Électricité, production d'

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Électricité, production d'

Au Canada, l'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE est générée de deux façons : par le procédé hydraulique, qui exploite l'énergie de l'eau en mouvement, et par le procédé thermique, qui exploite la vapeur produite par le chauffage de l'eau. Le procédé thermique traditionnel repose sur l'utilisation des produits du CHARBON et du PÉTROLE, tandis que le procédé thermique nucléaire repose sur la fission thermonucléaire de l'URANIUM (voir ÉNERGIE NUCLÉAIRE). Le Canada possède d'abondantes réserves de la plupart des ressources nécessaires à la production d'électricité et figure parmi les pays où la production et la consommation d'électricité par habitant sont les plus élevées.

En 1994, la puissance installée de production d'électricité au Canada atteignait 114 gigawatts (1 GW = 10⁹ W) dont 56 p. 100 provenaient de l'HYDROÉLECTRICITÉ, 18 p. 100 du charbon, 14 p. 100 du nucléaire, 7 p. 100 du pétrole, 4 p. 100 du gaz naturel et 1 p. 100 d'autres sources. La puissance installée correspond à la quantité d'énergie maximale qui serait produite si toutes les centrales fonctionnaient simultanément à plein régime.

La production réelle dépend de la durée de fonctionnement de chaque centrale et de la charge (appareils électriques, moteurs, etc.) alimentée par le système. Les services publics d'électricité (voir ÉLECTRICITÉ, SERVICES PUBLICS D') produisent de 10 à 25 p. 100 plus de puissance que celle qu'exige la charge maximum prévue. Cette réserve sert à répondre à la demande dans les cas d'urgence et lorsque le fonctionnement est interrompu par les travaux de maintenance. En 1994, la production réelle totale du Canada était de 533 508 GWh. De ce total, 61 p. 100 provenaient de l'hydraulique, 19 p. 100 du nucléaire, 15 p. 100 du charbon, 3 p. 100 du gaz naturel, 1 p. 100 du pétrole et 1 p. 100 d'autres sources. La différence entre la capacité des différentes sources et la production réelle (c'est-à-dire que les productions hydraulique et nucléaire sont proportionnellement plus élevées que la production des combustibles fossiles) découle de l'aspect économique de la production électrique et des impératifs de CONSERVATION qui visent à restreindre la production thermique à partir du pétrole.

Production hydroélectrique

Les centrales hydroélectriques transforment l'énergie des RIVIÈRES en électricité qui alimente les industries, les commerces et les foyers. Bien que la construction d'un barrage nécessite un investissement considérable, cette méthode offre des avantages importants : aucune pollution, exploitation d'une source d'énergie renouvelable et aucun combustible coûteux. Les principales centrales hydrauliques du Canada et leur puissance installée sont les suivantes : LG-2, sur la rivière La Grande (Québec), 5328 MW; Chutes Churchill, sur la rivière Churchill (Labrador), 5225 MW et Gordon M. Shrum, sur la rivière de la Paix (Colombie-Britannique), 2416 MW. La centrale LG-4, construite sur la rivière La Grande en 1986, offre une capacité de production de 2650,5 MW.

Production thermique

Les centrales thermiques utilisent l'énergie calorifique des combustibles fossiles ou de l'uranium pour produire de la vapeur, qui actionne une turbine à vapeur reliée à une génératrice. En plus des combustibles nécessaires, une centrale thermique doit disposer d'une source d'alimentation en eau pour refroidir et condenser la vapeur d'échappement de la turbine afin qu'elle puisse servir de nouveau dans le cycle de génération de vapeur. Les centrales thermiques traditionnelles requièrent une mise de fonds relativement peu élevée mais sont coûteuses à exploiter. Les désavantages qui leur sont associés sont la pollution produite par le rejet des gaz de combustion (voir PLUIES ACIDES, POLLUTION DE L'AIR) et leur faible rendement. Le rendement de toute machine utilisant la chaleur est limité. Ce principe est illustré par le cycle de Carnot sur la thermopropulsion, selon lequel moins de 40 p. 100 de l'énergie calorifique du combustible se transforment en électricité, le reste se perdant en chaleur résiduelle.

Plusieurs projets de recherche sont en cours pour trouver des moyens d'utiliser cette chaleur résiduelle en agriculture, dans l'AQUACULTURE et dans l'industrie. Au Canada, les principales centrales thermiques alimentées au charbon sont celles de Nanticoke (Ontario), 4000 MW; de Lakeview, (Ontario), 2400 MW; de Lambton (Ontario), 2000 MW et de Sundance (Alberta), 2200 MW. En Ontario, une centrale alimentée en partie au gaz et en partie au charbon, la Richard L. Hearn, a été fermée, tout comme la centrale au pétrole de Lennox (2295 MW).

Une CENTRALE NUCLÉAIRE est une centrale thermique qui exploite une réaction nucléaire pour produire de la vapeur, qui sert ensuite à actionner une turbine à vapeur traditionnelle. Par contre, du point de vue économique, elle exige un investissement beaucoup plus important et sa construction est beaucoup plus longue que dans le cas d'une centrale traditionnelle. La complexité des centrales nucléaires contribue aussi à l'augmentation des coûts d'exploitation.

Ces dépenses sont toutefois compensées par le prix peu élevé du combustible et l'absence de pollution atmosphérique, facteurs qui rend intéressante la production d'énergie nucléaire avec le système canadien CANDU dans certaines régions du pays, comme en Ontario et dans les Maritimes. Des inquiétudes persistent au sujet du stockage à long terme du combustible radioactif épuisé. Les principales centrales nucléaires au Canada sont celles de Bruce A et B, (6400 MW) et de Pickering A et B (4300 MW). La centrale de Darlington (Ontario) est une centrale nucléaire de 4 unités qui offrait une puissance installée de 3600 MW à la fin de sa construction en 1992.

Contrairement à la plupart des autres formes d'énergie, l'électricité ne peut pas être emmagasinée de manière économique en grande quantité. Il faut plutôt emmagasiner l'énergie dans le combustible ou l'eau qui se trouve au-dessus du niveau des barrages hydroélectriques et adapter la production à la demande. Comme celle-ci fluctue de façon importante selon l'heure, la saison et l'activité économique en général, le nombre de génératrices en marche et la charge de chacune des centrales varient.

Afin de mieux satisfaire à cette demande changeante, il faut deux types de centrales : l'une pour répondre à la charge de base et l'autre pour répondre à la charge de pointe. La charge de base correspond à la demande de puissance minimale, tandis que la charge de pointe correspond à la demande de puissance maximale. Les centrales thermiques sont plus aptes à satisfaire la charge de base car elles sont longues à réchauffer et à mettre en service, et qu'elles fonctionnent plus efficacement à charge constante. Les centrales nucléaires offrent un autre avantage pour répondre à la charge de base parce qu'elles exigent un investissement initial élevé et que les coûts du combustible sont peu élevés; elles sont donc plus économiques lorsqu'elles fonctionnent à haut régime de façon constante.

Les centrales hydroélectriques peuvent être conçues comme des centrales de base ou de pointe en fonction du rapport qui existe entre la capacité de production et la vitesse du courant et la capacité du barrage. Lorsqu'une centrale hydraulique est exploitée parallèlement à une centrale thermique, c'est la centrale hydraulique qui joue le rôle de la centrale de pointe, car elle peut entrer en service rapidement. Les turbines à gaz conviennent aussi à la production de pointe puisqu'elles démarrent rapidement, qu'elles exigent un investissement initial minime et qu'elles utilisent un combustible dont le prix est élevé.

L'emplacement d'une centrale d'énergie électrique représente toujours un compromis entre les villes à desservir et la source d'énergie, car plus la ligne de transport est longue, plus le coût réel de la centrale est élevé. L'emplacement d'une telle centrale doit comporter une base solide pour le barrage et un relief qui permette d'en réduire la taille ainsi que celle des structures régulatrices. Il faut aussi prendre en considération les conséquences possibles d'un débordement. Pour les centrales thermiques, le point essentiel reste la disponibilité de l'eau de refroidissement. La proximité d'une source de combustible ou d'un moyen de transport bon marché sont les facteurs importants dans le choix de l'emplacement d'une centrale alimentée au charbon, car l'électricité coûte moins cher à transporter que le charbon. La question de la sécurité de la population avoisinante peut influer sur le choix de l'emplacement d'une centrale nucléaire.

L'utilisation des diverses sources de production électrique varie considérablement selon les régions du pays. En 1980, presque toute l'électricité de Terre-Neuve, du Québec, du Manitoba, de la Colombie-Britannique et du Yukon provenait de l'énergie hydraulique; celle de la Nouvelle-Écosse, de la Saskatchewan et de l'Alberta provenait du charbon; celle du Nouveau-Brunswick, de l'Île-du-Prince-Édouard et des Territoires du Nord-Ouest provenait du pétrole. Les centrales nucléaires fournissaient environ 28 p. 100 de l'électricité en Ontario, suivant de près l'énergie hydraulique et le charbon. La production nucléaire a commencé au Nouveau-Brunswick en 1983.

Substituts

Un nombre important de nouvelles méthodes de production sont présentement étudiées. Parmi celles-ci, on compte l'ÉNERGIE MARÉMOTRICE, l'ÉNERGIE ÉOLIENNE, l'ÉNERGIE SOLAIRE photovoltaïque, l'énergie thermique des mers, l'ÉNERGIE DES VAGUES OCÉANIQUES, l'ÉNERGIE GÉOTHERMIQUE, les générateurs magnétohydrodynamiques, l'énergie provenant de la FUSION NUCLÉAIRE, les petits barrages hydroélectriques peu élevés et les centrales thermiques alimentées par la biomasse (voir BIOMASSE, ÉNERGIE DE LA) et la TOURBE. La coproduction, soit la production de chaleur et aussi d'électricité, peut augmenter de façon notable la rentabilité des centrales thermiques.

Deux de ces substituts sont actuellement à l'essai à petite échelle : les éoliennes à axe vertical et l'énergie marémotrice. Il faudra cependant quelques années avant qu'elles ne représentent une solution de remplacement aux sources exploitées aujourd'hui. Le Canada participe de façon limitée aux recherches sur la fusion nucléaire, car celle-ci ne devrait pas être disponible pour la production commerciale d'électricité avant plusieurs décennies.