Facteur de charge (électricité)

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Le facteur de charge ou facteur d'utilisation[1] 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.
Le facteur de charge est souvent calculé sur une ou plusieurs années, mais rien n'empêche de le calculer sur des périodes différentes.
Il est généralement exprimé en pourcent, mais peut l'être en nombre d'heure équivalent pleine puissance en multipliant la valeur précédemment obtenue par la durée de la période (en heures). Il peut aussi être exprimé en watts (et ses multiples) en multipliant la valeur en pourcent par la puissance nominale de l'installation.

Plus la valeur du facteur de charge est élevée, plus l'installation considérée s'approche de sa capacité de production maximale. 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 notamment vrai pour les énergies intermittentes (énergie éolienne ou énergie solaire photovoltaïque par exemple).

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

Exemples de calcul[modifier | modifier le code]

Les exemples qui suivent sont fictifs. Ils ne visent qu'à expliciter la méthode de calcul évoquée en introduction.

Sur une centrale et une courte période[modifier | modifier le code]

Soit une centrale électrique d'une puissance de 1 000 MW (mégawatt) produisant 648 GWh (gigawattheures, qui vaut 1 000 mégawattheures) durant une période de 30 jours.

Le nombre de mégawattheures qu'elle aurait produits si elle avait fonctionné constamment à sa puissance nominale est obtenu en multipliant cette puissance nominale par le nombre d'heures de la période : \mathrm{1000\, MW * 30\, jours * 24\, heures/jour = 720,000\, GWh}.

Durant cette période, le facteur de charge de la centrale électrique considérée est donc de \mathrm{648,000\, GWh / 720,000\, GWh = 0,9}. Soit encore 90 % ou 648 heures équivalent plein puissance (\mathrm{0,9 * 30\, jours * 24\, heures/jour = 648\, heures} ).

Sur plusieurs centrales et plusieurs périodes longues[modifier | modifier le code]

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 nominale par la durée d'une année. Par exemple, la centrale 1 aurait pu produire jusqu'à \mathrm{120\, MW * 0,001\, GW/MW * 365\, jour/an * 24\, heure/jour =  1051\, GWh/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 :

\mathrm{\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[modifier | modifier le code]

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 - en l'absence de capacité de stockage - 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 (ex : précipitations variables pouvant influer la production hydroélectriques, selon la capacité-tampon du barrage) ;
  • les effets locaux d'intermittence de la source d'énergie par exemple pour l'énergie éolienne ou l'énergie solaire photovoltaïque.

Facteurs de charge typiques[modifier | modifier le code]

Voici quelques valeurs prises par le facteur de charge pour 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 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 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 %[2]
Éolienne pluri-annuelle 2009 - 2010 France 22 %[3]
Éolienne annuelle 2012 France 24 %[4]
Nucléaire pluri-annuelle 2005 - 2010 France 75 %[3],[5],[6],[7],[8],[9],[10]
Nucléaire annuelle 2007 Canada 75 %[11]
Solaire photovoltaïque pluri-annuelle 2003-2008 Europe 9 %[2]
Solaire photovoltaïque annuelle 2009 Monde 9 % à 20 %[12],[13]
Solaire photovoltaïque annuelle 2012 France 13 %[4]
Hydroélectrique pluri-annuelle 2003 - 2008 Europe 28 %[2]
Hydroélectrique (hors marémotrice) annuelle 2007 Canada 57 %[11]
Centrale thermique annuelle 2007 Canada 82 %[11]
Cycle combiné annuelle 2007 Canada 43 %[11]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Hydro-Québec, « Énergie éolienne : repères pour comprendre la complémentarité » (consulté le 5 août 2011)
  2. a, b et c (en) Energy - Yearly statistics 2008 (Eurostat) pages 9-22 pour l'Europe et 149-162 pour la France
  3. a et b Bilan électrique français 2010 (RTE)
  4. a et b [PDF] RTE, bilan énergétique 2012, facteurs de charge - pages 16 et 17 RTE, janvier 2013
  5. Bilan électrique français 2009 (RTE)
  6. Bilan électrique français 2008 (RTE)
  7. Bilan électrique français 2007 (RTE)
  8. Bilan électrique français 2006 (RTE)
  9. Bilan électrique français 2005 (RTE)
  10. L'évolution de la puissance électro-nucléaire française installée est la suivante : 2005 : 63260 MW, 2006 : 63260 MW, 2007 : 63260 MW, 2008 : 63260 MW, 2009 : 63130 MW, 2010 : 63130 MW
  11. a, b, c et d Statistique Canada, Production, transport et distribution d'électricité (au catalogue: 57-202-X), Ottawa, Statistique Canada,‎ avril 2009, 44 p. (ISSN 1703-2636, lire en ligne), p. 9-12
  12. (en) Massachusetts: a Good Solar Market : facteur de charge de 13 à 20 % aux États-Unis remenergyco.com, consulté en septembre 2013
  13. Le facteur de charge photovoltaïque peut varier de 9 à 20 % selon la localisation géographique de l’installation et son ensoleillement moyen.