Décryptage du décret sur l’agrivoltaïsme
Très attendu par les filières agricoles et les acteurs de la transition énergétique, le décret sur l’agrivoltaïsme a été publié au Journal ...
Qu’est-ce que le facteur de charge selon la source de production d’électricité ?
Le facteur de charge est un indicateur de performance d’un système de production d’énergie (centrale solaire, unité de production éolienne, centrale nucléaire, centrale d’hydroélectricité, etc.). Il s’agit d’une évaluation en pourcentage de la production d’énergie réelle d’une installation comparée à la production maximale théorique à puissance maximale et à 100 % du temps. En somme, le facteur de charge est un indicateur clé pour évaluer l’efficacité de tout projet d’installation d’une unité de production de sources d’énergies renouvelables (solaire, éolienne, hydraulique, etc.).
Comment définir le facteur de charge ?
25 % en moyenne pour les éoliennes, 15 % pour une installation solaire, voire près de 70 % pour des centrales nucléaires. Que signifie le terme de facteur de charge et pourquoi est-il aussi important ?
Dans le domaine de la production d’électricité, le facteur de charge d’une installation de production est un indicateur mesurant le rapport entre :
- la quantité d’énergie produite sur une période donnée ;
- la quantité d’énergie potentielle à puissance nominale pendant la même période d’utilisation (mensuelle, trimestrielle, annuelle).
Ainsi, le facteur de charge exprime le ratio en pourcentage entre la production d’électricité réelle d’un système par rapport à ce qu’il aurait pu produire à puissance maximale et sur une période continue. Ainsi, le facteur de charge du parc de centrales nucléaires en France est de 69 %. (source : Selectra).
L’importance de calculer le facteur de charge d’une unité de production d’énergies renouvelables
Concrètement, la formule de calcul du facteur de charge est :
- Facteur de charge = énergie produite sur une période donnée (MWh) / Puissance nominale installée (MW) × Durée de la période (h) ×100.
Le facteur de charge d’une installation de production d’électricité permet d’évaluer la période de temps pendant laquelle ledit système fonctionne à une puissance maximale.
Retenez simplement qu’un facteur de charge élevé signifie que l’unité de production d’électricité est performante. C’est pourquoi, cet indicateur permet de donner une estimation de la performance potentielle d’une installation de production d’électricité.
Pour y voir plus clair, prenons l’exemple de calcul du facteur de charge d’une installation éolienne de 4 MW sur une année (soit une période de 8760 heures) :
- En théorie, la production maximale des éoliennes terrestres devrait être de 35 040 MWh (4 MW x 8760h) à pleine puissance et en continu.
- En pratique cependant, l’installation produit 9 000 MWh sur une année en raison de multiples éléments. Le facteur de charge est donc évalué à (9 000 / 35 040) x 100 = 25,68 %.
Un parc d’éoliennes avec 25 % de facteur de charge signifie qu’il produit à puissance maximale pendant 25 % de son temps d’utilisation.
Pourquoi le facteur de charge d’une éolienne ou d’une centrale solaire peut-il varier ?
Un système de production d’électricité atteint rarement un facteur de charge à 100 % et est toujours soumis à des paramètres impactant la quantité d’énergie qu’il peut fournir.
Voici les principaux facteurs de variation d’une unité de production d’électricité à énergies renouvelables.
La disponibilité de l’énergie primaire utilisée
Les énergies renouvelables sont pour la plupart des énergies intermittentes soumises aux conditions météorologiques. Leur taux de charge est ainsi fortement dépendant de l’environnement.
Ainsi pour des panneaux solaires, le niveau d’ensoleillement conjugué avec les aléas climatiques (pluie, nuages) jouent un rôle déterminant dans la disponibilité de l’énergie.
De même, une mauvaise exposition des panneaux (présence d’ombres ou d’obstacles) peut gêner la réception de l’ensoleillement et donc le niveau de production d’électricité solaire.
Pour l’énergie éolienne, plusieurs éléments sont importants :
- la vitesse du vent moyenne (dans l’idéal entre 10 et 90 km/h) qui varie selon la zone géographique d’installation, la saison et même l’année. Ainsi, l’année 2022 fut une année moins ventée, caractérisée par un facteur de charge de 20,6%, alors que ce dernier est de l’ordre de 25% en moyenne.
- tout comme la présence d’aléas climatiques récurrents (brouillard, verglas ou glace) qui peuvent freiner le mouvement des pales des éoliennes.
Quant aux centrales hydrauliques, leur facteur de charge est principalement soumis à la disponibilité de l’eau, variable selon la saisonnalité (niveau de pluviométrie annuelle, stock d’eau existant de l’année précédente).
En comparaison, les centrales nucléaires ainsi que les centrales thermiques à flamme (gaz ou charbon) ont moins de dépendance aux éléments naturels puisque reposant sur l’utilisation de combustibles fossiles.
La qualité de conception de l’unité de production
Le choix d’un équipement par rapport à un autre est également un paramètre à considérer pour le taux de charge. En effet, certains systèmes intègrent des technologies impactant directement leur capacité de production :
- des éoliennes modernes avec un dimensionnement adapté pour l’optimisation de la turbine (surface de pales et une hauteur du mât)
- des panneaux solaires avec des capteurs solaires et des onduleurs de haute qualité
- des centrales hydrauliques à barrage qui ont une disponibilité de l’eau supérieure et continue par rapport à une centrale hydraulique au fil de l’eau construite au bord des rivières ou fleuves avec des variations de débit.
Les arrêts de l’installation : maintenance, panne, demande énergétique
Une opération de maintenance ou une panne se traduit en général par une baisse voire un coup d’arrêt brutal de la quantité d’énergie électrique produite et sur le facteur de charge d’une installation de production d’électricité. Ainsi, le taux de charge du nucléaire est passé de 85 % en 2006 à 75 % en 2019 en raison principalement du temps allongé de maintenance des réacteurs pour éviter les risques de fuite liés à des problèmes de corrosion (Source Sénat).
Notez toutefois que la plupart des révisions (maintenance annuelle ou rechargement de combustibles) sont programmées à certaines périodes stratégiques de l’année afin de répondre aux besoins énergétiques.
Enfin, l’électricité est une énergie non stockable par nature. Le parc de production d’électricité s’ajuste le plus souvent à la demande énergétique. En cas de baisse de la demande, l’utilisation des installations de production est impactée et in fine le facteur de charge.
Quelle est la source d’énergie renouvelable avec le meilleur facteur de charge ?
Le parc de production d’électricité en France se compose de différentes sources d’énergie avec des facteurs de charge distincts.
En moyenne, la production d’électricité est issue à 65 % des centrales nucléaires pour un taux de charge de 69 % en 2019 (Source Sénat). Toutefois, le taux de charge du nucléaire français reste inférieur à la moyenne mondiale de 80 % voire de 90 % pour certains pays producteurs (les États-Unis, la Finlande, la Hongrie ou la Slovaquie).
Selon le bilan électrique RTE 2023, les taux de charge moyens pour les énergies renouvelables en France sont de :
- 15 % pour le photovoltaïque pour une production annuelle de 21,6 TWh ;
- 26,3 % pour l’éolien pour une production annuelle de 50,8 TWh ;
- 22 % pour l’hydraulique pour une production annuelle de 58,8 TWh.
Remarque : Outre les précédents facteurs évoqués, comment expliquer ce facteur de charge du solaire ? Le facteur de charge du photovoltaïque est seulement de 15 % contre 26 % pour l’éolien. La raison principale en est qu’un panneau solaire produit de l’électricité uniquement pendant la journée, contrairement à l’éolienne qui peut produire jour et nuit (en moyenne, le vent souffle autant la nuit que le jour).
Comment optimiser la rentabilité de son unité de production d’électricité ?
L’optimisation du facteur de charge d’une installation de production d’électricité solaire ou éolienne est vitale pour améliorer son rendement.
Plusieurs éléments peuvent améliorer le taux de charge d’une installation de production d’énergies renouvelables :
- l’utilisation d’équipements de production avancés tels que des trackers solaires pour optimiser l’orientation et l’inclinaison des panneaux solaires;
- le choix de l’emplacement du système dans une zone avec un bon ensoleillement naturel pour les panneaux solaires ou une zone venteuse pour les éoliennes ;
- des maintenances régulières pour éviter les pannes et optimiser la production de l’unité de production ;
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