( Crédit photo devrait lire SVEN HOPPE / AFP / Getty Images)
Le monde pourrait-il passer à la production d’énergie entièrement nucléaire? Si oui, serait-ce un bon contre le réchauffement climatique? apparu à l’origine sur Quora: le réseau de partage des connaissances où des questions convaincantes sont répondues par des personnes ayant des idées uniques.
Réponse de Mehran Moalem, PhD, UC Berkeley, Professeur, Expert des Matières Nucléaires et du Cycle du Combustible Nucléaire, sur Quora:
J’ai donné des cours d’Ingénierie Nucléaire et quelques séminaires sur les énergies alternatives. J’ai également travaillé pendant deux ans à la création de six usines solaires à travers le monde. Malgré mon goût personnel pour l’ingénierie nucléaire, je dois admettre qu’il est difficile de le défendre. Voici le calcul simplifié derrière.
La consommation totale d’énergie mondiale (charbon + pétrole + hydroélectricité + nucléaire + renouvelable) en 2015 était de 13 000 Millions de Tonnes Équivalent Pétrole (13 000 MTEP) – voir Statistiques de la Consommation d’énergie mondiale &. Cela se traduit par une puissance continue de 17,3 Térawatts au cours de l’année.
Maintenant, si nous couvrons une zone de la Terre de 335 kilomètres sur 335 kilomètres avec des panneaux solaires, même avec des rendements modérés réalisables facilement aujourd’hui, cela fournira plus de 17,4 TW de puissance. Cette superficie est de 43 000 miles carrés. Le Grand Désert saharien en Afrique est 3.6 millions de miles carrés et est idéal pour l’énergie solaire (plus de douze heures par jour). Cela signifie que 1,2% du désert du Sahara est suffisant pour couvrir tous les besoins énergétiques du monde en énergie solaire. Il n’y a aucun moyen que le charbon, le pétrole, l’éolien, la géothermie ou le nucléaire puissent rivaliser avec cela. Le coût du projet sera d’environ cinq billions de dollars, un coût unique aux prix actuels sans aucune économie d’échelle. C’est moins que le coût de renflouement des banques par Obama lors de la dernière récession. Plus facile d’imaginer le coût est de 1/4 de la dette nationale américaine, et égal à 10% du PIB mondial sur un an. Ce coût est donc plutôt faible par rapport aux autres dépenses dans le monde. Il n’y a pas d’avenir dans d’autres formes d’énergie. Dans vingt à trente ans, le solaire remplacera tout. Il y aura encore besoin de combustibles liquides, mais il s’agira probablement d’hydrogène produit par l’électrolyse de l’eau et alimenté par l’énergie solaire. Ensuite, les pétroliers et les pipelines transporteront cet hydrogène dans le monde entier. On peut également envisager des batteries en zirconium ou en titane qui stockent de grandes quantités d’hydrogène.
À propos, notez que le coût d’une centrale nucléaire de 1 GWe (Gigawatt électrique) est d’environ trois milliards de dollars. le coût de l’énergie nucléaire de 17,3 TW sera de cinquante-deux billions de dollars, soit dix fois celui du solaire, même si tous les autres problèmes de sûreté et d’approvisionnement en uranium sont résolus.
Tout cela dit, il existe une application de niche pour l’énergie nucléaire. Il a la densité de puissance la plus élevée de toute génération et dure le plus longtemps sans ravitaillement. Donc, là où l’espace est limité ou comme dans l’espace loin du soleil, ou dans les sous-marins, l’énergie nucléaire a du sens.
Notes supplémentaires:
Il y a eu un intérêt notable pour ce sujet et quelques bonnes questions ont été posées. Il est juste de présenter les questions et réponses ici.
Question: Que faut-il pour atteindre les facteurs de capacité solaire discutés dans cette proposition?
Réponse: Vous avez peut-être entendu parler d’un facteur de capacité de 25% pour les panneaux solaires. Le facteur de 25% signifie essentiellement qu’un panneau de deux cents Watts ne produit que cinquante watts en moyenne sur vingt-quatre heures. En fait, ce faible nombre est un sous-produit artificiel du choix du site d’installation. La plupart des petites installations sont réalisées sur des toits en Europe (Allemagne en particulier) et aux États-Unis. La distribution du flux solaire dépend fortement de la latitude. Dans la région de l’équateur (latitude autour de zéro), le soleil brille près de la normale et la densité de puissance peut atteindre quatorze cents Watts par mètre carré. À une latitude de quarante-cinq degrés, la densité de puissance diminue d’au moins un facteur deux. Les grandes villes des États-Unis sont à environ trente-sept de Latitude nord et l’Europe est encore plus élevée. En plus de cela, dans ces régions, une partie importante de l’année a des jours nuageux et pluvieux réduisant encore l’énergie disponible nette. Il est concevable qu’une entreprise majeure de production solaire à l’échelle industrielle profite des vastes terres équatoriales disponibles. Le site proposé ici à titre d’exemple au Sahara africain se trouve sur l’Équateur et il y a très peu ou pas de jours nuageux par an. Les terres désertiques sahariennes sont peu coûteuses et la plupart du temps inutilisées et, en tant que telles, facilement disponibles pour utilisation. Dans cette proposition, une densité de puissance annuelle moyenne de cent cinquante-cinq Watts par mètre carré est supposée que par rapport aux valeurs de pointe de mille trois cent cinquante à mille trois cent soixante-dix Watts / m2 ne représente qu’un facteur de capacité de 11%. Compte tenu des douze heures de journées au Sahara et des rendements actuels supérieurs à 22% pour les panneaux solaires, cette valeur moyenne est certainement réalisable.
Question: Que faut-il pour atteindre les coûts de l’énergie solaire discutés dans cette proposition?
Réponse: Les coûts actuels des panneaux s’élèvent à environ cinquante-cinq cents par Watt. Il y a des coûts supplémentaires pour l’installation des panneaux et des onduleurs. Les onduleurs sont des dispositifs qui convertissent la sortie en courant continu (CC) des panneaux en courant alternatif (CA) nécessaire à la transmission longue distance. Les coûts totaux s’élèvent actuellement à environ quatre-vingt-dix cents pour un dollar par Watt installé. Dans cette proposition, nous avons supposé les trente cents réalistes par watt. Deux facteurs principaux doivent être pris en compte à cet égard. Premièrement, l’économie actuelle repose sur des fournisseurs tiers tels que des panneaux fabriqués par des fabricants chinois. Pour un utilitaire installant des térawatts de puissance, il y a peu de raisons d’acheter à des tiers et d’enrichir les fabricants. Étant donné que les fabricants réalisent jusqu’à vingt cents de bénéfices par Watt, une installation de production à grande échelle bénéficiera pleinement de ce coût inférieur si elle produit ses propres panneaux. Si les fournisseurs de panneaux chinois veulent tirer profit de cette entreprise, ils doivent faire partie des investisseurs et fournir les panneaux au coût et tirer leurs bénéfices de la vente de l’électricité et non des panneaux. En ce qui concerne les coûts de l’onduleur, notez que la principale utilisation de l’énergie fossile dans le monde n’est pas pour la production d’électricité. Les combustibles fossiles sont utilisés pour faire fonctionner les automobiles, les maisons de chauffage, la propulsion et d’autres utilisations industrielles. Il est concevable que la principale utilisation d’une installation solaire à grande échelle telle que ci-dessus qui déplace toutes les autres générations dans le monde soit la production de carburants respectueux de l’environnement tels que l’hydrogène. L’hydrogène peut être produit par électrolyse de l’eau et le courant continu solaire est facilement utilisable pour l’électrolyse sans avoir besoin d’onduleurs. Une fois l’hydrogène produit, il peut être transporté par des pipelines et des pétroliers aux quatre coins du monde comme carburant pour les voitures, les usines, le chauffage domestique, etc. Les batteries réutilisables à grande échelle peuvent également être fabriquées à partir de zirconium et de titane qui stockeront l’hydrogène sous la forme solide sûre: -D. Enfin, de tels coûts sont des coûts d’infrastructure et non des coûts énergétiques. Actuellement, nous ne comptons pas le coût de fabrication des autoroutes, des pétroliers et des lignes de transmission à haute tension dans le coût du carburant. Ce sont des coûts que toute civilisation supportera pour apporter du réconfort à ses citoyens, que ce soit la source d’énergie solaire, fossile ou nucléaire.
Question: Y a-t-il d’autres préoccupations environnementales liées à l’utilisation de l’énergie nucléaire ou solaire qui devraient être prises en compte parallèlement au réchauffement climatique?
Réponse : Il y a quelques préoccupations.
- L’énergie nucléaire nécessite un rejet de chaleur. L’efficacité nette d’une installation est de 30 à 32% en raison des restrictions du cycle eau / vapeur. Les HTGR (Réacteurs à gaz à Haute Température) utilisant du CO2 et de l’hélium peuvent pousser cela jusqu’à 50%, mais sont mal vus en raison d’autres problèmes. En tout cas, cela signifie que pour chaque Watt d’électricité produit par les réacteurs nucléaires, il faut rejeter deux Watts à l’environnement. Avec le nucléaire à 10% du réseau électrique et 2% de la production totale d’énergie, cela est tolérable. Cependant, si l’on va bien au-dessus, nous manquons de capacité de rejet comme cela s’est produit en France. L’eau chaude qui remonte des condenseurs des centrales électriques est destructrice pour l’écosystème des océans et des rivières où cette chaleur est rejetée. Sur l’image de la centrale nucléaire ci-dessus, les deux grandes piles que vous voyez ne sont pas des piles de fumée car les centrales nucléaires n’ont pas de fumée (par rapport au charbon). Ils sont destinés au rejet de chaleur à l’air. Nous ne pouvons pas avoir une production d’énergie nucléaire de 17,5 TW, car cela nécessite un rejet de chaleur de 35 TW dans l’environnement, à moins que de nouvelles technologies à grande échelle de récupération de chaleur par rejet ne soient inventées et mises en œuvre. Les eaux chaudes des océans et des rivières améliorent la vie végétale parasitaire et modifient la vie marine normale. Ils nuisent également aux populations actuelles de poissons, ce qui entraîne une sélection non naturelle.
- La production de panneaux solaires n’est actuellement pas respectueuse de l’environnement. Le processus de production actuel utilise une technologie de fabrication de semi-conducteurs qui génère de la pollution. Encore une fois aux faibles niveaux actuels, ce n’est pas vraiment un problème, mais à 17 TW, des solutions doivent être conçues pour neutraliser ces toxines et réduire la pollution. La technologie actuelle de production de panneaux solaires utilise également de grandes quantités d’énergie et cela peut devenir un facteur à prendre en compte pour la durabilité.
Question: Y a-t-il des préoccupations concernant l’endommagement de l’écosystème désertique lors de l’utilisation des déserts comme fermes de production solaire?
Réponse : C’est la moindre préoccupation de tous. Le projet proposé comme indiqué n’a besoin que de 1,2% du Sahara africain pour remplacer toutes les formes de production d’énergie dans le monde. C’est une partie si minuscule par rapport à la superficie désertique totale du monde. En outre, cela sauvera de vastes étendues de terres qui souffrent actuellement de l’extraction de charbon en bande et de la contamination par les pluies acides, sans parler d’éventuelles régions de terres radioactives en cas d’accident nucléaire. De plus, l’écosystème saharien s’épanouira peut-être mieux à l’ombre sous l’arrière des panneaux. L’érosion actuelle des déserts entraîne de grandes tempêtes de sable qui contaminent et polluent l’air dans les parties civilisées de l’Afrique et du Moyen-Orient. La pollution aux PM10 et aux PM2,5 est à des niveaux épiques dans une grande partie de ces sociétés en croissance. Les fermes solaires profiteront réellement à la vie en stabilisant le sable. Les habitants de ces régions du monde souhaiteraient probablement que le projet soit plus vaste et couvre plus de zones.
Cette question est apparue à l’origine sur Quora. Posez une question, obtenez une excellente réponse. Apprenez des experts et accédez à des connaissances d’initiés. Vous pouvez suivre Quora sur Twitter, Facebook et Google+. Plus de questions:
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