Mutation des Systèmes énergétiques et des réseaux

Le Groupe Programmatique « Réseaux et Stockage » de l’ANCRE

représenté par ses animateursN. Hadjsaïd, N. Mermilliod, P. Brault

Le 29 avril 2014

Plan de la présentation

Les Invariants des systèmes énergétiques Eléments des approches dédiées « réseaux » Les Trois scenarios de l’ANCRE: Sobriété, Electricité, Vecteurs

énergétiques diversifiés Leurs impacts sur l’adaptation offre/demande sur les réseaux

d’énergie Verrous et axes de R&D conséquents Comparaison des 3 scenarios

Eléments de conclusion

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Les Invariants des systèmes énergétiques

Optimisation des systèmes énergétiques Développement de « l’intelligence » des réseaux et services aux

réseaux Stockage (différentes formes, échelles et localisation) Conversion entre vecteurs d’énergie Sûreté globale et cyber sécurité

Efficacité énergétique et flexibilité Pour la production d’énergie Et pour tous les usages de l’énergie, yc effacement

Offre et intégration des renouvelables dans les réseaux Evaluation et réduction des coûts d’adaptation des systèmes Gestion de l’intermittence Services aux réseaux

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Invariants dont les poids et orientations respectifs

seront dépendants des scenarios

Mutation des systèmes énergétiques

Une approche qui doit aller du local au global micro-grid (quartier, village) maille régional (réseau de distribution avec plusieurs postes sources ) maille nationale et européenne (réseau de transport)

Une approche qui doit tenir compte : de la complexité croissante et de la rapidité du changement de paradigme

(ENR, multiplicité des acteurs, des vecteurs énergétiques, nouveaux usages, …) des contraintes :

• technique : bâtir à partir de l’existant• économique • réglementaire

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Le contexte de cette mutation « à garder à l’esprit »:

Autoconsommation en croissance, stockage délocalisé, rôle consom-acteurs

Importance des agrégateurs d’effacement et de services énergétiques y compris aux particuliers supports technologiques simples

Intelligence par le pilotage de la demande impact fort sur le consommateur Développement des réseaux chaleur alimentés en particulier par récupération d’ énergie

Moindre dépendance à la température (par amélioration de l’habitat) Développement limité des infrastructures de transport / distribution électrique

(essentiellement rajeunissement et intelligence) Besoin accru de flexibilité du réseau électrique : situations spatiales et temporelles

contrastées (entre Nord et Sud et aux différentes heures de la journée) coûts systèmes

Nécessité d’une maintenance préventive des réseaux

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Scenario « Sobriété renforcée »« la réduction des émissions découlant de la consommation d'énergie fera ici essentiellement appel au triptyque sobriété (notamment à travers des modifications très significatives en termes d'usages et de comportements), efficacité énergétique et développement des renouvelables, ainsi que de manière résiduelle au gaz pour la production d'électricité. »

Quels impacts sur les réseaux ?

Sociologique: Evolution modes de consommation, restrictions , acceptabilité des technologies (qui décident

pour vous) Technique usagers

Développement de technologies « simples », plug & play, voire ludiques en IHM, … Technique réseaux :

Développement d’architectures locales du réseau électrique R&D sur couplages réseaux élec-chaleur et télécom R&D technos bas coût pour stockage local et récupération d’énergie (basse température) Développement et couplage de toutes les flexibilités Maintenance préventive des réseaux dans un cadre incertain

Economique, organisationnel & réglementaire (entre incitation et a posteriori) : Quels coûts systèmes et modèles économiques pour le partage des investissements et de

la valeur (effacement, sobriété, ROI dont ROI récupération d’énergie,..) Rôles respectifs des opérateurs traditionnels et des acteurs du web

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Scenario « Sobriété renforcée »« la réduction des émissions découlant de la consommation d'énergie fera ici essentiellement appel au triptyque sobriété (notamment à travers des modifications très significatives en termes d'usages et de comportements), efficacité énergétique et développement des renouvelables, ainsi que de manière résiduelle au gaz pour la production d'électricité. »

Verrous et R&D

Scénario "Décarbonation par l’électricité"

Production locale (PV ou µ-cogen (méthane « vert », H2)) , stockage distribué, et auto-consommation Croissance parc de véhicules électriques/hybrides articulation avec système électrique (V2G et G2V)

Evolution du réseau vers des « cellules locales optimisées » et couplées au réseau Stockage face aux ENR intermittentes:

stockage distribué (VE, bâtiment) et/ou centralisé (service réseau, stockage intersaisonnier,…)

Dépendance plus forte entre les réseaux de distribution et de transport Besoin d’un foisonnement renforcé par les réseaux

Renforcement du réseau de distribution (introduction des ENR et foisonnement local ) Renforcement réseau transport (pour permettre l’acheminement et l’intégration européenne)

Sûreté du réseau , et sûreté liée au couplage des réseaux, cybersécurité

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La décarbonation de la consommation d'énergie primaire reposera sur un triptyque efficacité énergétique, électricité d'origine renouvelable (intermittente ou "dispatchable") et nucléaire. L'électricité à faible contenu en carbone se développe comme vecteur et pénètre dans de nouveaux usages (industrie, transports, production d'hydrogène etc.).

Quels impacts sur les réseaux ?

Scénario "Décarbonation par l’électricité"

Sociologiques: intégration consommateur dans la chaîne énergétique (production locale, stockage local, V2G, pompe à chaleur,..;)

Technique Développement de stockages bas coûts, haute densité, …et leur intégration aux différentes échelles Observabilité et intelligence renforcée du réseau à toute les échelles, acquisition et traitement de grandes

quantités de données ; visualisation méta données Développement des méthodes d’anticipation de la production et de la demande; détermination précise des

besoins de réserve dans un cadre incertain Développement de nouvelles méthodes de gestion et couplage des infrastructures électriques et

communication (gestion flottes véhicules, etc…), pour une meilleure adéquation dynamique offre/demande, Réseaux DC maillés et Supergrids

Economique, organisationnel et réglementaire : Juste détermination des coûts systèmes et de la valeur de la capacité (en effacement et en réserve, éviter le

déclassement d’actifs flexibles) Répartition du poids des investissements sur toutes les parties prenantes Intégration d’une part croissante des industries auto-productrices

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la décarbonation de la consommation d'énergie primaire reposera sur un triptyque efficacité énergétique, électricité d'origine renouvelable (intermittente ou "dispatchable") et nucléaire. L'électricité à faible contenu en carbone se développe comme vecteur et pénètre dans de nouveaux usages (industrie, transports, production d'hydrogène etc.).

Verrous et R&D

Scénario « Vecteurs diversifiés"

Prise en compte intégrée dans l’urbanisme des différents réseaux (élec, gaz, chaleur, info): développement par quartiers, smart-cities

Développement des réseaux de chaleur, yc BT, réseau de froid, stockage chaud/froid Autoconsommation à l’échelle des quartiers stockage taille intermédiaire Développement filière H2, couplé réseau gaz et stockage énergie par H2 Diversification du parc : Véhicules élec , H2, gaz Intelligence par le pilotage de la demande des quartiers et de la ville

Intégration des ENR multi-vecteurs (solaire thermique, PV, éolien, biogaz, hydro, géothermie…)

Récupération d’énergie (rejets industriels, rejets eaux usées, …) Sûreté en prenant le couplage de tous les réseaux (yc communication) et risques effets de cascade.

Interdépendance entre les marchés gaz, électricité voire chaleur Développement contrasté des trois réseaux en fonction des spécificités des territoires

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la décarbonation de la consommation d'énergie primaire s'appuiera sur l'efficacité énergétique et un renforcement limité des usages électriques, mais l'accent sera mis sur de nouveaux vecteurs dans des systèmes énergétiques locaux (notamment chaleur basse température sur récupération et sources renouvelables) et des vecteurs énergétiques conventionnels, liquides ou gazeux, principalement d'origine biologique

Quels impacts sur les réseaux ?

Scénario « Vecteurs diversifiés"

Sociologique Intégration du consom’acteur au niveau territoire y compris quartier/ville, et rôle accru des collectivités

(orientation politique des choix énergétiques)

Technologique Modèles couplés multi-vecteurs, multi-agents et multi-infrastructures: système de systèmes Stockage des différentes énergies dont chaleur et froid Observabilité des réseaux multi énergie: capteurs, traitement de l’information, méta données, usages et

partage des données Technos power to gaz, filière H2 Intégration des ENR multi-vecteurs (solaire therm., PV, éolien, biogaz, hydro, géothermie…) à large échelle Outils d’aide à la décision pour les parties prenantes dont les collectivités Articulation centralisé/décentralisée et nouvelles architectures du réseau électrique notamment

Economique, réglementaire et organisationnel Modèles économiques, coûts systèmes et Valeur de la flexibilité sur les trois vecteurs Interdépendance entre les marchés des trois énergies Coopération renforcée entre les parties prenantes, dont partage des données

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la décarbonation de la consommation d'énergie primaire s'appuiera sur l'efficacité énergétique et un renforcement limité des usages électriques, mais l'accent sera mis sur de nouveaux vecteurs dans des systèmes énergétiques locaux (notamment chaleur basse température sur récupération et sources renouvelables) et des vecteurs énergétiques conventionnels, liquides ou gazeux, principalement d'origine biologique

Verrous et R&D

Synthèse Impact des 3 scénarios

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Les Impacts Sobriété Renforcée Electricité Vecteurs

DiversifiésUsagers et parties prenantes

Composants & Systèmes

Economiques, réglementaires, organisationnels

• Influence positionnement consom-acteur

• Agrégateurs de capacité (effacement, stockage,…)

• Rôle des Collectivités, place urbanisme

• Stockages à échelles des énergies, P2G

• Quartiers « autonomes » (prod, stockage, gestion locale)

• Développt Réseaux de chaleur et récupération d’énergie

• Intégration des ENR (multi-vecteurs) à large échelle

• Besoin de flexibilité, foisonnement

• Pilotage par la demande

• Parc croissant VE et VHE, LGV, recharges élec, gaz

• Sûreté des réseaux, cybersécurité

• Renforcement des réseaux électriques

• Nouveaux services énergétiques

• Modèles économiques, coûts systèmes , Valeur flexibilité

• Interdépendance entre les marchés des trois énergies

• Prise en compte spécificités locales (ressources, économie)

Synthèse Verrous et axes de R&D

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Verrous / axes R&D Sobriété Renforcée Electricité Vecteurs

DiversifiésSociologiques

Techniques

Economiques, réglementaires, organisationnels

• Intégration du consom-acteur

• Acceptabilité des technos, Contraintes basse conso

• Rôle accru des collectivités

• Stockage à échelles des énergies

• Observabilité des réseaux (capture, analyse big data)

• Nouvelles architectures du réseau électrique

• Intégration des ENR multi-vecteurs à large échelle

• Technos power to gaz, filière H2

• Outils d’aide à la décision (parties prenantes, collectivités)

• Modèles multi-vecteurs, multi-agents, multi-infrastructures

• Anticipation Offre et Demande

• Modèles économiques, coûts systèmes , Valeur flexibilité

• Interdépendance entre les marchés des trois énergies

• Coopération renforcée entre les parties prenantes, dont partage des données

Quelques éléments de conclusion

Réseaux: Coûts systèmes à évaluer ; investissements réseaux et valeur de la

flexibilité à partager Donnent de la valeur aux utilisateurs (producteurs, consommateurs) Importance & impact du foisonnement

Sortir du raisonnements par filière et penser SYSTÈME Energétique global Intégrer la dimension « réseaux » dans les scénarios de transition

énergétique Intelligence dans la coopération local/global (réseaux)

Mélange des cultures à renforcer Programme R&D multi disciplinaire: sciences techniques et SHS R&D Intégrant la dimension européenne des réseaux R&D Intégrant la dimension export: international

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