Energy in Future
 
Dr.-Ing. Dieter Bokelmann

 

Sommaire

L'objectif des enquêtes était de déterminer dans quelle mesure un remplacement à 100% des énergies fossiles par l'énergie solaire et éolienne est techniquement réalisable et justifiable en termes de coûts et d'utilisation du paysage, compte tenu du changement climatique en cours.

La production et la consommation d'énergie primaire mondiale sont expliquées. Un diagramme de flux d'énergie des USA 2018 (diagramme de Sankey) en sert de base.

Les principales sources d'énergie renouvelable sont le photovoltaïque et l'énergie éolienne. Ceux-ci peuvent être utilisés comme électricité directe ou comme combustible généré avec de l'électricité. Pour les 4 variantes qui en résultent électricité directe solaire, carburant solaire, électricité directe éolien, carburant éolien, les coûts de production / kWh ont été calculés ainsi que les surcoûts et les coûts de distribution réseau avant impôts.

 Pour le cas particulier supposé de la production à 100% par l'une des 4 variantes possibles, l'électricité éolienne directe et le combustible éolien sont moins chers que les variantes solaires. La consommation du paysage de l'énergie éolienne est nettement supérieure à celle du photovoltaïque, les montants d'investissement sont légèrement inférieurs. Par conséquent, le cas particulier de l'électricité directe 100% solaire serait la meilleure alternative. Cependant, étant donné que seul un mélange est techniquement réalisable,  l'électricité direct solaire, l'électricité direct éolien, le carburant solaire et ensuite le carburant éolien doivent être pris en compte dans l'ordre.

Le scénario mondial est techniquement et économiquement réalisable avec une consommation du paysage de 2,19%, la variante 100% de la production d'énergie en Allemagne en raison de la consommation du paysage élevée de 12,33%. Cela est dû au rapport entre la consommation d'énergie et la superficie des terres par rapport à la moyenne mondiale. Dans le cas de l'Allemagne, la production d'électricité à 100% avec énergies renouvelables, 2,39% du paysage est utilisée, ce qui pourrait encore être mis en œuvre. Même l'addition du remplacement des carburants pour les transports conduit à la nécessité d'importer de l'énergie avec une consommation paysagère de 3,99%, ce qui serait cependant techniquement et rentable.

Si vous regardez le monde actuel de l'activité et l'Allemagne dans la conversion de la production d'énergie primaire grâce aux énergies renouvelables, l'objectif mondial ne sera atteint que dans 323 ans. En Allemagne, c'est 293 ans pour le cas 100% (non réalisable en raison de la consommation paysagère), 71 ans pour le remplacement de la production d'électricité uniquement et 122 ans pour le remplacement de la production totale d'électricité plus le transport du carburant.

Le changement climatique ne peut être maintenu dans des limites que si tous les efforts mondiaux sont déployés pour accélérer la croissance de l'énergie solaire et éolienne de telle sorte que les valeurs mondiales calculées soient atteintes en 20 ans. D'ici là, l'approvisionnement en électricité devrait être étendu via des centrales électriques à gaz robustes (centrales à cycle combiné) combinées au chauffage urbain (et donc un rendement global supérieur à 90%). Ceux-ci doivent être conçus de manière à pouvoir être exploités ultérieurement avec des carburants verts appropriés. Dans le même temps, les centrales nucléaires existantes ne devraient pas être fermées prématurément et utilisées comme tampon pour la période de transition.

Les coûts peuvent être financés, mais un prix du carburant raisonnablement plus élevé doit être accepté. Par rapport à la situation mondiale, ce défi offrirait les avantages suivants. Premièrement, la production d’énergie par l’énergie solaire et éolienne dans les pays en développement et les pays plus pauvres avec des densités de population relativement faibles et de vastes superficies de terres non utilisées et la création d’emplois pour la construction et l’entretien des équipements nécessaires correspondants. Deuxièmement, le développement technique et la production de composants de système de haute qualité dans les pays hautement développés à densité de population relativement élevée, créant également de nouveaux emplois de remplacement pour l'arrêt de la production de pétrole et de charbon.

Le contenu des pages Internet spécifiées sur ce site Web n'est pas mon propre travail. J'ai vérifié les calculs par plusieurs vérifications au meilleur de mes connaissances et je les ai fait vérifier, mais je ne peux pas complètement exclure les erreurs et je suis reconnaissant pour chaque conseil ou contribution utile. Mes propres hypothèses peuvent différer légèrement des développements actuels, mais cela a un impact relativement mineur sur le résultat global. Que nous atteindrons l'objectif dans 150, 200 ou 250 ans, c'est de toute façon trop tard. L'ensemble est un défi pour l'humanité.

J'espère que de nombreuses personnes intéressées liront et comprendront ce site Web et que les équipes d'experts de nombreux pays et leurs dirigeants trouveront cela une incitation à relever le challenge. Si un nombre important de pays qui consomment beaucoup d'énergie primaire peuvent s'entendre sur un accord, le monde a une chance de survivre dans l'état actuel. Sinon, il y aura des scénarios de fin qui ont déjà été filmés. Il est encore temps de limiter les dégâts, mais il est déjà presque midi cinq.  

Le diagramme ci-dessous montre un calendrier simplifié de la mise en œuvre de l'approvisionnement énergétique sans CO2 dans 20 ans. Les combustibles fossiles pétrole, charbon et gaz seraient réduits à zéro. La source d'énergie de la biomasse existante et la production d'électricité renouvelable déjà existante resteront en place (à la fin, vous pouvez également réduire l'énergie nucléaire à zéro si plus de capacité solaire, éolienne ou autre est constituée en conséquence). Les proportions des 4 alternatives renouvelables solaire et éolienne sont augmentées de 0 aux valeurs calculées. Le total de l'énergie primaire est inférieur à celui de l'année zéro car l'électricité directe en particulier est beaucoup plus efficace.

La mise en œuvre de cette période est malheureusement peu probable, car, d’une part, tous les pays n’y participent pas et, d’autre part, l’augmentation annuelle nécessaire des investissements dans les énergies renouvelables (facteur 15 par rapport à 2019) est difficile à réaliser (mais pas techniquement impossible). Le fait est que les investissements annuels doivent augmenter considérablement.

Certains pays ne sont pas en mesure de convertir toute l’énergie primaire nécessaire aux énergies renouvelables (surfaces insuffisantes), z.B l’Allemagne. Il y a d’autres pays qui peuvent produire un excédent important d’énergie primaire verte, comme l.B’Arabie saoudite, l’Australie, l’Afrique. La solution, c’est l’équilibre.

L’Allemagne doit se concentrer sur la conversion à 100% de la production d’électricité aux énergies renouvelables et, parallèlement, à l’importation du reste de l’énergie primaire sous forme d’hydrogène (etc.). Il n’y a pas assez de terres adéquates pour produire de plus grandes quantités d’hydrogène vert. Aujourd’hui, cela signifie une importation d’environ 50 millions de tonnes d’hydrogène par an.

Si l’Allemagne parvient à doubler ses investissements annuels dans le solaire et le vent et à importer ces quantités d’hydrogène vert en provenance de pays appropriés (avec une assistance technique), l’Allemagne devrait être exempte de CO2 d’ici 30 à 35 ans (1 génération).

Le graphique ci-dessous montre un développement linéaire simplifié de la production d’énergie primaire en Allemagne.  

Une fois de plus, une brève synthèse.

1.   La communauté internationale s’emploie à la neutralité carbone.

2.  Toutefois, les activités d’investissement sont beaucoup trop faibles et l’objectif n’est atteint que très tard.

3.  En ce qui concerne les coûts et l’utilisation du paysage, l’objectif pourrait être atteint d’ici 20 ans, mais les activités d’investissement doivent être multipliées par 15. Étant donné qu’il n’est pas possible d’y parvenir en peu de temps, des alternatives supplémentaires doivent être utilisées. Certains pays misent sur le maintien ou le développement de l’énergie nucléaire. En Allemagne, les centrales nucléaires existantes ne devraient pas être fermées tant que l’objectif de 100 % d’émissions de CO2 n’aura pas été mis à portée de main. À moins d’accepter le risque accru de coupures de courant.

4.  La variante la plus efficace des énergies renouvelables est l’utilisation directe de l’énergie électrique produite.

5.  La conversion en hydrogène ou d’autres carburants est un tampon pour des periodes sans soleil et sans vent, mais beaucoup moins efficient.

6.  La voiture électrique est donc en première ligne parce qu’elle utilise l’électricité sans CO2 directement avec un rendement élevé. Environ 80% de l’électricité produite est utilisé.

7.  Si la voiture électrique est encore alimentée par l’électricité produite à partir de combustibles fossiles pendant la période transitoire, c’est toujours la meilleure alternative. Le rendement global, avec environ 55% (turbine à gaz moderne et centrale à charbon) et 80% au-dessus de 40%, serait meilleur que l’utilisation du moteur à combustion interne, avec ses fortes pertes de chaleur. Toutefois, la capacité totale de production d’électricité n’est pas suffisante.

8.  Si la capacité est suffisante, le véhicule fonctionnant à l’hydrogène ou à des carburants similaires (pile à combustible ou brûleur) est une alternative, mais uniquement avec de l’hydrogène vert provenant de l’excès d’électricité. C’est particulièrement le cas pour les camions et les autobus avec de longues distances.

9.  Pour constituer un tampon pour les bruits de nuit, une partie correspondante de l’électricité sans co2 doit être convertie en carburant. Celui-ci peut alors être converti en électricité avec des turbines à gaz appropriées utilisant la chaleur résiduelle.

10.  Il existe un potentiel d’amélioration, mais une augmentation effrénée de la population mondiale et une nouvelle augmentation de la consommation d’électricité s’y opposent.