Étude sur le potentiel du stockage d énergies

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1 Vendredi 14 novembre 2014 Document produit par ENEA Consulting I 89 rue Réaumur, Paris I +33 (0) I

2 ENEA Consulting Identité Société de conseil indépendante de 25 personnées, fondée en 2007 Core business: transition énergétique, nouvelles énergies, industrie durable Modèle éthique: nous contribuons au développement via des missions pro bono pour l accès à l énergie dans les pays en développement (2000 jours) Quelques clients Producteurs et distributeurs d énergie Energie - intensifs Equipementiers et Engineering Startups et sociétés innovantes Institutions, secteur public Les Partners Notre offre Vincent Kientz 10 ans de Business Development Energie Industrie (KPMG, Altran) Business Angel cleantechs Expert FCE, HTC Emmanuel Julien 22 ans d industrie Ex VP Groupe Air Liquide Président Actys Bee Administrateur indépendant Laurent Jammes 22 ans de R&D Ex Dir Marketing et Technologies Schlumberger Carbone Services DG Actys Bee Expert R&D : ANR FP7, Corporate/Strategie Prospective énergétique, environnementale et sociale Conseil en stratégie et investissements sur les NTE Stratégie et Roadmap R&D / Innovation Etudes de marchés / études technico-économiques Operations/Projets Business models / Marketing technologique / Construction d offres Montage et pilotage de projets Gestion des parties prenantes / Engagement sociétal 2

3 Présentation du groupement ENEA Consulting expertise en prospective sur les technologies de stockage (coûts et caractéristiques physiques), analyse économique et business models Artelys modèles d optimisation de systèmes énergétiques, quantification, calculs économiques et financiers G2Elab connaissance du comportement physique des réseaux électriques et notamment des réseaux de distribution 3

4 Parties prenantes de l étude Comité de pilotage Industriels financeurs & contributeurs Contributeurs techniques 4

5 Objectifs de l étude Evaluer le potentiel du stockage stationnaire d énergies en France métropolitaine et DROM-COM, à horizon 2030 Identifier les filières technologiques les plus compétitives 30 filières de stockages étudiées (stockage d électricité, power to gas, stockage de froid et de chaleur ) Non traités : mobilité électrique, alimentation sans interruption, stockage nomade Identifier des leviers d actions pour le développement des filières 5

6 Sommaire Les services fournis par le stockage et les besoins de flexibilité Les technologies de stockage Etudes de cas en France en

7 Consommation annuelle (TWh) Puissance installée (GW) 3 Scenarios pour 2030 Des scénarios d étude publics différenciés Scénarios RTE Médian et Nouveau Mix Vision 2030 Ademe De 20 à 40% de la production électrique à partir d énergies intermittentes Forte maîtrise de la demande pour le scénario Ademe Nucléaire PV Eolien Hydraulique Autre 2012 Médian RTE Nouveau Mix RTE Vision ADEME Médian Nouveau Mix ADEME 7

8 9 Segments représentatifs Cogénération THT HTA/HTB Réseau de chaleur France Climatisation HTA/BT Site tertiaire ZNI 8

9 Méthodologie de calcul Calcul du gain pour la collectivité Calcul de surplus global Bénéfice cumulé pour l ensemble de la collectivité (tous acteurs confondus) Hors contexte réglementaire et tarif d achat Calcul réalisé à partir de simulations détaillées Une valorisation multi-services Diminution des coûts de production (valeur d arbitrage) Economies d investissement en pointe (valeur capacitaire) Economies d investissement réseau (traitement des congestions réseau) Services système (réserve tournante et régulation de tension) 9

10 Le besoin de flexibilité Sur une journée, le besoin de flexibilité dépend fortement du taux de pénétration du PV 20 GW de PV La production PV coïncide avec les périodes de forte demande Demande PV Demande nette de PV 11

11 Le besoin de flexibilité De nouvelles opportunités d arbitrage infra-hebdomadaire Contrairement au solaire, la production éolienne varie sur des cycles de plusieurs jours Des besoins de flexibilité infrahebdomadaire croissants 12

12 Sommaire Les services fournis par le stockage et les besoins de flexibilité Les technologies de stockage Etudes de cas en France en

13 Des technologies diversifiées pour répondre à ces besoins variés Temps de décharge Stockage thermique d électricité Energie Electrolyse AA-CAES 10 Heures Heures Nickel-Zinc Système de transfert par lest maritime ZEBRA VRB Zinc-Air Zn-Br Plomb-Acide Na-S STEP Marines STEP souterraine STEP Lithium-Ion Minutes Volants d inertie Super condensateurs Secondes Puissance 1 kw 10 kw 100 kw 1 MW 10 MW 100 MW 1GW Puissance 14

14 [ /MWh] [ /MWh] Évolution des coûts complets ( /MWh délivré) pour les technologies de stockage d électricité entre 2013 et 2030 sur le segment France STEP Na-S Li-ion H 2 PEM AA-CAES H 2 alcalin Zn-Br Pb-A 19

15 Sommaire Les services fournis par le stockage et les besoins de flexibilité Les technologies de stockage Etudes de cas en France en

16 k /MW/an France métropolitaine à horizon 2030 Contexte France métropolitaine (stockage d électricité) Une capacité de stockage installée déjà importante (13 GW hydro lac, 4,3 GW STEP) Des consommations électriques pouvant être déplacées (par ex. 13 à 20 TWh pour l eau-chaude sanitaire) Forte interconnexion avec les pays frontaliers Valorisation 60 à 150 k /MW/an en fonction de la durée de décharge Potentiel 1 GW à 2 GW de STEP 600 MW de stockage dédié à la réserve tournante (sous contrainte de faisabilité technique) Valorisation brute pour 1 MW (stockage 5h et rendement 80%) MDN NMX ADM Valorisation des arbitrages économiques Rémunération capacité France Rémunération réserve 21

17 k /MW/an Zones insulaires Contexte insulaire (stockage d électricité) Coûts de production d électricité élevés Forte variation de demande et de la production intermittente Valorisation 200 à 350 k /MW/an Potentiel MW pour les DROM-COM Potentiel important pour les zones faiblement interconnectées Pour de multiples technologies (CAES, STEP marines, batteries Li-Ion, Pb-A, Zn-Br ) Valorisation brute pour 1 MW (stockage 5h et rendement 70%) segment ZNI Valorisation des arbitrages économiques Rémunération capacité ZNI Réduction des arrêts-démarrages Rémunération réserve 22

18 Valorisation (k /MWhth/an) Stockage de chaleur Le stockage de chaleur permet : D arbitrer entre les combustibles De mieux piloter la cogénération vis-à-vis des marchés électriques De réduire les coûts d investissement Valorisation 1500 à 2500 /MWh th /an Potentiel 5 à 10 GWh th capacité de stockage installée 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 bois - gaz- UIOM Valorisation brute (stockage de chaleur) bois - gaz segment réseau de chaleur 75% EnR&R réseau urbain Meilleur pilotage de la cogénération papèterie segment cogénération Arbitrage (économie de combustible pour la chaleur) Economie CAPEX bois (économie d'échelle) Economie CAPEX gaz (pointe) 23

19 Recommendations Permettre le déploiement des systèmes de stockage créateurs de valeur Réaliser le potentiel identifié à à 2 GW de STEP en métropole 200 à 400 MW de stockage électrique distribué dans les DOM-TOM 5 à 10 GWh th de stockage couplés aux réseaux de chaleur Rémunérer le stockage d énergies à hauteur des services rendus Valoriser la flexibilité de la demande électrique avec les moyens de stockage d énergies Déjà présents (eau chaude sanitaire par exemple) ou à venir (pilotage de la charge des véhicules électriques notamment). Enjeux de 100 à 300 M /an 24

20 Qu en retenir pour les industries consommatrices? Le stockage et la flexibilité de la demande répondent au même besoin Les industries consommatrices peuvent concurrencer les technologies de stockage électricité électricité : Le stockage thermique couplé à une cogénération permet de fournir de la flexibilité au système électrique à un coût inférieur au stockage d électricité Le stockage d utilités, au sens plus large, permettra vraisemblablement de fournir de la flexibilité au système électrique de façon compétitive Le consommateur flexible tirera mieux son épingle du jeu des évolutions du marché de l électricité à venir Une demande flexible est de plus en plus valorisable sur les marchés A long terme, les industries consommatrices pourraient bénéficier du déploiement de technologies tirant parti des périodes de bas prix sur les marchés de l électricité, power-to-heat par exemple 25

21 89 rue Réaumur, Paris Olivier Lacroix Directeur technique Tel : +33 (0) olivier.lacroix@enea-consulting.com Document produit par ENEA Consulting I 89 rue Réaumur, Paris I +33 (0) I