végétale (rendement < 1,5%) et de la biomasse animale (rendement <0,2%) puis cette biomasse a été transformée en pétrole, CO2, compost, charbon, gaz naturel avec des rendements estimés inférieurs à 1/ 100 000.
Le rendement de la filière fossile qui abouti à notre carburant est de beaucoup (facteur 1 000, 100 000 ou plus selon les gisements) inférieure au rendement pourtant faible de la filière alimentaire.

Il est donc plus "rentable" du point de vue du rendement thermodynamique global de marcher à pied pour de petits trajets que d'utiliser une voiture.

La méthode peut être extrapolée par exemple au domaine économique en intégrant le coût de la totalité des externalités attachées à une filière.

Pour trouver les filières les plus performantes sur les plans économiques, écologiques, social, emploi et j'en passe il suffit de comparer sur une grille multicritère l'ensemble des filières pour selectionner celles qui ont les meilleurs scores.

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Message par mobar » 02 mai 2006, 14:06

A gillesH38

Au contraire prendre pour base de départ l'énergie solaire gratuite permet de comparer toute sortes de filières qui n'ont a priori rien de commun.

Qu'est ce l'énergie éolienne sinon un résultat du déplacement des masse d'air chauffées par le soleil?

Les énergies fossiles ont toutes pour origine le soleil et prendre pour origine le rayonnement reçu il quelques millions d'années ne change rien à l'affaire. Les fossiles sont un trésor que nous sommes en train de dilapider parce que nous n'avons pas conscience de son origine.

Changer les références et les paradigmes est le début de la prise de conscience.

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Message par Glycogène » 02 mai 2006, 14:11

Le rendement de la filière fossile qui abouti à notre carburant est de beaucoup (facteur 1 000, 100 000 ou plus selon les gisements) inférieure au rendement pourtant faible de la filière alimentaire.

Il est donc plus "rentable" du point de vue du rendement thermodynamique global de marcher à pied pour de petits trajets que d'utiliser une voiture.
Et si on utilise des biocarburants ? On doit certainement être plus rentable en voiture qu'en marche à pied.
Le problème, outre le rendement, est la disponibilité :
- la quantité totale d'énergie fossile est finie (donc le débit de cette énergie aussi).
- la quantité totale d'énergie renouvelable (biocarburant, ...) est infinie, mais son débit est quand même finie.
Dès lors, si on imagine ne plus utiliser d'énergie fossile, on a une énergie renouvelable limitée.
Et divisée entre tous les hommes, avec des filières durables (bonne exploitation des forêt, biocarburants avec des déchets, etc...), on se rend compte qu'il n'y en a pas beaucoup par personne.
Du coup il faut économiser au maximum.
On se retrouve bien à privilégier la marche à pied par rapport à la voiture autant que possible.
Pour les panneaux solaire, c'est pareil: il faut regarder le cycle de vie totale d'un panneau par rapport à de la biomasse exploitée de façon durable.
D'ailleurs au niveau solaire, le plus rentable est le chauffage (passif en premier, actif en plus), là oui c'est mieux que le bois... qui lui permet de passer les périodes de mauvais temps.

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Message par sceptique » 02 mai 2006, 14:17

Dans le cadre d'une pénurie de pétrole on ne va pas faire la fine bouche : cela sera bois-énergie ET photovoltaique ET éolien ET hydraulique ET ... Chaque technologie a ses avantages et inconvénients. Par exemple, le photovoltaique est parfait dans le cadre d'une maison avec des appareils ultra-économes. Mais c'est idiot pour le chauffage. Dans ce cas le bois est indiqué. Et pourquoi pas en cogénération chaleur + électricité ? De meme, à partir du bois on peut obtenir du diesel synthétique pour les transports (voir le fil BTL). Toutes ces filières (bois-énergie photovoltaique éolien hydraulique ...) sont complémentaires.

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Message par mobar » 02 mai 2006, 14:34

A Glycogène.

Et si on utilise des biocarburants ? On doit certainement être plus rentable en voiture qu'en marche à pied.

La filière biocarburant met en oeuvre la photosynthèse (rendement < 1,5% au mieux) couplée avec un cycle thermodynamique (rendement < 30%) et une logistique (collecte bois, transport biocarb, distribution).

Cette filière semble au premier abord plus performante que la traction animale par un animal végétarien qui elle aussi met en oeuvre la phtosynthèse et le travail musculaire qui est bien loin de 30% de rendement. Ne parlons pas de l'animal carnivore qui lui à un rendement encore plus faible.

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Message par mobar » 02 mai 2006, 14:45

A Sceptique.

D'accord pour dire que le photovoltaique pour le chauffage c'est idiot. Mais toutes les solutions de chauffage électrique sont idiotes que l'électricité soit fabriquée directement à partir du soleil ou via l'éolien, le nucléaire et j'en passe.

Du point de vue thermodynamique (j'insiste ) le chauffage au bois aussi est idiot. Par contre il se justifie la nuit ou en appoint du chauffage solaire parce qu'il est stockable.

En fait la solution renouvelable de chauffage la plus performante est le solaire thermique qui peut atteindre des rendement de 80% (tubes sous vide) en partant d'une énergie gratuite et inépuisable bien que limitée en puissance par la surface de capteur disponible

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Message par mobar » 02 mai 2006, 15:08

En fait ce qu'il faut arriver à faire c'est distinguer les applications : le chauffage, l'éclairage, l'énergie de propulsion de véhicule (nécessairement embarquée), l'énergie d'entrainement de machines fixes ... ne présentent pas les mêmes contraintes.

Et ensuite, pour chaque application en fonction d'un contexte et d'un environnement donné choisir la filière la plus efficace sur les plans économique, environnemental, social ...

Aujourd'hui, par exemple, pour alimenter en carburant les véhicules aucune alternative de grande ampleur ne permet de remplacer les carburants pétroliers. Pour substituer 20% des carburants pétroliers par des biocarburants (diester, éthanol, BtL ou autres) il faudra au moins 15 ans.

C'est pour cela qu'une autre approche de l'évaluation des filières est indispensable. Lorsque l'on est conscient de la valeur d'une énergie et des ses substitus possibles, on peut agir en connaissance de cause. Remplacer aujourd'hui le chauffage au fuel par du chauffage solaire permettra d'économiser les carburants le temps nécessaire à la mise en place des nouvelles filières.

Bruler la biomasse pour se chauffer n'est pas beaucoup mieux que bruler du fuel si l'on peut se chauffer aves du solaire thermique. Conservons la biomasse et le pétrole pour les applications les plus nobles (matériaux et carburants).

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Message par GillesH38 » 02 mai 2006, 16:19

Ca répond a Tiennel mais pas à moi ;) tu pourrais aussi calculer le rendement par rapport à la nucléosynthèse stellaire qui est absolument dérisoire! ce qui compte, c'est de produire de l'énergie utile en dépensant le moins d'énergie utile possible, non?
Zan, zendegi, azadi. Il parait que " je propage la haine du Hamas".

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Message par energy_isere » 02 mai 2006, 18:08

"mobar"
Cette énergie solaire à produit de la biomasse végétale (rendement < 1,5%)
parler d'un rendement trés faible de la filiére biomasse est purement académique. Puisque le bois obtenu est gratuit, il m'importe pas de savoir que son rendement de photoshyntése soit aussi bas que 1.5%

Ce qui importe c'est que l' energie utilisée pour couper (tronconage) , débarder, transporter, mettre en buche .... coute beaucoup moins cher en energie que cela va me dégager en energie thermique quand je vais bruler ce bois dans le poéle.

Je rejoins donc les argumentations de Tiennel et de GillesH38

De meme il ne m'importe peu de savoir que lorsque le soleil dispense 1000 Watt/m2 dans les bonnes conditions sur mon balcon, et bien une energie fantastiquement elevée est partie du soleil par rayonnement pour se perdre dans l'immensité de l'espace du systéme solaire. Rendement ?

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Message par mobar » 02 mai 2006, 18:09

Il s'agit plutot de produire de l'énergie utilisable de qualité supérieure à l'énergie primaire utilisable disponible.

Quand à produire de l'énergie utile, c'est une autre discussion. Qu'est ce que de l'énergie utile?

L'énergie qui propulse ma voiture pour aller chercher mon pain est elle plus utile que celle qui propulse mon vélo pour faire la même chose?

Surtout si celle-ci me conserve en pleine forme en prime.

On rentre dans la philosophie ... ou peut être n'en était on jamais sorti?

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Message par GillesH38 » 02 mai 2006, 18:21

="mobar":
L'énergie qui propulse ma voiture pour aller chercher mon pain est elle plus utile que celle qui propulse mon vélo pour faire la même chose?
ni l'une ni l'autre, mais tu utilises de l'essence que tu ne pourras pas utiliser à autre chose. Si elle est abondante et pas chère, tu fais comme les Américains , tu prends ta voiture pour faire 500m. Sinon tu marches.

Pareil pour le photovoltaique. Ce n'est pas le rendement par rapport au flux solaire qui est réellement important. C'est la quantité de travail humain (nombre de personnes employées),d'énergie et de matières première (ces dernières étant aussi finalement du travail humain et de l'énergie pour les extraire) utilisées pour disposer à la fin d'un kWh.


Mais tout ceci est finalement assez bien mesuré par le coût, à condition qu'il prenne en comptes les coûts externalisés des conséquences possibles en terme de pollution, recyclage,etc...(non pris en compte actuellement dans les carburants fossiles). Le plus simple,ce serait de faire payer ces couts et de prendre ensuite betement le moins cher...
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Message par mobar » 02 mai 2006, 18:21

Pour Energy_isere.

On ne peut pas dire au forestier que son bois est gratuit ... sinon il va changer de métier. Surtout que Thierry Breton va lui demander de payer son foncier, sa TVA et tout le reste.

Par contre évaluer la consommation d'énergie nécessaire pour tronçonner, transporter, transformer le bois-forêt en bois combustible, bois-carburant, bois-maison, bois-bateau ... est essentiel pour hierarchiser les usages performants et faire des choix judicieux.

Ici la notion de rendement devient incontournable, mais pour être valide elle doit prendre pour origine le point de départ initial : l'énergie solaire reçue par la surface de forêt ayant permis la production du bois.

Cette énergie solaire à toujours, jusqu'à aujourd'hui, été gratuite ... çà va peut être pas durer. On va bien trouver un polytechnicien pour nous la faire payer ... du genre de celui qui veut augmenter les taxes sur le trolpé pour réduire la consommation et passer le peak oil! a mon avis c'est pas la solution.

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