Production d'électricité

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Un turbogénérateur.

La production d'électricité est essentiellement un secteur industriel, destiné à mettre à disposition de l'ensemble des consommateurs la possibilité d'un approvisionnement adapté à leurs besoins en énergie électrique.

La production d'électricité se fait depuis la fin du XIX^e siècle à partir de différentes sources d'énergies primaires. Les premières centrales électriques fonctionnaient au bois. Aujourd'hui, la production peut se faire à partir d'énergie fossile (charbon, gaz naturel ou pétrole), d'énergie nucléaire, d'énergie hydroélectrique, d'énergie solaire, d'énergie éolienne et de biomasse.

Les moyens mis en œuvre sont diversifiés, et dépendent de nombreux facteurs :

les techniques disponibles ;
la réactivité de mise en œuvre ;
la production nécessaire ;
le rendement possible ;
les coûts d'investissement, d'exploitation et de déconstruction ;
le coût des éventuelles matières premières ;
la disponibilité locale de ces matières premières ou les moyens d'acheminement ;
les impacts écologiques occasionnés ; etc.

Aperçu général

Production d’électricité annuelle dans le monde (1980-2008)
Production annuelle totale.
Production par des énergies renouvelables.

Enjeux environnementaux

L'électricité est communément présentée comme une "énergie propre". En effet les équipements l'utilisant n'émettent aucun gaz polluant ni gaz à effet de serre directement du fait de l'utilisation de l'énergie électrique.
Toutefois l'électricité n'est pas une énergie disponible naturellement sur Terre ; elle est donc produite par conversion d'autres formes d'énergie en énergie électrique.
Or la plupart des processus de production d'électricité, et en particulier ceux les plus répandus au début du XXI^e siècle, ont des effets néfastes sur l'environnement :

Les centrales thermiques rejettent des oxydes de soufre, d'azote et des suies et surtout émettent d'importantes quantités de CO₂ (principal gaz à effet de serre) ;
Les centrales nucléaires produisent des déchets radioactifs dont la durée de vie peut dépasser le millénaire ;
Les grands barrages hydroélectriques (Cf. Barrage des Trois-Gorges en Chine) modifient profondément les écosystèmes ;
Les éoliennes défigureraient, aux yeux de certains, les paysages.

L'électricité, comme toutes les formes ou vecteurs énergétiques, génère donc des impacts environnementaux, économiques et sociaux que l'on cherche à limiter. Un des enjeux admis pour le XXI^e siècle est celui d'une production à partir de ressources propres, sûres et renouvelables. Dans ce contexte, certains États mettent en place des politiques environnementales, comme le paquet énergie-climat en Europe, visant à inciter les producteurs d'électricité à réduire leurs émissions de gaz à effet de serre et donc leurs contributions directes ou indirectes au dérèglement climatique.

Techniques de production d'électricité

Techniques largement utilisées

Barrage hydroélectrique
Centrale hydroélectrique (Énergie hydroélectrique)
Centrale nucléaire (Énergie nucléaire)
Centrale au charbon (Énergie thermique)
Centrale au fioul (Énergie thermique)
Centrale thermique au gaz (Énergie thermique)
Éolienne (Énergie éolienne)

Techniques nouvelles

Panneau solaire (radiation solaire) (voir aussi Centrale solaire photovoltaïque et Centrale solaire thermodynamique)
Centrale géothermique (Géothermie)
Biomasse
Force de la gravité hors barrage

Techniques en développement

Four solaire (Énergie solaire)
Usine marémotrice (Énergie marémotrice)
Centrale nucléaire (Fission nucléaire)
Hydrolienne (Force des courants marins)
Énergie maréthermique
Énergie des vagues
Tour solaire
Énergie osmotique
Gazéification de biomasse
Thermoélectricité

La production

La plupart du temps, l'électricité est produite à partir d'une source de chaleur, en utilisant la vapeur d'eau comme colporteur d'énergie. La vapeur fait tourner des turbines qui sont couplées à des générateurs électriques. La vapeur peut être produite en utilisant la plupart des sources d'énergie. Les énergies hydrauliques et éoliennes étant des exceptions puisque c'est la force de l'eau et du vent en déplacement qui produit un travail directement dans une turbine couplée à un générateur.

Les centrales nucléaires utilisent souvent un circuit primaire et secondaire de vapeur, afin d'isoler physiquement le réacteur nucléaire de la salle des générateurs et du reste des installations.

De petites installations (brûlant habituellement du gaz naturel) combinent la génération d'électricité et de chaleur (pour le chauffage domestique ou pour des processus industriels). Ces centrales électriques combinées ont le meilleur rendement, après les centrales hydroélectriques. Cette technique porte le nom de cogénération.

Il existe aussi des CCC (centrale à cycle combiné), qui pour être plus efficientes, et donc moins polluantes par kilowatt-heure produit utilisent l'énergie calorifique résiduelle des gaz d'échappement de la turbine à gaz pour produire de la vapeur utilisée dans une turbine à vapeur entraînant un second alternateur.

Des expériences sont en cours pour utiliser la géothermie pour produire de l'électricité en creusant à très grande profondeur dans des roches dures, ce qui permet de réchauffer un fluide caloporteur alimentant en vapeur une turbine (via une pompe à chaleur quand la température est trop faible).

Tous les véhicules automobiles non électriques utilisent un petit alternateur couplé mécaniquement au moteur principal pour une génération locale d'électricité basse tension, une batterie d'accumulateur le remplace pendant l'arrêt du moteur principal.

Des unités d'appoint ou de secours, appelées groupes électrogènes permettent une fabrication d'électricité ponctuelle, ils utilisent tous un moteur à explosion pour entraîner la génératrice.

Il existe des groupes transportables pour une utilisation des outils électriques hors des lieux électrifiés.
De gros générateurs sont utilisés pour pallier une rupture de fourniture toujours possible du fournisseur d'électricité. Les hôpitaux, certains services publics et, les grandes entreprises ne pouvant supporter un arrêt brutal de leurs processus industriels possèdent des groupes électrogènes à démarrage automatique.

Les États-Unis en particulier comptent beaucoup sur les combustibles fossiles pour l'électricité (pétrole, gaz naturel, charbon). Les complexités de sécurité liées à l'énergie nucléaire font qu'aucune centrale nucléaire ait été construite depuis les années 1970 (à la suite de l'accident nucléaire de Three Mile Island).

Planification et régulation de la production

Les différents moyens peuvent être activés selon les pics de consommation prévus (en particulier en fonction des facteurs climatiques) ou statistiques. Par exemple, une centrale nucléaire produit de très grandes quantités d'électricité (de 900 à 1 450 MW en comparaison avec un barrage hydro-électrique, mais il faut plusieurs jours pour démarrer une centrale nucléaire à l'arrêt, alors qu'il ne faut que quelques heures pour une centrale thermique et quelques minutes ou secondes pour une centrale hydroélectrique.

En conséquence, un plan journalier de production d'énergie est établi par les fournisseurs d'électricité. Les centrales thermiques sont en service permanent ou saisonnier (ce qui signifie que certaines sont mises à l'arrêt en été), alors que les centrales hydro-électriques sont activées ou non en fonction du plan de production.

Régulation dans le monde

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Depuis plusieurs années, une table ronde réunissait annuellement les régulateurs des États-Unis et l'association des régulateurs de l'Union européenne (CEER), puis en 2006 une plate-forme de partage a été créée sur l'Internet^[1] par les régulateurs de l'énergie.

En octobre 2009, 200 régulateurs de l'énergie et 11 associations régionales ont créé une « Confédération international des régulateurs de l'énergie » (ICER)^[2] pour échanger sur les « bonnes pratiques » concernant les questions liées à la régulation de l'énergie.

Quatre thèmes et groupes de travail ont été retenus :

Sécurité de l'approvisionnement ;
Changement climatique (les G8 des ministres de l'énergie, à Rome en mai 2009, a demandé aux régulateurs de se coordonner pour une meilleure adaptation aux dérèglements climatiques) ;
Compétitivité et accessibilité ;
Meilleures pratiques et formation.

La confédération est en 2009 présidée par Lord John Mogg, directeur du régulateur de l'énergie britannique (OFGEM). Elle devrait travailler sur la base d'enquêtes et d'études et prendre des positions.

Origine de la production dans le monde en 2010