Facteur de charge (électricité)

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 produite 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 pourcentage, mais peut l'être en nombre d'heure équivalent pleine puissance (hepp) en multipliant la valeur précédemment obtenue par la durée de la période (en heures), la période prise étant souvent annuelle. Il peut aussi être exprimé en watts (et ses multiples) en multipliant la valeur en pourcentage 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.

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, qui est une proportion supérieure.

Définition

Le facteur de charge ou facteur d'utilisation est le rapport entre l'énergie électrique produite pendant une période donnée (année, mois, durée de vie de la centrale, etc) et l'énergie qui aurait été produite si cette installation avait été exploitée pendant la même période, en continu, à sa puissance nominale.

Aux États-Unis, selon les circonstances, deux notions différentes sont utilisées : « en:capacity factor », correspondant à la notion de facteur de charge, et « load factor », qui est obtenu en divisant la production constatée par la puissance maximale atteinte (puissance de pointe) sur la période concernée. Ceci peut entrainer des confusions et des interprétations erronées.

Exemples de calcul

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

Soit une centrale électrique d'une puissance nominale 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 : $\mathrm {1000\,MW*30\,jours*24\,heures/jour=720000\,MWh}$.

Durant cette période, le facteur de charge de la centrale électrique considérée est donc de $\mathrm {648000\,MWh/720000\,MWh=0,9}$. 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

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

En pratique, sur une année, le facteur de charge est diminué par des réductions de la production d’électricité causées par :

• le caractère intermittent de la source d'énergie (éolien, solaire, hydraulique au fil de l'eau) ;
• les opérations de maintenance, par exemple les arrêts de tranche des réacteurs nucléaires au cours desquels sont effectués le rechargement du combustible, divers tests de sécurité, réparations, et inspections de l'ASN ;
• les pannes d'équipements ;
• les variations de la demande d'électricité qui, en l'absence de capacité de stockage, amènent les gestionnaires de réseau à solliciter les producteurs d’électricité pour faire du suivi de charge afin d’adapter la production.

Facteurs de charge typiques

Voici quelques valeurs prises par le facteur de charge pour des installations existantes :

Type d'énergie	Période	Zone géographique	Facteur de charge
Solaire photovoltaïque	2015	Monde	6 % à 21 %
Solaire photovoltaïque	2015	Europe	11 %
Solaire photovoltaïque	2019	États-Unis	24,5 %
Solaire photovoltaïque	2015	Chine	15 %
Solaire photovoltaïque	2019	France	13,5 %
Éoliennes terrestres	2019	Europe	24 %
Éoliennes en mer	2019	Europe	38 %
Éolienne	2019	France	24,7 %
Éolienne	2019	États-Unis	34,8 %
Hydroélectrique	2003 à 2008	Europe	28 %
Cycle combiné	2007	Canada	43 %
Hydroélectrique (hors marémotrice)	2007	Canada	57 %
Nucléaire	2012 à 2015	France	74,2 %
Nucléaire	2019	France	68,6 %
Nucléaire	2019	États-Unis	93,5 %
Nucléaire	2007	Canada	75 %
Centrale thermique	2007	Canada	82 %

La montée en puissance rapide des parcs éolien et photovoltaïque ces dernières années rend les calculs à long termes pour un parc national imprécis, par manque de données sur l'évolution temporelle fine de la puissance installée et de la production sur ce territoire. Des calculs supposant une puissance annuelle constante donne néanmoins un ordre de grandeur. Les chiffres du nucléaire et de l’hydraulique en Europe sont plus fiables, car la taille du parc installé est relativement stable.

L'Energy Information Administration américaine compare en 2015 les facteurs de charge des divers moyens de production d'électricité dans les différentes régions du monde sur la période 2008-2012 : le facteur de charge du solaire photovoltaïque varie de 6 % au Canada à 21 % en Inde en passant par 15 % aux États-Unis et en Chine et 11 % dans les pays européens membres de l'OCDE ; le facteur de charge de l'éolien varie de 17 % à 30 % (États-Unis : 27 %, Chine : 18 %, Europe OCDE : 22 %).

Certaines centrales thermiques peuvent atteindre, sur la durée d’une année, un facteur de charge supérieur à 100 % ; dans ce cas la centrale a délivré sur le réseau plus d’énergie électrique que si elle avait fonctionné à puissance nominale toute l’année. En effet, la puissance nominale est la plupart du temps^{Interprétation abusive ?} déterminée pour des températures estivales où la capacité est plus faible à cause de la température plus élevée de la source froide, ce qui dégrade le rendement thermique et donc la puissance délivrée (par contre, en hiver la température de la source froide est plus faible donc le rendement thermique est meilleur et la capacité maximale peut dépasser la capacité nominale déterminée en été). Cette méthode de calcul de la puissance nominale garantit que cette puissance puisse être atteinte quelles que soient les conditions météorologiques prises en compte sur le site concerné (été comme hiver).

voir aussi

Articles connexes

• énergie
• production d'électricité
• Énergie renouvelable
• Stockage d'énergie

Liens externes

• Qu'est-ce que le facteur de charge? sur connaissancedesenergies.org