Le nucléaire est-il flexible, round 2 : une montée en puissance de 21GW en 30 minutes sur le parc français ?

En octobre dernier, j'ai écrit un article sur la flexibilité du nucléaire et sa compatibilité avec un part importante d'énergies renouvelables intermittentes, j'y déplorais le peu de travaux existants sur le sujet. Depuis, la manoeuvrabilité du parc nucléaire français est devenue un sujet stratégique dans le débat sur la nouvelle PPE mais rares sont les nouvelles informations qui sont venue éclairer la discussion.
Lassé d'attendre, je vous propose ma propre estimation basée sur la production réelle des réacteurs français depuis 2011.

(Le volume des données ne permet pas, comme je le fais d'habitude, de les mettre dans une feuille de calcul accessible librement mais je les tiens à disposition des lecteurs courageux)


Selon EDF, la production nucléaire peut être modulée de 21.000MW en 30 minutes


Avant de commencer, signalons quand même une nouveauté : EDF avance désormais un chiffre. Selon l'entreprise "le parc nucléaire français est capable de moduler sa puissance de 21 000 MW en moins de 30 minutes". Cette évaluation a été reprise récemment par Dominique Miniere, le directeur du parc nucléaire et thermique d'EDF, dans un article publié par Bloomberg.
Malheureusement, dans les deux cas, aucune source n'est donnée à l'appui de ce chiffre, ni la moindre explication sur son origine. J'ai interrogé l'entreprise à ce sujet mais je ne suis pas parvenu à obtenir des précisions.

Il y a pourtant une première limite évidente à cette évaluation : le parc nucléaire français a une puissance maximale de 63.5GW, pour monter en charge de 21GW, il faut donc que sa production soit au départ inférieure à 42.5GW. Ce qui n'est le cas que 8 heures par jour en moyenne.
Même en supposant qu'il soit techniquement capable de fournir une rampe de 21GW en 30 minutes, vous avez 2 chances sur 3 que cette capacité ne soit pas disponible au moment où vous en avez besoin. Ce chiffre n'est donc pas représentatif de la marge de manoeuvre disponible sur le parc nucléaire français.


Sur 54.000 heures, la rampe maximum est de 5.35GW


Pour essayer de parvenir à une évaluation plus satsifaisante, j'ai utilisé les données de RTE qui met à disposition l'historique heure par heure de la production de chaque centrale électrique en France depuis décembre 2011. A partir de cette source j'ai reconstitué la production horaire du parc nucléaire français sur un peu plus de 6 ans.

Résultat : on est loin de 21GW en 30 minutes. Au cours de ces 6 années, la variation horaire maximale de la production nucléaire française est de -8.7GW, le 27 octobre 2013 à 2h du matin.
Dans le sens de la hausse, la rampe maximum observée depuis 2011 est de +5.35GW en une heure, le 2 janvier 2012 à 7h.

Il est intéressant de noter qu'une augmentation aussi rapide de la production nucléaire n'a rien d'ordinaire. En 6 ans, la production n'a augmenté de plus de 5GW en une heure que 2 fois et sur près de 54.000 heures de fonctionnement seules 88 ont vu une augmentation de plus de 3GW de la production nucléaire.


La production nucléaire française peut augmenter de 21GW... mais en 15 heures


Prenant le problème dans l'autre sens, j'ai écrit un petit programme pour chercher des exemples de montée en charge de 21GW ou plus afin de voir combien de temps avait été nécessaire.
Je n'ai trouvé qu'un seul cas : le 2 janvier 2012, la production est passée de 38.961GW à 4 heures du matin à 60.157GW à 18h, soit une hausse légèrement supérieure à 21GW en 15 heures.

Et là encore il s'agit d'un phénomène exceptionnel : après la journée du 2 janvier 2012, c'est le 2 janvier 2014 qui a connu la montée en puissance la plus importante avec 13.57GW en 8 heures.
Au total, seuls 11 jours sur les plus de 2200 analysés ont connu une hausse de la production nucléaire supérieure à 10GW. Dans la grande majorité des cas, elles se produisent dans la nuit de dimanche à lundi ou le lendemain d'un jour férié.

Ce graphe compare les 21GW en 30 minutes annoncés par EDF au record du 2 janvier 2012 et aux 10 autres montées en charge de 10GW ou plus intervenues depuis décembre 2011 :
Selon EDF la production nucléaire peut être modulée de 21 000MW en 30 minutes

On voit bien l'écart entre la promesse d'EDF et la réalité. On constate aussi que le record du 2 janvier 2012 est une exception qui n'a jamais été approchée depuis.
Alors oui : évidemment, ce n'est pas parce que la production nucléaire n'a jamais varié plus vite dans le passé qu'elle ne peut pas le faire demain. De la même façon le fait que je n'ai jamais couru un 100 mètre en moins de 14 secondes ne prouve pas que je ne pourrais pas battre Usain Bolt si je le voulais. En tous cas je trouve cette pensée réconfortante.

Plus sérieusement, que peut-on dire ?
Sur les dernières années, le parc nucléaire français a démontré en quelques occasions une flexibilité significative : sa production électrique peut augmenter jusqu'à 5GW en une heure et la montée en puissance peut dépasser une dizaine de gigawatts en 3 à 6 heures. Il serait ainsi faux de dire, comme le font certains opposants à l'atome, que le parc nucléaire n'offre aucune manoeuvrabilité mais le chiffre de 21GW en 30 minutes avancé par EDF semble exagéré.


Pourquoi la manoeuvrabilité du parc nucléaire est importante ?


Dans le cadre du débat sur la nouvelle PPE, le gouvernement a retenu deux scénarios : Ampère qui implique une baisse de 16.3GW du parc nucléaire français d'ici à 2035 et Volt qui conduit à une baisse de 9.8GW.
Dans les deux cas, le déclin du nucléaire est compensé par une forte progression du solaire et de l'éolien : en 2035, la puissance installée atteindrait 48GW pour le solaire et 60GW pour l'éolien dans le scénario Ampère, 36 et 50GW dans le scénario Volt.

Or il s'agit d'énergies intermittentes dont la production peut baisser indépendamment de la consommation d'électricité. Il existe plusieurs moyens pour compenser cette variabilité mais la plus simple reste d'assurer l'équilibre entre l'offre et la demande en faisant appel à d'autres moyens de production. Évidemment cela n'est possible que si on dispose de centrales électriques suffisamment souples.

Au regard de son fonctionnement passé et présent, il n'est pas du tout évident que le parc nucléaire français puisse tenir ce rôle, surtout s'il est réduit.
S'il n'y parvient pas, nous risquons d'être obligés de construire des centrales électriques thermique en appoint, donc voir nos émissions de gaz à effet de serre augmenter, ou bien de nous reposer sur l'importation d'électricité dans les périodes tendues. La question mérite donc d'être posée avec un peu de sérieux.

Publié le 13 février 2018 par Thibault Laconde



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10 commentaires :

  1. Quelques éclaircissements dans cette brochure publicitaire EDF: un des réacteurs de 1300 MW de la centrale de Golfech a été testé avec des variations de charge de 900 MW en 30 minutes (j'imagine que le test a été réalisé avec un suivi par toute une équipe d'experts, un combustible "neuf", tous les équipements de sécurité récemment testés, avec le doigt déjà posé sur le gros bouton rouge, et le masque à gaz sur le nez !).

    Ceci étant dit, chacun sait que plus un équipement est gros, plus il mettra de temps pour changer de régime, et plus augmente le risque de casse en cas de transitoires répétés. A un moment où on nous rabat les oreilles avec de soi-disant problèmes de taux de carbone dans les des cuves aciers et de microfissures, jouer à ce genre de jeux ne me semble pas très opportun !
    Enfin, la première question à se poser devrait être, pourquoi vouloir faire varier de manière aussi brutale l'allure de nos réacteurs ? On sait qu'on ne gagne pratiquement rien sur le combustible en baissant le régime et on sait qu'on met en danger la centrale ! La solution évidente est de baisser à la place la production photovoltaïque ou éolienne !
    Signé: papijo

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    1. Ce qui est intéressant, c'est qu'à priori aucune centrale gaz CCGT n'est techniquement capable de faire cette variation démontrée sur Golfech (je viens de vérifier il s'agit bien de rester à 25% puis passer à 100% rapidement, tout à fait le genre de chose qu'on ne peut pas faire avec une CCGT, quand on descend aussi bas, on est obligé d'éteindre).
      La centrale nucléaire sans combustion n'a pas les mêmes contraintes de rejet de pollution qu'une CCGT.

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  2. En effet on peut se demander d'où sort ce 21GW en 30mn.
    J'ose une hypothèse complètement absurde...
    1 - comme par un zeureux zazar, 21GW correspond à la puissance installée éolien + solaire.
    2 - en partant du constat des 900MW en moins de 30mn (cf. document indiqué par papijo, qui correspond à la courbe de charge de Golfesh 1 du 13/09/2015)
    Il suffit de faire le raccourci : on peut compenser les 21GW ci-dessus mentionnés en 30mn !
    En espérant que ce n'est pas le raisonnement d'EDF, sinon on est plutôt mal barré.

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  3. Sachant que la résilience des aciers diminue et se décale en température sous l'effet des radiations, l'age des centrales et la quantité de radiation cumulée joue forcément sur la variation de charge possible.
    Cet article du CEA l'explique (graphique en page 96) http://www.cea.fr/Documents/monographies/monographie-materiaux-du-nucleaire-outils-validation-experimentale.pdf.

    L'ASN et l'IRSN devrait également intervenir dans ce débat pour donner les limites de variation de charge à ne pas dépasser: centrale par centrale et en fonction de leur age.
    De plus à parc constant, cette capacité de variation de charge baisse chaque année.

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    1. Le cas de figure maximale traité est celui d'une injection de sécurité, l'arrivée brutale d'eau à température ambiante dans la cuve (la seule partie exposée à un flux d'électron significative), donc un écart de plusieurs centaine de degré en température.
      En comparaison, les écarts de température liés à la variation de charge sont bien moins violent et plus progressifs même dans le cas de figure envisagé ici.
      Bref votre inquiétude est hors sujet.

      Et votre interrogation sur le rôle de l'ASN et l'IRSN sans objet.

      Bien sûr que les règles de conduite de chaque réacteur sont validées par le régulateur, qui contrôle que la méthodologie utilisée par EDF pour évaluer si elle ne font courir aucun risque est correcte.

      Par contre l'évaluation en fonction de ces contraintes de ce qu'il est possible de faire en suivi de charge est derrière de la responsabilité de l'opérateur, et pas de l'autorité de sureté, ce n'est juste ni son rôle, ni sa compétence, ni sa responsabilité.

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  4. Je ne sais pas d'où sortent ces chiffres, mais votre analyse semble incomplète. Si on analyse le passé, la question est de savoir si on a déjà eu besoin de monter de 21 GW en 30 min. Si ce besoin n'a jamais été nécessaire, alors forcément le nucléaire ne l'a jamais fait.

    Pour reprendre votre parallèle avec le 100m, comment savoir votre temps sur 100m si vous ne l'avez jamais couru ?

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  5. Ce qui voudrait dire qu'EDF communique sur quelque chose qui est pour l'instant complètement inutile.

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  6. Aujourd'hui des variations tout à fait aussi rapides que ce que EDF se fixe ici comme objectif sont très régulièrement réalisées par le parc de centrales charbon allemand (mais pas lignites dont la production est plus rigide).

    Pourtant je suis certain que si vous aviez pris l'ensemble des données de production d'il y a 10 ans vous n'auriez jamais trouvé un seul cas où la production aurait varié de cette manière, tout simplement parce que ça n'était pas nécessaire, parce ça a un coût, parce que des investissements ont été réalisés pour le faciliter.

    On n'oubliera pas qu'à la base le principe technique de production d'une centrale au charbon est le même que celui d'une centrale nucléaire.

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    1. Quitte à me répéter, tout le monde sait (même moi qui suis pourtant un défenseur du nucléaire !) que jouer avec ces variations brutales d'allure se fait au détriment de la tenue des matériels, et dans le cas du nucléaire surtout ne permet aucune économie de combustible !

      A une époque où on nous parle sans arrêt du principe de précaution pourquoi tolère-t-on de jouer ainsi avec le danger ? Est-ce simplement pour le plaisir de voir tourner les éoliennes, pour ne pas démontrer à chacun, que finalement ... on n'a absolument pas besoin d'elles ? Faut-il violer N. Hulot pour lui faire reconnaître çà ?
      Signé: papijo

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  7. En fait le scénario ne sera ni Ampère ni Volt: ce sera celui du marché et des prix.
    Sans subventions le solaire sur grandes installations est à 55,3€ du MWh (dernier appel d'offre selon la CRE).
    Aujourd'hui le solaire est moins cher même avec un tarif pour les gros consommateurs.
    Le seul obstacle, c'est la limite des 100 kWc pour l'auto consommation. On comprend la réticence des gouvernements à ne pas permettre à de grosses installations de ne pas payer de taxes sur l'électricité auto consommée. Il y aura forcément un accord dans les années à venir.

    Ce qui veut dire que PPE ou pas, qu'on soit pour ou contre le solaire ou l'éolien, ça n'a plus d'importance: c'est comme nier l'importance d'internet dans notre vie quotidienne.

    Il faudra s'adapter, changer profondément la tarification d’accès au réseau, changer le coût de l'électricité par pas horaire en fonction de la consommation.
    Ce n'est pas pire que de passer de la lettre papier à l'email.

    La production d'électricité et son stockage sont en train de revenir aux entreprises, aux collectivités et aux citoyens.
    Les premières manufactures avaient des machines à vapeur, puis est venu le temps de la centralisation de la production électrique. Il prend fin.
    On est sur une rupture technologique comme la téléphonie mobile ou internet.


    Si la production d'énergie se décentralise, il restera quand même aux politiques la responsabilité d'éviter le black out. Si le nucléaire le peut tant mieux: mais avec un facteur de charge qui va chuter dans les années à venir, la question va tourner autours du coût.

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