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7/23/2019 mix-electrique-synthese-2015.pdf

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UN MIXLECTRIQUE

100%RENOUVELABLE ?

ANALYSESET OPTIMISATIONS

Un travail dexplorationdes limites du dveloppement

des nergies renouvelablesdans le mix lectrique mtropolitain

un horizon 2050

SYNTHSE


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DITO

En 2013, lADEME publiait ses visionsnergtiques et climatiques lhorizon2030-2050, montrant des voies possiblespour atteindre le facteur 4 en 2050, grce une division par 2 de la consommation

nergtique et un dploiement massifdes nergies renouvelables : ces deuxlments ont nourri les objectifs xs

par le Prsident de la Rpublique puisadopts par le parlement dans la Loisur la Transition nergtique en faveurde la croissance verte.

Nous publions aujourdhui une tudedune nature diffrente, relative lexploration technique du dploiement

des EnR au sein du mix lectrique : linstar des travaux du NREL(Laboratoire National pour les EnergiesRenouvelables amricain) de 2012tudiant un scenario 100 % EnR aux USA,il sagit ici dune tude scientique

caractre prospectif et exploratoire

et non pas dun scenario politique.Les mix lectriques envisags restenten effet thoriques, puisquils sontconstruits ex nihilo, et ne prennentpas en compte la situation actuelle,

ni le scnario pour arriver au rsultat.Alors pourquoi une telle tude ?En imaginant un mix lectrique jusqu100 % renouvelable, nous permettonsquune hypothse jusquici impensablepour la majorit des acteurs devienneune hypothse techniquement possible,ceci sans en sous-estimer les conditionsncessaires, quil sagisse des aspectstechniques, conomiques (dont

notamment le cot supportable parla collectivit) ou encore lacceptabilitsociale : ltude a justement pour butde mettre en lumire les freins ainsique les mesures mettre en oeuvre pouraccompagner une politique de croissancemassive des EnR lectriques. Elle vise


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avons lanc en 2013 cette tude aveclambition danalyser la capacit du rseaulectrique assurer lquilibreoffre-demande au pas horaire si la partdes EnR tait massivement augmente.Aprs deux annes de travaux et desconsultations diverses, je suis heureuxde prsenter une tude aujourdhuinalise et er du caractre original

des rsultats obtenus, de la rigueur

et de la nesse de ses analyses.Une version intermdiaire, publieil y a quelques mois, avait suscit intrtmais aussi craintes et critiques : amlioreen terme de pdagogieet dexplications, et largement compltepar des analyses de sensibilit, cettetude est aujourdhui aboutie et permetdexpliciter la fois toutes les conditionsdun mix 100 % EnR et les limites

inhrentes ce type dexercice !Les principaux rsultats de cette tudesont les suivants : Plusieurs mix lectriques sonttechniquement possibles pour satisfaire lademande chaque heure de lanneavec 80 ou 100% de renouvelables ; Le dveloppement de la matrisede la demande dlectricit, ainsique la matrise de la pointe, sont

des conditions essentielles : sans elles, quelque soit le mix intgrant notablement desEnR, le cotdu systme lectrique nest pas matris ; Le cot des technologies doit continuer baisser, surtout pourles technologies les moins matures, an

de permettre un mix quilibr entre

Au regard desenjeux climatiques,les transformations raliser sontncessairementmajeureset ne peuventse concevoircomme de seulsajustementsdes systmesexistants

galement identier les limites au-deldesquelles la faisabilit technique seraitimpossible ou le cot pour la collectivitnon supportable.En ralisant cette tude, lADEMEest ainsi pleinement dans lunde ses rles majeurs, celui de prcurseur :savoir parfois questionner ce que lon

croit a priori impossible, pour ouvrirle champ des possibles. Cela permetensuite lensemble des acteursde revisiter cette question et dintgrerles rsultats de cette tude dans leurperception de lavenir pour construireensemble des visions du futur.Cest dans cette perspective que nous


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les diffrentes lires de productiondlectricit. Cette baisse de cotpeut senvisager grce au progrstechnologique mais galement via la miseen place de conditions de nancement

appropries pour les nergiesrenouvelables ; Lacceptabilit sociale est cruciale pourpermettre la ralisation dun nouveaumix lectrique sur le terrain, dans les

meilleures conditions : complmentaritentre productions domestiques etproductions centralises, interconnexionrenforce par le rseau lectrique,redistribution des revenus gnrspar la production dnergie

Ces rsultats nous paraissentsufsamment robustes pour pouvoir

nourrir la rexion des acteurs. Certains

objecteront sans doute que ltude estincomplte, car nous ne tenons pascompte de lexistant et ne programmonspas la trajectoire des investissements :ils auront raison. Dautres noteronsque nous ne sommes pas descendusen de du pas horaire : ils aurontgalement raison et nous nignoronspas lenjeu que reprsente la gestionde la stabilit du rseau, qui nest pastrait dans ltude.Mais rchir des horizons lointains,

nest-ce pas justement sautoriser partir dune page (presque) blanchepour esquisser une situation souhaitableet durable an que chacun puisse

travailler sur son champ dactions,afner le dessin et rendre effectivement

ce futur ralisable ?

La transition nergtique ncessitede linnovation dans tous les secteurs :la production et la consommationdnergie ainsi que la gestion et largulation des rseaux y ont toute leurplace. Au regard des enjeux climatiques,les transformations raliser sontncessairement majeures et ne peuventse concevoir comme de seuls ajustementsdes systmes existants : Henry Ford

aimait rappeler que sil avait demandaux gens ce quils voulaient, ils luiauraient rpondu des chevauxplus rapides

Bref, chacun de prendre sa part- chercheurs, experts, acteurs publics,acteurs conomiques, socit civile,consommateurs - pour modier

en profondeur ses pratiques et rendre

possible un vritable dploiementdes EnR, assis sur une efcacitnergtique pousse et des rseauxprofondment adapts.

Enn, il est essentiel de rappeler que

llectricit ne reprsente quun quartde la consommation dnergie en France.Les meilleurs moyens de rendre notresystme nergtique plus durable dansson ensemble rsulteront dune analyse

globale et non de lexamen spar dechaque vecteur (lectricit, gaz, produitsptroliers, chaleur) : cette tude nestdonc quune contribution qui invite des travaux ultrieurs an de permettre

la construction dune comprhensionpartage de notre futur nergtique !

Bruno LECHEVIN


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RSUM XECUTIF

Contexteet objectifs

Ces dernires annes, des progrstechnologiques signicatifs relatifs auxnergies renouvelables ont t observs.De nombreuses tudes saccordent ainsisur des hypothses de projections de cotsdes EnR afchant une forte dcroissance

dici 2050. Dans un tel contexte, il estlgitime de sinterroger non seulement surla faisabilit mais galement sur les impactsconomiques dun mix lectrique fort tauxde pntration dnergies renouvelables.La rponse ces questions ncessitedes modles pointus, permettant la prise encompte de la scurit dapprovisionnement

lectrique un pas de temps sufsammentn (typiquement horaire, sur un an et surplusieurs scnarios climatiques), la gestiondu pilotage des diffrents moyensde production et de consommation,ainsi que leur rpartition entre les rgions,

et la circulation des ux lectriques.La prsente tude ambitionne de runirlensemble de ces paramtres. Elle constitueainsi un exercice technique innovant quivise, en se plaant dans lhypothse dun mix100% renouvelable, un horizon de tempsloign (sans considrer de trajectoire), rpondre aux questions suivantes :

Quelles contraintes mergent lorsquon augmente de manire

consquente les EnR dans le mix lectrique renouvelable enFrance mtropolitaine ?

Quels sont les mix lectriques optimaux, associs diffrents jeux

dhypothses dvolutions technologiques, de consommation,

dacceptabilit ?

Comment se rpartissent gographiquement les diffrents

moyens de production renouvelable ?

Quels sont les impacts conomiques de ces mix lectriques fort

taux de pntration de renouvelables ?

Ltude reprend un certain nombre dhypothses de lexercice de prospective nergtique- Visions 2030-2050 - ralis en 2012 par lADEME, qui identiait des potentielsde production renouvelable et proposait un scnario de demande ambitieux.Dautres hypothses concernant le stockage sont issues dautres tudes antrieures1.

1 tude PEPS, sur le potentiel de stockage lhorizon 2030,conance par lADEME, lATEE et la DGCIS,http://www.ademe.fr/etude-potentiel-stockage-denergiesEtude PowerToGas, conance par ADEME-GrDF-GRTGaz,http://www.ademe.fr/etude-portant-lhydrogene-methanation-comme-procede-valorisation-lelectricite-excedentaire


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Exemple dune journe de gestion de production, issue de loptimisation. Laxe vertical prsente des puissances horaires. Les productions sajoutent(une couleur par lire) pour satisfaire la demande (courbe noire). Les puissances ngatives correspondent aux exports ou au stockage.

28,8 GW

< 1 GW

< 1 GW

0 GW

< 1 GW

< 1 GW

9,9 GW

0 GW

8,1 GW

0 GW

84,4 GW

52,2 GW

Stockage Dstockage olien terrestre

olien en mer Solaire nergies marines renouvelables

Hydraulique Gothermie Biomasse

Import Export Demande

Donnes 22h

00h 02h 04h 06h 08h 10h 12h 14h 16h 18h 20h 22h 00h

La chronique horaire du mix lectrique 100% EnRest disponible sur http://mixenr.ademe.fr
http://mixenr.ademe.fr/http://mixenr.ademe.fr/http://mixenr.ademe.fr/


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Ltude est fonde sur un modle du systmelectrique qui effectue conjointement uneoptimisation du mix lectrique savoirle parc de production et de stockagelectrique par lire et par rgion, ainsique les capacits dchange inter-rgionales et une simulation de la gestion optimisesur un an au pas de temps horaire

de ce mix lectrique.

Ltude se concentre ainsi sur la production,le stockage, la consommationet les changes commerciaux dlectricit ;les autres nergies, telles que le gazet la chaleur interviennent uniquementvia leurs interactions avec llectricit.De manire prendre en compteles diffrences rgionales de productibles

(avec des taux de charge et prolsdiffrents en fonction des rgions et deslires), le territoire mtropolitain franaisest dcompos suivant les 21 rgionsadministratives de 2015. Sur chaque rgion,les capacits des lires sont optimises, ainsique les capacits dchange inter-rgionales,ce qui permet destimer le besoin dvolutiondu rseau. La gestion optimise des parcs deproduction des pays frontaliers est simuleparalllement, au pas de temps horaire.

Les capacits dchange internationales ainsique les capacits installes des mix trangers,quant elles, sont xes en amont, partir dun scnario europen ambitieuxen termes de part de productionrenouvelable (Roadmap 2050, 80% EnR).

An de proposer un mix lectriquematriellement ralisable, un gisementmaximal a t considr par rgion pourlensemble des lires ; le potentielde chaque rgion a ainsi t valuen fonction de la ressource naturelledisponible, puis ajust de manire prendreen compte les contraintes topologiques

et socitales locales.

Pour pouvoir analyser les enjeux de lasatisfaction de lquilibre offre-demande toutes les heures de lanne, des courbesde consommation lectrique au pasde temps horaire lhorizon 2050 ont treconstitues partir de prols par usageet par secteur, et de projections de volumesannuels, issues des Visions Ademe 2050,

qui supposent des efforts consquents quant la matrise de la demande cet horizon(avec une consommation dlectricitannuelle de 422 TWh2).Sur les 422 TWh de consommationlectrique annuelle en France, des ratiosde demande exible ont t dterminspour diffrents usages, aboutissant ungisement de 60 TWh dlectricit pilotable(suivant des modalits diffrentesen fonction des usages).

Pour pouvoir assurer la robustesse du mixlectrique optimis, plusieurs scnariosmtorologiques sont galement considrspour ltude ; chacun de ces scnarioscorrespond une anne historique,

Mthodologie adopte

et principales hypothses

2 titre comparatif, en 2013 la consommationest de 442 TWh (Chiffres-cls 2014 ADEME)


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rassemblant des chroniques rgionalesde temprature, de consommations,de productibles oliens et de productibles

solaires, pour chaque rgion franaise etchaque pays interconnect. Les capacitssont optimises sur lun de ces scnarios,considr comme dimensionnant car ilcomporte une vague de froid de deuxsemaines (correspondant celle de fvrier2012). Le mix obtenu a ensuite galementt simul sur six autres scnarios,et sur une anne sche.

En outre, tant donnes les multiplesperspectives dvolutions techniques,politiques et sociales envisageables

lhorizon 2050, et limpact non ngligeabledes diffrentes hypothses retenues pourla modlisation sur les contrainteset enjeux relatifs la fourniture lectrique,quatorze variantes de mix lectriques ontt optimises sous contraintes de tauxde pntration de renouvelables plus oumoins importants (40%, 80%, 95% ou 100%) :

Un cas dit de rfrence , partir duquel des hypothses de variationsont t effectues ;

Des variantes simulant diffrents aspects lis lappropriation socitale : Une matrise de la demande modre3, Une faible acceptabilit des renforcements rseau,

Deux variantes relatives une acceptabilit respectivement modreet trs contrainte de limplantation de fermes solaires et oliennes terrestres ;

Des variantes simulant diffrentes volutions dordre technico-conomique : Deux variantes relatives aux avances technologiques : dans un premier

cas aux progrs plus marqus pour des lires actuellement moins matures, dans un second

cas aux progrs plus faibles (avec des cots plus levs pour lensemble des lires), Un accs un nancement bon march pour les EnR ;

Un cas dit dfavorable cumulant une acceptabilit trs contrainte et de faiblesprogrs technologiques ;

Quatre variantes dites contrastes exploites pour analyser la sensibilit du mixobtenu un paramtre spcique (anne particulirement sche, absence de la lire

photovoltaque, non prise en compte de la lire olienne de nouvelle gnration,

pas de pilotage dynamique de la demande) ;Enn, un cas prenant en compte une modlisation du rseau de rpartition.

Loptimisation des capacits des diffrentes lires (dont la liste est prsentedans le Tableau 1) est ralise sur la base dhypothses de cots annualiss dinstallationet de maintenance des technologies, projets 2050, issus dune recherche bibliographiqueapprofondie4. La Figure 2 compare les LCOE5 des lires principales dont les capacitsinstalles sont optimises.

3 Le scnario de demande modre sappuie sur unprolongement 2050 des hypothses en volume annueldu scnario Nouveau Mix de RTE.

4 Les sources principales tudies sont les suivantes :Annexe 8 du rapport de la cour des comptessur lnergie renouvelable, Energy technologyPerspectives 2014 de lIEA, programme ETSAPde lIEA, rapport Levelized cost of electricityrenewable energy technologies 2013 du FraunhoferISE, base de donnes Transparent cost database de NREL, et tude du SRU Pathways towards,a100 % renewable electricity system .

5 Il sagit du cot de lnergie en /MWh,qui tient compte des cots dinvestissementannualiss, des cots annuels de maintenance,des cots dventuels combustibles, de la quantitdnergie produite annuellement par chaque technologiepour les diffrentes rgions et des cotsde raccordement.

10


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6 Le LCOS est, pour le stockage, lanalogue du LCOEdun producteur ; il sagit des cots dinstallationramens la quantit dnergie effectivement dstocke(calcule suite loptimisation-simulation).Cest le surcot de lnergie dstocke, hors prixdachat de llectricit stocke.

7 Pour les projections de cots,on a assimil la lire des C AES.

8 Les projections de cots du stockageinter-saisonnier correspondent au couplagede technologies Power to Gas (mthanation)et Gas to Power (TAC au gaz de synthse).

Figure 2 - Comparaison des LCOE des principales lires dont on optimise la capacit dans le cas de rfrence.

Tableau 1 - Rcapitulatif des lires modlises et principales hypothses associes. Le gisement national correspond la puissancemaximum installable. Pour certaines lires, la puissance installe est xe (donne dentre du modle).

Tableau 2 - Rcapitulatif des stockages modliss et principales hypothses.

23h

-

Comparaison des LCOE moyens

120 /MWh

0 /MWh


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Plusieurs mix peuvent assurerlquilibre offre-demande heurepar heure, avec une fourniturelectrique 80% ou 100%renouvelable, y compris

en cas de conditionsmtorologiques dfavorables.Dans tous les cas, lolienet le PV assurent lessentielde la production.

Les calculs de mix optimaux ralisssur les diffrentes variantes ont permisdidentier plusieurs mix capables dassurerlquilibre offre-demande chaque heurede lanne avec un mix 80% ou 100%renouvelable un horizon 2050,

mme dans le contexte de scnariosparticulirement contraints (demandemoins matrise, acceptabilit socitale plusfaible, ), y compris en cas de conditionsmtorologiques dfavorables. Les mixoptimiss permettent de couvrir la demandemme durant des phnomnes tels quedes vagues de froid, longues priodessans vent ou anne particulirement sche.Comme on peut lobserver sur la Figure 3,en fonction du futur considr,

le mix lectrique optimis ne sollicitepas les mmes gisements.

Principaux enseignementstechniques


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Figure 3 - Des mix lectriques 100% EnR (colonne de gauche) ou 80% EnR (colonne de droite) adapts aux diffrenteshypothses retenues : histogramme des capacits installes (EnR, stockage et rseau) et camembert de rpartitionde la production annuelle (TWh) par macro-lire9.

9 Dans ces graphiques, lolien inclut lolien terrestreet en mer (pos ou ottant).

Filires hydrauliques

Filires solaires

Gothermie et lires thermiques renouvelables

Filires marines

Filires oliennes

Filires thermiques conventionnelles

Cas de rfrence100% EnR

Cas 100% EnRAcceptabilit modre

Cas 100% EnRfaibles progrs technologiques

Cas 80% EnRSans contraintes

Cas 80% EnRAcceptabilit modre

Cas 80% EnRacceptabilit trs contrainteet faibles progrs technologiques

200GW

200GW

200GW

200GW

TWh

TWh

TWh

TWh

TWh

TWh

36

200GW

200GW


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Figure 4 - Comparaison du cot de lnergie en fonction des volutions futures et du taux dEnR. Ce cot prend en compte les cotsannualiss de production, de transport et distribution, de stockage et les cots xes de la exibilit de la demande.

Cot xe de la exibilitde la consommationCot de la production thermique

Cot du parc EnRCot du stockage

Cot du rseau

Comparaisondu cot de lnergie (/MWh)

8

119

116

113

117

127

125

127

116

133

138

136

114

103

0 40 80 120

conomie

Acceptabilit&

Comportement

Taux d'ENR


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Les diffrentes contraintes possiblesont un impact important sur la compositiondes mix lectriques optimaux associs.Les sources dnergie principales sontdans tous les cas lolien et le solaire.Selon les contraintes dacceptabilit,la part du solaire en toiture augmentepar rapport aux centrales au sol, ainsi

que celle de lolien en mer par rapport lolien terrestre. En outre, en cas de fortescontraintes dacceptabilit lies au rseau,la production locale sera souvent favorisemme si la productivit des gisementslocaux nest pas la meilleure. Les mix 80%renouvelable permettent en gnral davoirun dimensionnement plus faible du rseauet du stockage, sauf contrainte dacceptabilittrs forte ncessitant le dveloppement

de technologies marines. Dans certainesconditions o une demande particulirementleve se cumulerait avec une acceptabilitsociale trs restreinte, latteinte dun mix100% renouvelable pourrait trefortement compromise.

En fonction des hypothses,le cot global de llectricit

varie dans une fourchettede 103 10 138 /MWh11.Les paramtres qui ressortentcomme les plus dterminants

pour le cot de llectricitsont lacceptabilit sociale,lvolution des cotstechnologiques et la MDE.Le maintien dune fractionnon-EnR dans le parc limite

la sensibilit du cot ces facteurs, et permetdonc une certaine rsilienceface ces contraintesconomiques et socitales.

On observe sur la Figure 4 la comparaisondu cot de la fourniture lectrique

en fonction des contraintes considres lhorizon 2050. En labsence de contraintesspciques, on constate que la diffrencede cot entre le cas de rfrence 100%EnR et les cas 40%, 80% et 95% EnR resterelativement faible (de lordre de grandeurde la nesse du modle, puisque lon passede 119 117 /MWh entre 100%et 40% EnR). Nanmoins, le surcot associ la production EnR de ces dernierspourcents est signicatif : pour passer

de 95% 100% EnR, les MWh EnRsupplmentaires produire coteraient183 /MWh.On observe galementque la matrise de la demande et de la pointeest un lment important pour limiter

10 Pour le cas le moins cher : cas avec

accs facilit au capital , 100% EnR.

11 Pour le cas le plus onreux : cas dit

dfavorable , 80% EnR.


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le cot dun scnario 100% EnR, puisquede telles mesures permettent de rduirele cot du MWh de 5%. En effet,en cas de moindre matrise de la demande(21% daugmentation du volume annuel)et dune pointe de consommation 40%plus leve, le systme devra faire appel des lires EnR moins rentables, ainsiqu une quantit plus importantede stockage pour passer la pointe dhiver.

On peut en outre noter que la prise encompte de fortes contraintes dacceptabilitsociale (lies au rseau ou linstallationdEnR sur terre) augmente de 6 ou 7%le cot de lnergie. Ces surcots importantsrsultent notamment de la ncessit deremplacer en partie les nergies terrestrespar des lires marines, en gnral plusonreuses. Pour un taux de pntration EnRde 80%, une moindre acceptabilit augmente

le cot de seulement 3% : la compositiondu mix lectrique peut en effet sadapterplus facilement des contraintes limitantle dploiement dune technologieen particulier.La baisse de cot des technologiesa un impact important sur le montanttotal de la fourniture dlectricit.Avec une hypothse de baisse de cotdes technologies 50% plus faible que

dans le cas de rfrence, les technologiesles moins matures, comme le PV, ontdes cots signicativement plus importants(+75% pour le PV au sol et +62% pourle PV sur toitures). Toutefois, le cot globaldu mix augmente dans une proportionmoindre (+14%), en sappuyant surun dveloppement massif de lolienterrestre, lire dj trs mature ce jouret dont le gisement est important.

Un mix fort tauxde pntrationde renouvelables ncessitede dvelopper des solutionsde exibilit de la demandeet de stockage.

Les scnarios mettent en uvre dessolutions de exibilit de la demandeambitieuses : on part dans lhypothsedun dveloppement gnralis descompteurs intelligents et des servicesassocis. Ainsi on dgage un maximumthorique de 22 GW de exibilit la hausse (stimulation de consommation)et 8 GW la baisse (effacement).Lactivation du pilotage de la demande


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Figure 5 - Solutions de stockages dveloppes pour diffrents taux de pntration EnR

Stockage hebdomadaireStockage inter-saisonnier Stockage infra-journalier

Stockage install (GW)en fonction du taux dEnR

0 5 10 15 20 25 30 35

80% EnR 7 8

40% EnR 7 2

95% EnR 9 7 11

100% EnR 17 7 12


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Figure 6 - Un mix lectrique trs dcentralis, qui offre des opportunits conomiques pour les territoires.Les camemberts reprsentent la rpartition de lnergie produite dans chaque rgion.

PV au sol

olien terrestre AG

olien en mer

Hydrolienne

Fil de leau

Mare-motrice

Cognration bois

Mthanisation

Houlomoteur

Lacs et cluses

UIOM

Gothermie

CSP

PV sur toitures

olien terrestre NG

olien en mer ottant

7 TWh

53 TWh


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se ralise sous diffrentes conditions

de report, diffrencies selon les usagespilots (chauffage, usages blancs, ballons deauchaude ou recharge de vhicules lectriques).

Les rsultats de ltude mettent en videncelintrt de dvelopper des solutionsde stockage, de plusieurs tailles (commecela est illustr sur la Figure 5), dans le cadredun mix fort taux de pntrationde renouvelables. Ainsi, pour passerdun taux de pntration de 80% 95% EnR,

la production thermique fossileest remplace par du stockageinter-saisonnier pour faire face auxphnomnes mtorologiques les pluscontraignants pour le systme (9 GW 95% EnR et 17 GW 100% EnR).Sans prendre en compte les possibilits devalorisation du gaz de synthse pour dautresusages que llectricit, le powerto gas nest plus ncessaire lquilibre

du systme lectrique en de de 80% dEnRdans le mix. Le stockage de court-terme,peu prsent 40% EnR (2 GW, notammentimputables la capacit installe de PV dansles mix trangers), reprsente de lordrede 20% (8 GW) de la capacit installede PV ds 80% EnR.En outre, dans lhypothse o aucunessolutions de exibilit dynamiquede la consommation ne seraient misesen place12, une quantit limite de stockage

journalier supplmentaire (7.3 GW,soit un cot quivalent celui du pilotagede la demande dans le secteur rsidentiel)suft pour assurer les variations infra-journalires. Etant donnes les hypothsesde cots exploites dans ltude, le stockagede court-terme permettrait ainsi de rendre

des services quivalents ceux du pilotage

dynamique de la demande dans le secteurrsidentiel.

La complmentarit entrelires est essentielle.Loptimum conomiquene dpend pas que du cotde lnergie, mais galementdu service rendu au systme.

Du point de vue de la complmentaritentre lires, on constate Figure 6 queloptimum conomique consiste faire appelaux technologies la fois photovoltaqueset oliennes. En outre, en fonctiondes rgions et de leurs rgimes de vent,ltude met en vidence lintrt desoliennes de nouvelle gnration qui

permettent de produire sur des sites moinsvents et avec des prols moins variables.Le systme prote ainsi des ressourcesnaturelles les plus rentables, spciques chaque rgion.Certaines lires au prol plat - commela gothermie - ou au caractre pilotable- telles que la cognration au bois -voient leur surcot compens parle service quelles rendent au systmelectrique. Ainsi, celles-ci sont utilises

leur potentiel maximal. Leur part dansle mix global reste toutefois faible, au vudes contraintes sur les gisements, xesde faon exogne13.En fonction des hypothses de cotsretenues et de ladquation des prolsde production, le ratio optimal en nergie

12 On se place dans un cadre o le seul

pilotage est une programmation quotidiennestatique (non optimise face au systme)de leau chaude sanitaire et de la chargedes vhicules lectriques.

13 Ces gisements sont issus des Visions

Ademe 2030-2050, qui supposent notammentque la biomasse est prfrentiellementutilise pour un usage direct, qui maximiseson rendement


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entre le photovoltaque et lolien estde lordre de quatre fois plus dolienque de PV partir de 80% EnR.Ce ratio diminue lorsque le dveloppementde lolien est contraint par une acceptabilitsociale plus faible : dans ce cas, lnergiephotovoltaque peut reprsenter 40 50%de lnergie produite par lolien.

En outre, condition de voir leurs cotsfortement rduits, les nergies marinespeuvent trouver leur place dans un mixoptimis 100% renouvelable, faisant proterle systme lectrique de leur prol plusrgulier (au pas de temps hebdomadaire).Enn, les analyses ralises au coursde ltude conrment que les cotsde lnergie ne sont pas les seuls critres prendre en compte pour arbitrer

de linstallation de lires dans le cadrede loptimisation du parc. Le service renduau systme par les diffrentes technologies- savoir ladquation entre les prolsde production et de demande non pilotables la maille horaire, journalire ou mensuelle,ainsi que la exibilit des lires pilotables- est galement un critre essentiel pour laconstitution du mix nal.

Le renforcement du rseaude transport est ncessairepour mutualiser les potentiels.

Les capacits dchanges inter-rgionalesassocies au mix optimis100% renouvelable devraientse voir accrues de 36% par rapport la situation actuelle.En outre, des renforcementsdes interconnexions aux frontiressont galement prvus (ceux-ci ont

t xs en amont, partir des hypothsesdu scnario Nouveau Mix de RTE),de 14 23 GW lexport et de 11 16 GW limport. Ces interconnexions permettentde bncier du foisonnementdes productions renouvelables entrela France et ses voisins (rgimes de ventet dcalages entre les pics densoleillement).Il a ainsi t avr quune fournituredlectricit 100% renouvelable sur

le territoire franais pouvait sintgrerdans le cadre dune politique europennefavorisant fortement les EnR, avec un tauxde pntration renouvelable de 80% dansles pays frontaliers, et un quilibre globalannuel importateur nul.Des calculs spciques ont t raliss dansle cadre dune variante modlisant le rseaude rpartition (63 - 90kV). Les rsultatsobtenus ont permis de mettre en videnceun faible impact de la prise en compte

du rseau de rpartition la fois sur le mixoptimal obtenu, et sur le cot global associ.

Les enseignements recenss dans le paragraphe ci-dessus, restituent les principaux messages issus de la prsente tude,

mais ne constituent pas une l iste exhaustive des analyses ralises. Dautres thmatiques ont galement t abordes,

telles que des analyses de sensibilit mettant en vidence limportance de certaines flires (optimisation dun cas sans PV

ou sans olien nouvelle gnration par exemple), une estimation des besoins de rserves, une valuation de la surface

au sol artifcialise ou limpact des leviers de fnancement sur les installations de renouvelables.


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Cette tude, bien quelle sattache modliser en dtail de nombreuxparamtres du systme lectrique,prsente bien sr certaines limites,lies au cadre mthodologique dans lequelelle a t conduite. Les analyses effectuesne visent en effet pas raliser une tudede faisabilit complte, mais seulement

rpondre aux questions formules dansles objectifs de lexercice. Ainsi, les pointssuivants constituent des limites inhrentes la mthodologie retenue :

Mme si cest une pratique courante pource type dexercice prospectif, la modlisationdu rseau au pas horaire ne permet pasdvaluer la dynamique ne du rseauet sa stabilit, notamment vis--vis de

phnomnes transitoires tels quune brusquechute de frquence pouvant se produireen cas dvnement exceptionnel.

Les mix tudis permettent datteindreun quilibre horaire entre loffreet la demande mais conduiraientindubitablement des changementstrs importants en termes dexploitationdu rseau, changements qui nont pas ttudis dans le cadre de cette tude.

Ltude ralise une analyse de diffrentsmix lectriques optimaux un horizonlointain sans prendre en compte lexistant.Elle ne sintresse donc pas la trajectoire

dinvestissement permettant dassurerune transition entre le systme lectriqueactuel et les mix tudis.

A ce stade, on ne considre pasde surcots dans les rseaux de distribution :les cots actuels ont simplement tprolongs. Des travaux ultrieurs pourraient

venir complter les analyses sur ces sujets.

Les cots sont valus du pointde vue de la collectivit et ne retentpas les opportunits que pourrait avoirun porteur de projet, du fait de dispositifsrglementaires particuliers. Ainsi, unerpartition des cots de fournituredlectricit (par exemple : part nergie/partpuissance/part xe du TURPE, rpartition de

la CSPE) qui ne rete quimparfaitementla ralit et la disparit des cots pourla collectivit peuvent rendre rentablescertains projets pour leur promoteuralors quils seraient non-optimauxpour la collectivit.

Les externalits telles que limpactsur lemploi, les bnces socitauxassocis lmergence dune liretechnologique dans un pays (accroissement

du savoir-faire, exportations), les externalitsnergtiques (critre dindpendance)ou environnementales (impacts en termesde GES, polluants, risques accidentels)ne sont pas traites.

Limites et perspectives

de ltude


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Le pilotage de ltude a t ralis par lADEME avec la participation de la DGEC.Il a mobilis les personnes suivantes :

LADEME a con la ralisation de ltude un consortium compos dArtelys,

ARMINES-PERSEE et Energies Demain.Les travaux ont t raliss par les personnes suivantes :

Direction de projet (Artelys) Laurent Fourni Chef de projet (Artelys)Alice Chiche

Modlisation des systmes nergtiques, simulation dquilibres offre-demande horaires,optimisation de systmes nergtiques, calculs conomiques (Artelys)Nathalie Faure, Rgis Bardet, Jean-Christophe Alais Connaissance et valuation des EnR non pilotables, mtorologie pour lnergie,et prvision court terme de la production EnR (ARMINES-PERSEE)Robin Girard, Arthur Bossavy, Loc Le Gars Modlisation et analyse de la demande nergtique (Energies Demain)Jean-Baptiste Biau, Ugo Piqueras, Colombe Peyrusse

Anne-Laure DubillyIngnieur au service Rseauxet Energies Renouvelables, delADEME

David MarchalAdjoint au chef de serviceRseaux et EnergiesRenouvelables, de lADEME

Jean-Michel ParrouffeChef de service Rseauxet Energies Renouvelables,de lADEME

Damien SiessDirecteur Adjoint Productionset Energies Durables,

de lADEME

Eric Vidalencconomiste au ServiceEconomie et Prospective,

de lADEME

Jonathan WeillDirection Gnrale de lEnergieet du Climat, du Ministre de

lcologie, du dveloppementdurable et de lnergie.

AUTEURS


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Dans un objectif de robustesse et de solidit scientique, les hypothses, mthodologies et rsultats

ont t confronts un comit scientique constitu dexperts nationaux et internationaux du domaine

de lnergie, la fois industriels et acadmiques (RTE, AIE, IDDRI, Mto France, SRU, Total).Les membres de ce comit scientique sont vivement remercis pour leur participation active

et leurs suggestions avises.

Ltude a galement t prsente 3 reprises un comit dchange runissant les diffrentes partiesprenantes de la lire. Les retours nombreux de ce comit ont permis damliorer ltude tout

au long de sa ralisation.

Artelysest une entreprise spcialise en optimisation, prvision et aide la dcision. A travers la ralisation

dune centaine dtudes et de projets logiciels dans le domaine de lnergie, Artelys est devenu un acteur de rfrence

en optimisation et analyse technico-conomique de grands systmes nergtiques. Artelys a notamment dvelopp

une suite logicielle, Artelys Cr ystal, ddie loptimisation conomique de la gestion et des investissements

sur les systmes nergtiques.

Le centreARMINES-PERSEE,Centre commun dARMINES et MINES ParisTech (ici dsignant plus particulirement

le groupe ERSEI) a dvelopp une expertise sur la modlisation de la production renouvelable variable et son intgration

au systme lectrique au cours des 25 dernires annes. Plus rcemment, les questions de lintgration de la productionrenouvelable au march de llectricit ont t intgres ce domaine dexpertise.

Energies Demaina dvelopp depuis plusieurs annes des outils permettant la reconstitution et la projection

de la demande nergtique toutes les chelles territoriales, allant de la commune la France. La modlisation

est ralise pour chaque usage individuellement pour chaque typologie dusagers . Lapproche Bottom-up

retenue sappuie sur une estimation des besoins unitaires, des taux dquipements et des modes dutilisation.


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Lademe en bref

LADEME est loprateur de ltat pour

accompagner la transition cologique

et nergtique. Cest un tablissement public

caractre industriel et commercial (EPIC) plac

sous tutelle conjointe du ministre de lcologie,

du Dveloppement durable et de lnergie

et du ministre de lducation nationale,

de lEnseignement suprieur et de la Recherche.

An de leur permettre de progresser dans leur

dmarche environnementale, lADEME met

disposition des entreprises, des collectivits

locales, des pouvoirs publics et du grand public

ses capacits dexpertise et de conseil.

Elle aide en outre au nancement de projets,

de la recherche la mise en uvre, et ce,dans les domaines suivants : la gestion des

dchets, la prservation des sols, lefcacit

nergtique et les nergies renouvelables, la

qualit de lair et la lutte contre le bruit.

www.ademe.fr

ADEME20, avenue du Grsill

8596

ISBNw

eb:979-1

0-2

97-0

227-3

Octobre2015

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