Facteur de charge (électricité)

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Le facteur de charge ou facteur d'utilisation d'une centrale électrique est le rapport entre l'énergie électrique effectivement produite sur une période donnée et l'énergie qu'elle aurait produit si elle avait fonctionné à sa puissance nominale durant la même période. Bien qu'il soit souvent calculé sur une ou plusieurs années, rien n'empêche de le calculer sur des périodes différentes. On l'exprime généralement en pourcent, mais on parle aussi en nombre d'heure équivalent pleine puissance en multipliant la valeur précédemment obtenue par la durée de la période (en heures). Pour finir, il est aussi exprimé en Watt (et ses multiples) en multipliant la valeur en pourcent par la puissance nominale de l'installation.

Plus la valeur du facteur de charge est importante, plus l'installation considérée s'approche de sa capacité de production maximale. Bien que théoriquement le facteur de charge peut prendre toutes les valeurs de 0 à 100%, en pratique il ne sera jamais de 100%, ni de 0% (la centrale n'aurait alors rien produit durant toute la période de calcul).

Le facteur de charge varie fortement selon le type d'énergie primaire, selon la conception de l'installation et selon l'usage que l'on en fait. La longueur de la période de temps prise en compte pour le calcul influence également la valeur du facteur de charge. Ceci est d'autant plus vrai pour les énergies intermittentes, comme l'énergie éolienne ou l'énergie solaire photovoltaïque.

Le facteur de charge ne doit pas être confondu avec la disponibilité.

Exemples de calcul

Les exemples qui suivent sont fictifs, ils ont pour seul but d'expliciter la méthode de calcul évoquée en introduction.

Sur une centrale et une courte période

Soit une centrale électrique d'une puissance de 1000 MW (megawatt) produisant 648 GWh (gigawattheures = 1000 megawattheures) durant une période de 30 jours.

Le nombre de MWh qu'elle aurait produit si elle avait fonctionné constamment à sa puissance nominale est obtenu en multipliant cette puissance nominale par le nombre d'heures de la période : 1000MW * 30jour * 24heure / jour = 720000MWh.

Durant cette période, le facteur de charge de la centrale électrique considérée est donc de 648000MWh / 720000MWh = 0,9. Soit encore 90% ou 648 heures équivalent plein puissance (0,9 * 30jour * 24heure / jour = 648heures).

Sur plusieurs centrales et plusieurs périodes longues

Voici la description et l'historique de production d'un parc de centrales électriques (toutes alimentées par une même énergie primaire) :

	Puissance nominale	Production année 1	Production année 2	Production année 3	Production années 1 à 3
Centrale 1	120 MW	750 GWh	810 GWh	860 GWh	2420 GWh
Centrale 2	230 MW	1720 GWh	1560 GWh	1650 GWh	4930 GWh
Centrale 3	90 MW	370 GWh	640 GWh	450 GWh	1460 GWh
Total	440 MW	2840 GWh	3010 GWh	2960 GWh	8810 GWh

On obtient l'énergie maximale que chaque centrale aurait pu produire sur une année en multipliant sa puissance par la durée d'une année. Par exemple, la centrale 1 aurait pu produire jusqu'à 120MW * 0,001GW / MW * 365jour / an * 24heure / jour = 1051GWh / an.

Reste ensuite à diviser la production réelle par la production maximale théorique. Ce qui donne par exemple pour la centrale 1, de l'année 1 à 3 :

$\frac {2420 GWh}{3 an*1051 GWh/an}= 76,4%$.

Le tableau suivant résume les facteurs de charge que l'on obtient avec les chiffres du tableau précédent.

	Année 1	Année 2	Année 3	Années 1 à 3
Centrale 1	71,3 %	77,1 %	81,8 %	76,7 %
Centrale 2	85,4 %	77,4 %	81,9 %	81,6 %
Centrale 3	46,9 %	81,2 %	57,1 %	61,7 %
Total	73,7 %	78,1 %	76,8 %	76,2 %

Si l'on ne doit retenir qu'une valeur représentative de la production de l'ensemble du parc sur plusieurs années, c'est peut-être le 76,2 % (en bas à droite dans le tableau).

Causes de variation du facteur de charge

En pratique, sur des échelles de temps relativement longues, le facteur de charge n'est jamais de 100%. Il est diminué par :

• Les opérations de maintenance, les défaillances plus ou moins longues d'équipements, etc.
• L'absence de demande d'électricité qui oblige les gestionnaires de réseau à demander la diminution de la production.
• Le type d'usage qui est fait de l'énergie produite : production de base ou de pointe.
• les variations de flux de la source d'énergie (précipitations variables dans le cas des barrages)
• L'intermittence de la source d'énergie comme c'est par exemple le cas pour l'énergie éolienne ou l'énergie solaire photovoltaïque.

Facteurs de charge typiques

Voici quelques valeurs prises par le facteur de charge sur des installations existantes.

Du fait de la montée en puissance rapide de l'éolien et du solaire photovoltaïque ces dernières années, les calculs sur une échelle de temps longue ne peuvent pas être précis car il est difficile d'obtenir des données détaillant l'évolution temporelle fine de la puissance installée et de la production, mais faire les calculs en supposant une puissance annuelle constante donne toutefois un ordre de grandeur. Les chiffres du nucléaire et de l’hydraulique sont plus fiables car la taille du parc installé en Europe est relativement stable.

Type d'énergie	Type d'échelle de temps	Échelle de temps	Échelle géographique	Valeur du facteur de charge
Éolienne	pluri-annuelle	2003 - 2008	Europe	20 %
Éolienne	pluri-annuelle	2003 - 2008	France	19%
Éolienne	pluri-annuelle	2009 - 2010	France	22 %
Nucléaire	pluri-annuelle	2005 - 2010	France	75 %,,,,,,
Nucléaire	annuelle	2007	Canada	75 %
Solaire photovoltaïque	pluri-annuelle	2003-2008	Europe	9%
Solaire photovoltaïque	pluri-annuelle	2003-2008	France	7%
Solaire photovoltaïque	annuelle	2010	France	9%
Hydroélectrique	pluri-annuelle	2003 - 2008	Europe	28%
Hydroélectrique (hors marémotrice)	annuelle	2007	Canada	57 %
Centrale thermique	annuelle	2007	Canada	82 %
Cycle combiné	annuelle	2007	Canada	43 %

Voir aussi

• Énergie intermittente
• Stockage d'énergie