Comparaison de l'empreinte physique : nucléaire, solaire et éolienne
La densité de puissance du nucléaire est d'environ 1000 W/m2, contre 2-3 W/m2 pour l'éolien et 100 W/m2 pour le solaire (données tirées d'ici). Si l'on tient compte des différences de facteurs de capacité, ces valeurs suggèrent que pour produire la même quantité d'énergie, les parcs éoliens nécessiteront 500 fois plus de terrain, et les parcs solaires (en supposant un rendement de 20 %) environ 50 fois plus. Nous allons comparer les quantités de terres utilisées (0,67 mile carré) pour la centrale nucléaire de 3,2 GW (Hinkley Point C) avec des exemples de parcs éoliens et solaires pour voir comment ces chiffres s'appliquent en pratique.
Le complexe Hinkley Point C est une centrale nucléaire de troisième génération composée de deux réacteurs EPR (réacteurs européens à pression) d'une capacité nominale totale de 3,2 GW. Son facteur de capacité est estimé à 80 % et, par rapport aux réacteurs existants, il utilisera 17 % d'uranium en moins comme combustible et produira un tiers des déchets radioactifs à longue durée de vie. Il devrait compenser 9 millions de tonnes de CO2 par an pendant sa durée de vie de 60 ans (susceptible d'être étendue à 80 ans et plus). Il occupera 430 acres (environ deux tiers d'un mile carré) et produira de l'électricité pour 6 millions de foyers. En supposant un facteur de capacité de 80 %, Hinkley C produira 22 426 GWh/an.
Une seule éolienne peut produire de quelques dizaines de kW à plusieurs MW d'électricité. Les turbines d'une capacité inférieure à 100 kW sont suffisantes pour de nombreuses petites applications telles que les fermes, les maisons, les écoles ou les petites installations industrielles. Les éoliennes de plus grande capacité sont considérées comme des " éoliennes de service public " et sont généralement regroupées dans des parcs éoliens afin de pouvoir produire d'importantes quantités d'électricité à livrer au réseau. Ces parcs éoliens doivent offrir un espace suffisant entre les turbines pour être efficaces. Sinon, la perturbation de l'écoulement du vent autour d'une turbine aura un impact sur les turbines adjacentes et réduira la production globale d'électricité. Par exemple, MacKay (https://www.withouthotair.com/) cite un chiffre d'au moins 5 diamètres de rotor les uns des autres. Ainsi, l'augmentation de la taille des éoliennes n'entraînera pas une diminution de la surface de terrain nécessaire.
Un exemple de la superficie requise par un parc éolien terrestre est fourni par le parc éolien de Whitelee, près de Glasgow, qui a une capacité de pointe combinée (nominale) de 322 MW et occupe 55 km2 (21,2 miles carrés). Sur la base de ce chiffre, un parc éolien d'une capacité nominale de 3,2 GW (la capacité nominale de Hinkley Point C) occuperait 550 km2 (212 sq. miles). Si cette valeur est corrigée pour tenir compte des différences de facteur de capacité et que Hinkley C occupe 0,67 km², le parc éolien de Whitelee devrait occuper 840 km² pour produire la même quantité d'électricité que Hinkley C.
Toutefois, les turbines n'occupent qu'environ 1 à 2 % de la surface terrestre. Il serait donc possible d'utiliser la majorité du terrain pour d'autres usages, voire des panneaux solaires. Un facteur clé est que l'autre activité ne doit pas interférer avec le flux de vent sur les turbines. La pureté de l'air est un facteur beaucoup plus important pour trouver des sites appropriés pour les parcs éoliens terrestres que pour les parcs éoliens offshore.
Quelques exemples de parcs éoliens offshore donnent une idée de la superficie de mer nécessaire. The Kentish Flats, avec une puissance de 90 MW (capacité nominale), occupe une superficie de 10 km2 (3,9 miles carrés) et le parc éolien de North Hoyle, au large de Prestatyn, dans le nord du Pays de Galles, a une puissance de 60 MW (capacité nominale) et occupe 8,4 km2 (3,2 miles carrés). Si l'on corrige ces superficies pour tenir compte des différences de facteur de capacité et de superficie de terrain occupée par Hinkley C, les superficies de mer requises par The Kentish Flats et Prestatyn pour produire la même quantité d'électricité que Hinkley C sont respectivement de 440 et 540 miles carrés.
Les parcs éoliens en mer ont l'avantage supplémentaire d'être capables d'atteindre des facteurs de capacité plus élevés que les parcs éoliens terrestres. Le facteur de capacité moyen des 25 parcs éoliens offshore britanniques en 2019 était de 38,4 %. Le facteur de capacité le plus élevé a été atteint par le parc éolien Hywind, en Écosse, avec 59,1 %. La puissance totale générée l'a été avec une puissance moyenne par unité de surface de 2,3 W/m2, ce qui est en accord avec les 2-3 W/m2 indiqués par MacKay (dans l'édition 2009 de son livre). À titre de comparaison, le facteur de capacité moyen des 28 parcs éoliens terrestres britanniques en 2019 était de 26,6 %.
Une comparaison entre les terrains requis par la centrale nucléaire de Hinkley Point C, le parc solaire de Cleve Hall et les parcs éoliens terrestres et offshore, mentionnés ci-dessus, permettra d'illustrer ces différences dans l'utilisation des terres.
Une ferme solaire d'une capacité nominale de 3,2 GW avec un facteur de capacité de 15% produirait 3,2 x 24 x 365 x 15% = 4 205 GW Hr/an. Ainsi, pour produire la même quantité d'électricité que Hinkley C, il faudrait entre 5 et 6 fermes solaires d'une capacité nominale de 3,2 GW chacune. Ces fermes solaires occuperaient 3,2 x 5000 x 5,5 = 88 000 acres (environ 138 miles carrés). Ce calcul pour le solaire est basé sur l'affirmation de quora.com selon laquelle une ferme solaire de 1MW nécessite 5 acres de terrain non ombragé. (Ainsi, une plaque nominative de 1 GW occuperait 5 000 acres (7,81 miles carrés)). La récente ferme solaire de Cleve Hall prévue par Wirsol Energy et Hive Energy, située à l'extérieur de Faversham près du village de Graveney dans le Kent, coûtera 450 millions de livres sterling. La ferme de 350 MW comprendrait près de 900 000 panneaux solaires répartis sur 900 acres de terres agricoles. En se basant sur ces chiffres, une ferme solaire de 3,2 GW occuperait 8 229 acres. Si l'on corrige ce chiffre pour tenir compte des différences de facteur de capacité (80/20) (supposons généreusement un facteur de capacité de 20 % pour le solaire à cette latitude), la superficie nécessaire serait d'environ 33 000 acres (52 miles carrés) pour générer la même production annuelle d'électricité que Hinkley C.
Une autre estimation peut être faite à partir de l'affirmation des promoteurs selon laquelle le parc solaire de Cleve Hall produirait suffisamment d'électricité renouvelable pour alimenter 91 000 foyers et réduire les émissions de carbone du Royaume-Uni de 68 000 tonnes par an. Si l'on compare les chiffres relatifs à Hinkley Point C et à la ferme solaire de Cleve Hall, on constate que pour fournir suffisamment d'électricité à 6 millions de foyers (comme l'affirme Hinkley Point C, EDF), il faudrait couvrir de panneaux solaires une superficie d'environ 28 350 acres (44,3 miles carrés).
En outre, les promoteurs affirment que le parc solaire de Cleve Hall réduirait les émissions de carbone du Royaume-Uni de 68 000 tonnes par an et générerait 1 million de livres par an pour les conseils du Kent et de Swale. Ainsi, puisque Hinkley C prétend réduire les émissions annuelles de CO2 de 9 millions de tonnes, il faudrait environ 132 parcs solaires de la taille de Cleve Hall pour obtenir la même réduction annuelle de CO2. De plus, il faudrait probablement remplacer 3 fois le parc solaire pendant la durée de vie de Hinkley C.
Le chiffre de 132 fermes solaires semble trop élevé. Nous pensons que la différence pourrait être due au fait que la ferme de Cleve Hall cite des tonnes d'émissions de carbone alors que Hinkley C cite des tonnes de CO2. Pour corriger, il est nécessaire de multiplier les émissions de carbone par 3,67 pour tenir compte des différences de poids atomique du carbone et de poids moléculaire du dioxyde de carbone. Si cette hypothèse est correcte, la ferme solaire de Cleve Hall permettrait d'économiser 68 000 x 3,67 tonnes de CO2 par an, soit 249 560 tonnes de CO2. Cela équivaudrait à 132 / 3,67 = 36 fermes solaires (9M/249 560) correspondant à 32 370 acres (51 miles carrés).
Nous avons utilisé trois estimations différentes et sommes arrivés à trois chiffres différents : 33 000, 28 350 et 32 370 acres, mais tous se situent dans la même fourchette. Sur la base des calculs ci-dessus, il faudrait environ 30 000 acres (65 miles carrés) de terres pour qu'une ferme solaire produise annuellement autant d'électricité que celle qui sera produite par Hinkley Point C. Ce chiffre est proche de la valeur de 50 fois plus de terres nécessaires à une ferme solaire par rapport à une centrale nucléaire, selon MacKay, pour qu'une ferme solaire produise la même quantité d'électricité qu'une centrale nucléaire.
Des discussions sont également en cours pour inclure l'une des plus grandes installations de stockage d'énergie au monde dans le projet de Cleve Hall. Bien que les détails du système de stockage n'aient pas été précisés, les médias rapportent qu'il pourrait être trois fois plus grand que le système lithium-ion utilisé par Tesla en Australie.
Un développement récent, réalisé par Oxford PV, consiste à recouvrir une cellule solaire traditionnelle de pérovskite. Cela améliore la conversion de l'énergie solaire en énergie électrique, car les cristaux de pérovskite sont capables d'absorber une gamme plus large du spectre solaire que le silicium traditionnel. Généralement, une cellule solaire en silicium est capable de convertir jusqu'à environ 22 % de l'énergie solaire disponible en électricité. Mais en juin 2018, la cellule solaire à pérovskite sur silicium d'Oxford PV a dépassé la cellule solaire au silicium seul la plus performante en atteignant un nouveau record mondial de 27,3 %. Cela devrait conduire à une amélioration des facteurs de capacité du solaire. Toutefois, le facteur de capacité étant une estimation pratique de l'énergie réelle produite sur une période donnée par rapport à la capacité de la plaque signalétique, il reste à voir quel sera l'effet des panneaux solaires à pérovskite sur silicium sur les facteurs de capacité du solaire.
Contributeurs
1. Duncan Roy, Lewes Green Party
2. Peter Vaughan, Parti vert de East Devon
3. Mark Yelland, Parti vert de Brighton & Hove