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Scénarios énergétiques• Scénarios globaux OCDE/IEA : WEO 2011 Greenpeace Energy (R)evolution• Scénarios français CAS / De Perthuis Negawatt• Les limites de l’approche par scénario

Michel ArmatteCentre A. Koyré

Avertissement :1. Ce document mélange les langues françaises et anglaises selon les documents sources analysés2. Le but de l’opération est triple-Cadrer la question quantitativement-Tester la faisabilité d’une comparaison-Evaluer les bénéfices et les limites d’une approche par les scénarios énergétiques

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1. Scénarios énergétiques de l’AIE

Word Energy Outlook (WEO 2008)– Scénario de référence à 2030 (ScR) 1000 ppm, 6°– Scénario 550 ppm , 3°.– Scénario 450 ppm, 2°

de l’Energy Technology Perspectives (ETP 2008)– Scénario ACT Map (« d’Accélération technologique », 450 ppm)– Scénario Blue Map (division par deux des émissions)

(WEO 2011) Projection à 2035– Scénario Current Policies (CPS) : politiques validées et

engagées– Scénario New Policies (NPS) dit « central » : politiques

déclarées – Scénario 450 ppm (Limitation à 2° proba 0,5)

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WEO 2011 NPS : Hypothèses

Population : Croissance 6,8 b 2009->8,6b 2035 =0,9%/an (OECD 0,4%, Non OCDE 1,1%)

Urbanization : world (50%->61%) Eu (74%-82%) Chine (46%-65%) GdP : 3,6%/An (Eu 1,9%,OECD 2,2% Non OCDE 4,9%) Prix énergie exogènes mais révisés par itération offre-demande :

oil (barrel): 30$2010 1990-2000, 78$2010 en 2010 et 120$2010 en 2035 (NPS) et stable 97$2010(450S); gas indexed on oil and differents for each region.

CO2 Prices (ETS or shadow prices) : 45$, Chine 10->30 $. Technological Development : no new technologies (except C02

Capture in 450S) but existing end-use technologies become more energy efficient.

Politics : More than 3000 politics are considered : Cancun and G20

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Le modèle WEM-ECO de l’AIE modèle hybride 1: WEM

« bottom-Up : représentation réaliste des filières mais pas des conditions macro et micoéconomiques des évolutions. Markal (optimisation); Modèle WEM (AIE 1993) + IEA database. Modèle de simulation pas à pas, 21 régions, projection à moyen terme des demandes et offres d’énergie (6 modules)

– Entrée : croissance PIB, Démographie, variables d’activité, prix de l’énergie, paramètres sectoriels (IAE Data base)

– 1. Module demande finale (6 énergies : coal, oil, gas, elec, heat, renew) (4 secteurs: Industrie, Résidence, Transport, Transformation) 2. Power generation 3. Transformation 4. Supply oil gas and coal 5. CO2 emissions 6. Investment

– Balance par region

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Le modèle WEM-ECO de l’AIE modèle hybride 2: Imaclim-R

Imaclim modèle « top down » = représentation agrégée et non réaliste fondées sur un équilibre macro et micro.

Modèle d’équilibre général calculable en 12 régions et 12 secteurs, simulation pas à pas, fondé sur une base de donnée GTAP-6 de 87 régions et 57 secteurs compatible IAE. Déjà hybride.

Entrée (WEM): coefficients techniques, population, productivité, paramètres non énergétiques

Equilibre macro des différents marchés de biens, incorporation possible d’informations techniques sur les filières, double description explicite des valeurs et des quantités physiques liées par un vecteur de prix relatifs : (réalisme technique et réalisme économique). Pas de fonction de production explicite. Un module statique annuel de type I-O qui interagit récursivement avec les constantes techniques et qui prend en compte les substitutions.

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Le modèle WEM-ECO de l’AIE modèle hybride 3 : couplage

Pas de fusion mais un échange d’informations entre les deux modèles. Deux régimes de couplage selon que l’on a ou pas les coeff. techniques. Imaclim reçoit de WEM les équilibres énergétiques (demande, transformation, offre) qui servent à calibrer les coefficients techniques de Imaclim, qui à son tour élabore par itération les flux physiques de Wem et les nouvelles valeurs des activités sectorielles et des prix : Couplage = Echange de scénario.

Assure la cohérence synchrone et temporelle de 1. Les hypothèses macroéconomiques 2. les variations de prix des énergies 3. L’’évolution technique

Le processus permet d’incorporer à différents moments des avis d’experts.

C’est ce modèle WEM-ECO qui produit les scénarios de WEO depuis 2007

Source : IAE 2008, A Hybrid Modelling Framework to Incorporate Expert Judgement in Integrated Economic and Energi Models . The IEA WEM-ECO model.(Roques et Sassi)

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Projections : Primary energy demand

Total primary energy demand (TPED) represents domestic deman only and is broken down into power generation, other energy sector and total final consumption TFC is the sum of consumption by different end-use sectors and is broken into energy demand in industry, transport, buildings and other.

Global energy demand increases by 40% (NPS) and 22,6% (450S) between 2009 and 2035. Demand grows for all energy sources in NPS and 450 (not for coal and oil)

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World primary energy demand (WEO2011)

Scénarios énergétiquesOECD/WEO2011

World primary energy demand by fuel and scenarios (Mtoe) Source Table 2.1 p.71 et AnnexeA p.544-547New Policies Current Policies 450ppm

2009 mix 2035 % mix 2035 % mix 2035 % mixCoal 3294 27,2 4101 24,5 24,2 5419 64,5 29,6 2316 -29,7 15,6Oil 3987 32,9 4645 16,5 27,4 4992 25,2 27,3 3671 -7,9 24,7Gas 2539 20,9 3928 54,7 23,2 4206 65,7 23,0 3208 26,3 21,6Nuclear 703 5,8 1212 72,4 7,1 1054 49,9 5,8 1664 136,7 11,2Hydro 280 2,3 475 69,6 2,8 442 57,9 2,4 520 85,7 3,5Biomass 1230 10,1 1911 55,4 11,3 1707 38,8 9,3 2329 89,3 15,7Renewables 99 0,8 690 597,0 4,1 481 385,9 2,6 1161 1072,7 7,8Total primary energy 12132 100,0 16962 39,8 100,0 18301 50,8 100,0 14869 22,6 100,0

Power generation 2009 100,0 2035 % 100,0 2035 % 100,0 2035 % 100,0Coal 2144 46,9 2744 28,0 38,3 3883 81,1 48,5 1163 -45,8 18,9Oil 267 5,8 135 -49,4 1,9 152 -43,1 1,9 95 -64,4 1,5Gas 1003 21,9 1591 58,6 22,2 1729 72,4 21,6 1130 12,7 18,4Nuclear 703 15,4 1212 72,4 16,9 1054 49,9 13,2 1664 136,7 27,1Hydro 280 6,1 475 69,6 6,6 442 57,9 5,5 520 85,7 8,5Biomass 94 2,1 429 356,4 6,0 332 253,2 4,1 576 512,8 9,4Renewables 82 1,8 586 614,6 8,2 410 400,0 5,1 1002 1122,0 16,3Total power gen 4573 37,7 7172 56,8 42,3 8002 75,0 43,7 6150 34,5 41,4Other energy sector 1263 10,4 1629 29,0 9,6 1766 39,8 9,6 1386 9,7 9,3

Demande énergie primaire NPS : + 40% Modification du mix energétique

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Primary energy demand by fuel and sector (NPS)

Primary demand in 2035 is broken by fuel, and for each fuel by sector

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World primary energy demand (WEO2011)

energy demand by region % mix % mix % mix2009 New Policies Current Policies 450ppm

OECD 5236 43,2 5681 8,5 33,5 5946 13,6 32,5 5196 -0,8 34,9Amérique 2620 21,6 2864 9,3 16,9 2980 13,7 16,3 2608 -0,5 17,5 US 2160 17,8 2265 4,9 13,4 2354 9,0 12,9 2066 -4,4 13,9Europe 1766 14,6 1904 7,8 11,2 1995 13,0 10,9 1746 -1,1 11,7Asie Océanie 850 7,0 912 7,3 5,4 971 14,2 5,3 843 -0,8 5,7 Japan 472 3,9 478 1,3 2,8 505 7,0 2,8 442 -6,4 3,0

Non OECD 6567 54,1 10826 64,9 63,8 11887 81,0 64,9 9254 40,9 62,2Europe 1051 8,7 1371 30,4 8,1 1478 40,6 8,1 1209 15,0 8,1 Russie 648 5,3 833 28,5 4,9 908 40,1 5,0 722 11,4 4,9Asie 3724 30,7 6711 80,2 39,6 7478 100,8 40,9 5653 51,8 38,0 China 2271 18,7 3835 68,9 22,6 4361 92,0 23,8 3152 38,8 21,2 India 669 5,5 1464 118,8 8,6 1622 142,5 8,9 1223 82,8 8,2Middle east 589 4,9 1000 69,8 5,9 1105 87,6 6,0 822 39,6 5,5Africa 665 5,5 915 37,6 5,4 945 42,1 5,2 838 26,0 5,6Latin America 538 4,4 829 54,1 4,9 881 63,8 4,8 731 35,9 4,9 Brazil 237 2,0 421 77,6 2,5 434 83,1 2,4 365 54,0 2,5

World 12132 100,0 16961 39,8 100,0 18302 50,9 100,0 14870 22,6 100,0 European Union 1654 13,6 1731 4,7 10,2 1818 9,9 9,9 1606 -2,9 10,8

By Region

La demande mondiale a déjà basculé en 2009 en faveur des pays hors OCDE et ce phénomène s’accentuera d’ici 2035 pour les trois scénarios.

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World primary energy demand by region (NPS)

Illustration du tableau précédent. Avec décomposition par fuel : coal in china, gas in Russia and Middle east

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WEO (NPS) : Energy Supply

Oil : 84 mb/d -> 96 mb/d (+15%). Commerce +30%Réserves prouvées 48 ans.

Coal +19% . Très abondant. Gaz : +56% (âge d’or) dont 91% dans les pays non OCDE. Commerce

+100%. Réserves totales 265 ans (avec les non conventionnelles)

• Electricity generation(Demande +65%)(Supply +80% 20000 -> 36000 Twh)L’apport des fossiles +52% NPS -20% 450L’apport du nucléaire : +70% NPSL’apport des renouvelables de 660 à5518 (NPS) et 9011 (450 Sc)Capacités installées: 5143 Mw -> 9000 Mw

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WEO 2011 : CO2 emissions (by region)

In NPS emissions grows from 30,4 to 36,4 Gt CO2 in 2035

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WEO 2011 : CO2 emissions (by scenario)

NPS : 30,4 -> 36,4 Gt650 ppm and >3,5°Coal 14,9 Oil 12,6 Gas 8,9Sect energie : 65%-> 72%Chine : 7,5Gt -> 10,3 Gt

450 S : 30 -> 32 -> 21,6 Gt

L’abattement du NPS au 450S est dû principalement à l’efficacité, surtout dans la première décennie et ensuite à la capture de CO2 (l’intensité énergétique décroit de 36 et 44)

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WEO 2011 : Cumulative Investment

Un investissement cumulé dans le secteur énergétique de 38 milliers de milliards de dollars 2010 pour NPS et un peu moins (36,5) dans le 450S qui n’investit plus guère dans le pétrole mais bien plus dans les renouvelables (cf diapo suivante)

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Investment by scenario and energy

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GREENPEACE : World Energy (R)evolution

ER 2010, third edition of the scenario first published in 2007 inludes finance and employment analyse, and has 3 versions :

– Reference scenario = IAE 2009 NP Scenario extrapolated foeward 2050

– Energy Revolution (ER) : target 10Gt in 2050 and 2°C+ Phasing out of nuclear energy (proj. IEA are unrealistic, expensive, hazardous, slow)

– « advanced » version, shorter lifetimes for coal, faster renewable growth Key principles

– Implemant renewables and decentralised solutions– Respect natural limits of the environnement– Phase out dirty and unsustainable energy sources– Crate greater equity in the use of resources (Greenhouse Development

Right (GDR) designed by EcoEquity - Responsability and Capacity Indicator (RCI)

– Decouple economic growth from consumption of fossils fuels.

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2. GREENPEACE : World Energy (R)evolution

Policy changes– Phase out all subsidies for fossil fuels and nuclear energy– Internalise external costs through emission trading and taxes– Mandate strict efficiency standards– Cogeneration heat and power generation– Electricity markets : priority access to the grid for renewable generators– Stable returns for investors with « feed-in tariffs » (FTSM for expansion of RE in

developping countries ans compensation of RE costs)– Labelling, information, R&D.

Models : – Supply with MESAP/Planet (Simulation) – Demand with Ecofys (Netherland)

Assumptions for 2050– Population (9,1b), GdP (OECD Europe 3,3% North America 1,7% China 5,8%),

Fuel orices (Oil 120$ in 2030), CO2 prices (10$/t -> 50$/t ; assuming a world generalized Emission trading system)

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Responsability and Capacity Indicators

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Greenhouse emission allocation

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Greenpeace ER : Key results / Primary and Final energy

•La demande d’énergie primaire double presque dans le scénario de référence. Elle décroit de 7% dans le scénario ER (490000TWh 459000) . La demande d’énergie finale augmente de 14% (337000 à 383000) (stabilisation dans les transports, légère croissance dans l’industrie et le bâtiment) soit un gain de 40% par rapport au scénario de référence.

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Greenpeace ER : Key results / Primary and Final energy

•Le mix energétique est totalement modifié en faveur des RE (87% en 2050)•L’intensité énergétique de la croissance passe de 4,5 à 1,5 en 2050

Efficiency désigne ici une réduction par rapport au scénario de référence

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Greenpeace ER : Key results / Electricity

•La demande d’électricité (31 795 Twh/a en 2050) est 45% en dessous du Ref Scenario. Elle est stable dans le secteur résidentiel et services, décroit dans l’industrie, augmente dans le transport (mais la demande d’énergie finale y décroit de moitié)•79% (95% in advanced ER sc) de l’électricité sera produite par les RE en 2050

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Emissions / Investissements

Les émissions de CO2 doublent presque dans le scénario de référence à 2050. Elles sont ramenées de 27,5 à 10,2 Gt, et de 4 à 1,1 Gt/capita dans le scénario E(R). L’investissement total est de 14,8 trillions sur 24 ans à comparer aux 11.2 du scénario de référence et aux 38 trillions sur 26 ans du scénario NPS de l’AIE.

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Greenpeace E(R) : Tableaux récapitulatifs (Twh/a

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Comparaison IEA/Greenpeace

Comparaison IEA / Greenpeace 2010EJ/Mtoe 23,88

Global primary energy demand (PJ = 10^15 J)2010 mix% 2030 2050 mix% croiss%

Total REF Scenario 532 100 721 868 100 63ER Scenario 525 526 481 -8WEO 450* 508 623

Fossils REF Scenario 434 82 591 717 83 65ER Scenario 423 81 355 210 44 -50WEO450* 434 85 385 62

Nuclear REF Scenario 31 6 35 38 4 23ER Scenario 29 6 7 0 0 -100WEO 450* 29 6 70 11

Renewables REF Scenario 67 13 95 113 13 69ER Scenario 73 14 163 271 56 271WEO 450* 67 13 168 27 -100

*1935 au lieu de 1930

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B. Deux scénarios français

Comparaison des scénarios CAS/de Perthuis et Negawatt Le cas français vise à donner une illustration à une autre échelle

de la convergence entre scénarios officiels et scénarios alternatifs. Elle n’est pas traitée dans le même détail (et n’a pas été exposée). On renvoie aux études comparatives menée dans le cadre du

projet ENCI-Lowcarb par S. Mathy, M. Fink et R. Bibas, qui compare 7 scénarios « facteur4 » : MIES 2004 (Radanne), Prévot 2004 (Mines), Enerdata 2005 (DGEMP), NégaWatt 2006, Négatep 2007 (Acket), CAS 2007 (Syrota) s’appuyant sur deux modélisations : Med-Pro-POLES et Markal-Times.

Voir aussi les discussions autour de Negawatt dans le numéro 376 de Futurible.

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3. France : CAS/De Perthuis : Trajectoires 2020-2050; vers une économie sobre en carbone

Lettre de mission de NKM de juin 2011 Objectifs 2050 : les engagements européens (3fois20 pour 2020 et /5 pour

2050) et français (Facteur 4 compatible 450ppm) en matière de réduction des émissions

Conditions : baisse des conso à forte empreinte carbone, baisse dans chaque secteur, jeu d’incitations, financement, acceptabilité.

Trois scénarios. Seule différence le point 2020 (Ref -20%, -25%, -30%). Sortie 2050 par extrapolation.

Partir de la demande nationale ou de la consommation nationale? (France : importation carbone > exportation)

Simulations sectorielles avec les modèles POLES, IMACLIM et NEMESIS émissions puis atteinte de ces objectifs à moindre coût. Ventilation de l’effort par secteurs.

Suit une étude des impacts économiques sur la croissance et l’emploi par bouclage macroéconomique (modèle MESANGE de l’INSEE). Röle important du prix du carbone. La taxe carbone et son recyclage.

Toutes les recommandations sont qualitatives.

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CAS/De Perthuis : Trajectoires sectorielles 2020-2050

Energie : secteur peu émetteur en France : 60g/kwh contre 420 en Europe. Cible choisie -96% CO2 = 3Mt en 2050. Moyens : efficacité énergétique, diversification. Le comité n’a pas examiné en détail la question du nucléaire après 2030. En 2020 parc de 65Gw (avec 2 centrales EPR) Baisse de 50% du nucléaire dans l’électricité (POLES) Renouvelables en hausse et sequestration carbone.

Industries : Emissions en baisse de 38% depuis 1990 (10% du à la crise de 2009). Poursuivre les gains d’efficacité. Electrification des processus. Recyclage. Captage. Cible -85% CO2 en 2050.

Bâtiment : 44% de l’énergie consommée en France mais 19% des émissions. Cible -85% des émissions. Rénovation en profondeur du parc existant. Augmentation de la part des énergies décarbonnées (réseaux de chaleur)

Transports : 27% des émissions. Cible -65%. La moitié des véhicules à l’électricité. Réduction de la vitesse.

Agriculture : Faible émission CO2 mais méthane. Cible baisse -15% à 2020 et – 50% à 2050

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4. Scénario NégaWatt 2011

Première version 2003, actualisé 2006. Principes: – Urgence de la transition énergétique– Gisements de négawatt 1. Sobriété 2. Efficacité 3. Renouvelables– Pas de nouvelles technologies à la faisabilité non démontrée– Prises en compte des contraintes climatiques et environnementales

comme l’usage des terres (scénario Afterres de l’association Solagro) Scénario tendanciel (politiques inchangées) vs Negawatt Modélisation remontante des usages vers les ressources

– Ne partir ni de l’énergie disponible ni du PIB.– Services énergétiques (chaleur, mobilité, électricité, batiment)– Par secteurs : habitat, tertiaire, transport, industrie, agriculture– Remonter ensuite aux énergies finales puis primaires

Le schéma suivant donne la synthèse des flux et transformations énergétiques prévues pour 2050

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Scénario NégaWatt

En bleu chiffres 2010

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Négawatt : analyse sectorielle

Consommation energétique finale totale :1927 Twh en 2010 ramenée à 849 en 2050

Bâtiment résidentiel et tertiaire : réduction de 63% (-600Twh/Tend). Recohabitation, isolation, optimisation chauffage. Rénovation (40kwh/m2) Neuf (15kwh/m2); bois (25%), gaz bio (25%), pac electrique (20%), solaire thermique(10%)

Transport : -67% (400Twh économisés). Baisse de la mobilité, de la voiture individuelle, interdiction urbaine, véhicules électriques et gaz (60%)

Industrie : -50% (200Twh économisés). Sobriété, efficacité (35% sur les moteurs électriques; 50% cimenteries), réparabilité

Agriculture marginale dans le bilan (2,5% consom energie) mais méthane et produits azotés.

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Négawatt 3 : Développement des Energie Ren.Consommations énergétiques finales

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Comparaison de scénarios français pour le mix électrique (d’après le rapport De Perthuis)

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4 : Conclusion : Enseignements de la comparaison des scénarios énergétiques

Difficultés de la comparaison des demandes d’énergie projetées et de leur mix, au niveau mondial et au niveau national : objectifs différents, horizons différents, unités différentes, résultats exprimés selon des formes différentes

L ’écart entre scénarios de référence à politique gelée et scénarios vertueux est considérable en terme de consommation d’énergie et d’émissions. Les scénarios de référence sont souvent inadmissibles, conduisant à des réchauffements de 4-6°. Le facteur 2 à l’échelle mondiale et le facteur 4 à l’échelle nationale sont difficiles à atteindre. Seul un effort soutenu nous amènera aux 2 ou 3°.

La comparaison, fait apparaître des convergences importantes dans les futurs projetés par les scénarios décarbonés qu’ils soient officiels ou associatifs, pourvu qu’ils soient générés par un objectif similaire en terme d’émissions. Ils ont en commun la même emphase sur l’efficacité, une décroissance des combustibles fossiles, et une croissance des renouvelables

Mais les plus grandes différences portent sur– L’effort global à opérer en terme de sobriété et d’efficacité– La politique du nucléaire (niveau français surtout)– Le niveau de développement des renouvelables– Le recours à la capture et au stockage de CO2.

Une étude historique des scénarios de même niveau et de même source institutionnelle ferait sans doute voir plus de différence diachronique que synchronique : les projections d’il y a 8-10 ans ne sont plus admissibles.

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4 : Conclusion : Limites de la méthode des scénarios énergétiques

A. critique interne, épistémologique– Non transparence de l’exercice. Les scénarios restent des boites noires.

Les hypothèses générales sont peu explicitées. Et les technologies mobilisées encore moins (quel type de voiture électrique? Quelle forme de stockage de l’énergie électrique? Peu d’éléments fournis sur les trajectoires elles mêmes (optimisées parfois) mais inexpliquées et non rapportées à des conditions socio économiques. Les causalités et les bouclages (avec les impacts et les politiques de réduction et d’adaptation) sont souvent escamotés. Les complémentarités sont à construire (par ex. pour répondre à l’intermittence des ER)

– Le contexte économique réduit à des hypothèses de croissance manque de réalisme. Les prix sont exogènes. Par ex. Hypothèse forte d’un prix élevé et unifié du carbone. Peu de fiabilité des coûts supposés, et des investissements projetés qui n’intègrent pas un grand nombre de coûts cachés. Et les bénéfices en dehors de la réduction des émissions (développement, réduction de la pauvreté et des inégalités, accès de tous à l’électricité, ne sont pas chiffrés.

– Aucune discussion des Incertitudes des projections et moins encore des chocs et des risques qui les menacent (crises et conflits géopolitiques, refus et rejets de la transition…)

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4 : Conclusion : Limites de la méthode des scénarios énergétiques (B: critique externe)

1. Il faudrait resituer la question énergétique dans le schéma de l’expertise à la décision: Quelle part des scénarios énergétiques dans les scénarios économiques? Quel rôle de ces derniers dans le CC via les concentrations? Quel rôle dans les impacts et les politiques de réduction et d’adaptation?

2. Pas de logique d’acteurs dans les scénarios. Quelle gouvernance? Quelles régulations des marchés? Quelles sont les forces économiques et sociales qui porteront cette transition?1. Les Etats (mais il faudrait intégégrer leur faiblesse face aux marchés et leur

concurrence en terme d’approvisionnement)2. Les Industriels? (mais la flexibilité des stratégies de développement est

surestimée, les prix (de marché et de rachat par l’Etat) sont trop volatiles (voir les défaillances d’entreprises dans le secteur du photo voltaïque)

3. Les usagers ? Mais on ne prend guère en compte a) les emplois b) les inégalités de revenus c) les limites de la maléabilité des comportements

3. La question de l’acceptabilité des scénarios n’est pas prise en compte; or ce qui est rationnel d’un point de vue technocratique n’est pas forcément acceptable par les acteurs sociaux et les citoyens. Il y a aussi des limites sociales aux renouvelables. Exemple de l’éolien au niveau local. Le CC pose un problème d’adaptation. La réponse en terme de transition énergétique et de sobriété en pose un autre. Une question de démocratie, technique et politique.

10 avril 2011

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Bibliographie

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