Introduction au fonctionnement des. Atelier des 18 et 19 Décembre 2008 Tunis (CF Khelidia)

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1 Introduction au fonctionnement des marchés de l électricité Atelier des 18 et 19 Décembre 2008 Tunis (CF Khelidia)

2 Plan de l atelier 1. Principes fondamentaux du marché 2. Conséquences pour un opérateur intégré 3. Nouveau découpage des fonctions 4. Missions de la Régulation 5. Tarification de l accès aux réseaux 6. Spécificité du produit électricité 7. Services systèmes 8. Mécanisme d ajustement 9. Règlement des écarts 10. Pertes des réseaux 2

3 Le marché ou des marchés? Un marché c est un ensemble constitué de clients consommant un bien, un service, produit par des producteurs et vendus par des fournisseurs. Créer le marché de l électricité c est développer et organiser la concurrence entre plusieurs producteurs et plusieurs fournisseurs, là où il n existe auparavant qu un seul producteur et un seul fournisseur sur une zone donnée. Le client devient éligible: il a le choix de son fournisseur Le prix du bien est fixé par la loi offre-demande 3

4 Le marché ou des marchés? Tous les Etats qui ont créé leur marché ont développé une architecture et des règles, toutes deux initialement adaptées au secteur électrique pré-existant avant l ouverture du marché. De ce fait on constate une grande diversité de conception de marché et de règles de marché: Il n y a pas une meilleure solution unique, mais il y a convergence vers des principes communs. Même à l intérieur de l UE, il existe des marchés différents d un pays à l autre. 4

5 Les raisons du changement: multiples et variées, non cumulatives 80-90: Mouvement idéologique mondial vers plus de compétition et moins d état. exemple aux USA : , libéralisation des prix des hydrocarbures : transport aérien, IPP : démantèlement du système BELL 5

6 Les raisons du changement Surplus des capacités de production combinés aux écarts de prix entre états aux USA et entre pays européens Pression des industriels et des gros consommateurs pour une réduction des prix Privatisation des monopoles étatiques, pour attirer des investisseurs Progrès technologiques des moyens de production favorisant l émergence de nouveaux acteurs. 6

7 Les raisons du changement Dans l Union Européenne: volonté politique de créer à terme le marché interne de l électricité. La directive européenne de 1996 sur la libéralisation des marchés de l électricité doit être transposée en lois nationales. ( transposition en France , ouverture par seuil: 16 GWh, 7GWh (2003),professionnels en 2004, résidentiels en 2007 ) 7

8 1-Principes fondamentaux Introduction de la concurrence partout où c est possible et prioritairement donc dans la production et la fourniture(vente) aux clients finals. Libre accès des producteurs, fournisseurs et clients aux infrastructures de réseaux de transport et de distribution(pas de barrières à l entrée ni à la sortie-atr) Les infrastructures de transport et de distribution continuent de fonctionner en monopole naturel Mise en place d une fonction de Régulation 8

9 2-1 Conséquences pour l opérateur historique intégré Séparation des activités concurrentielles des activités en monopole: Production-Vente, Transport-Distribution Selon les pays, la séparation peut être totale ou progressive suivant l ordre: séparation comptable, puis juridique, managériale, et finalement patrimoniale 9

10 2-1 Conséquences pour l opérateur historique intégré Fonctions intégrées Production Dispatching Transport Distribution commercialisation Marché ouvert??? Séparation des fonctions Quelle structure Nouveaux acteurs 10

11 3-Nouveau découpage des fonctions et des Opérateurs 3.1 Organisation de la concurrence: contrat bilatéral de gré à gré entre un producteur et un fournisseur (OTC), coexistant avec une Place de marché facultatif( Bourse) pour organiser les offres de ventes-achats de gros entre des producteurs et des fournisseurs. Cette place est gérée par un Opérateur de Marché. Place de marché obligatoire: pool.(sans OTC)- ( tend à disparaître-existe encore en Espagne) 11

12 3-Nouveau découpage des fonctions et des Opérateurs 3.2 Fonction Opérateur de Marché: Organise la vente et l achat de produits standards comme par exemple: - des blocs d énergie achetés en J-1 pour livraison en J ( day-ahead) - des produits future, i.e. achetés pour livraison à terme dans un mois, un an, 12

13 3-Nouveau découpage des fonctions et des Opérateurs Fonction Opérateur de Marché de gros: Reçoit en J-1 les enchères de ventes et d achats par couples( quantité-prix) pour chaque demi-heure du jour J et fixe le prix du marché (Spot) pour chaque demi-heure de J (day-ahead market) Gère le règlement financier des transactions de vente-achat Transmet à l opérateur système les quantités vendues par chaque producteur et celles achetées par chaque fournisseur. 13

14 3-Nouveau découpage des fonctions et des Opérateurs les prévisions: Les acteurs du marché réalisent leurs transactions à partir de leurs prévisions de ventes et d achats Les producteurs, fournisseurs, clients industriels sont responsables de l équilibre entre leurs prévisions de production, de consommation et la réalisation effective de cette prévision. 14

15 3-2-3 principe de fixation du prix Spot par couple prix-quantité Euros/MWh Offre agrégée Prix spot Demande agrégée Quantités MWh 15

16 3-2-3 principe de fixation du prix Spot par couple prix-quantité Les offres sont classées du moins cher au plus cher Les demandes sont classées du plus cher au moins cher Le prix du marché( MCP: marginal clearing price) et la quantité sélectionnée(mcv: marginal clearing volume) correspondent à l intersection des 2 courbes Les producteurs dont les prix sont en dessous du MCP sont sélectionnés. Les acheteurs dont l offre de prix est supérieur au MCP sont sélectionnés.ils règlent la quantité achetée au prix unique MCP. 16

17 3-Nouveau découpage des fonctions et des Opérateurs 3.3 Fonction Opérateur du système: Il conduit le système électrique Productiontransport-distribution, qui reste physiquement intégré. il coordonne l exploitation des moyens de productions, des infrastructures des réseaux de transport et de distribution Il est responsable de la sûreté du système,. ( continuité du service 24h/24, 365 jours/365) 17

18 3-Nouveau découpage des fonctions et des Opérateurs 3.3 Fonction Opérateur du système: Il est responsable de l équilibre global production=consommation (à 50Hz) en temps réel. Il effectue les prévisions de courbes de charge et des réserves de puissance. Il gère les congestions,les échanges internationaux, les services système,le mécanisme d ajustement et le règlement des écarts, dans le cadre de fonctionnement du marché ouvert. 18

19 3-Nouveau découpage des fonctions et des Opérateurs 3.4 Fonction gestionnaire du réseau de Transport: Il entretient les infrastructures du réseau de transport Il exploite les ouvrages du réseau en coordination et le cas échéant sur instructions de l opérateur système. Il développe les nouveaux ouvrages 19

20 3-Nouveau découpage des fonctions et des Opérateurs 3.4 Fonction gestionnaire du réseau de Transport: Il assure le libre accès des tiers au réseau, il réalise les travaux de raccordement, les prestations de comptage, Il gère les contrats d accès au réseau de transport signés avec les utilisateurs du réseau( CART) Il transmet à l opérateur système les données d injection et de soutirage des utilisateurs ayant signé un contrat CART(pour le règlement des écarts). 20

21 3-Nouveau découpage des fonctions et des Opérateurs 3.5 Fonction gestionnaire du réseau de distribution: Il entretient les infrastructures du réseau de distribution Il exploite les ouvrages du réseau, le cas échéant en coordination avec le GRT Il développe les nouveaux ouvrages 21

22 3-Nouveau découpage des fonctions et des Opérateurs 3.4 Fonction gestionnaire du réseau de distribution: Il assure le libre accès des tiers au réseau, il réalise les travaux de raccordement, les prestations de comptage,de relève, de dépannage, Il gère les contrats d accès au réseau de distribution signés avec les utilisateurs du réseau( CARD) Il transmet à l opérateur système les données d injection et de soutirage des utilisateurs ayant signé un contrat CARD(pour le règlement des écarts). 22

23 Nouveau découpage des fonctions et Opérateurs Les Fournisseurs ou commercialisateurs Compagnies, publiques ou privées, qui achètent de l énergie en gros, en contrats bilatéraux ou à la bourse, et qui les revendent «au détail» aux clients finals qui ont choisi de signer un contrat avec elles. Les énergies achetées sont acheminées des producteurs chez les clients par les réseaux de transport et /ou de distribution. 23

24 Nouveau découpage des fonctions et Opérateurs Les Fournisseurs ou commercialisateurs Ils ont la possibilité de vendre d autres services et produits que le produit énergie électrique: -gaz, -dépannage après compteur des circuits électriques et d eau,installation de panneaux solaires, etc.. 24

25 Nouveau découpage des fonctions et Opérateurs Les distributeurs historiques Séparation( comptable, managériale, juridique) de la fonction de commercialisation(vente) de la fonction de distribution(accès-acheminementexploitation). Gestion plus complexe de la clientèle de masse avec des clients éligibles qui ont choisi un autre fournisseur, ou bien qui sont restés avec le fournisseur historique, ou bien qui ne sont pas éligibles. 25

26 Nouveau découpage des fonctions et Opérateurs Les distributeurs historiques obligation de distribuer et de vendre aux clients non éligibles, au tarif réglementé obligation de distribuer aux sites éligibles, qui ont choisi d acheter leur énergie à un autre fournisseur que le fournisseur historique obligation de distribuer et possibilité de vendre aux éligibles qui ont choisi de rester avec le fournisseur historique pour l achat d énergie. 26

27 3.5.3 Relations contractuelles Fournisseur A GRD Fournisseur H Contrat Accès réseau Client Industriel. Contrat cadre GRD-Fournisseur Pour les accès Contrat fourniture Fournisseur B abonnement Non éligibles C.U. éligibles CU: contrat unique Fourniture et accès Eligibles Résidentiels,petits commerces 27

28 Nouveau découpage des fonctions et Opérateurs 3.6 Les Producteurs Compagnies, publiques ou privées, en principe libres de produire et de proposer leur production aux clients, aux fournisseurs, à travers des contrats bilatéraux et/ou des enchères à la bourse. Les producteurs peuvent proposer des prestations de services système et d ajustement à l OS. Les opérateurs historiques intégrés doivent séparer l activité de production de celles d acheminement 28

29 producteur P P IPP OTC Serv.système/ ajustement interconnexion OS GRT Client éligible Bourse Ou pool Acheminement physique GRD Client C fournisseur Fournisseur Légende : contrat= 29

30 4- Les missions de la Régulation Développer, organiser le marché libéré( la concurrence) veiller à la saine concurrence, arbitrer les contentieux. Organiser l accès aux réseaux de transport et de distribution, surveiller le bon fonctionnement des OS-GRT et GRD, les pénaliser si nécessaire. Imposer les obligations de services publics décidés par l Etat et surveiller leur mise en œuvre effective par les acteurs.(rachat énergie verte, peréquation, clients sensibles, ) Prévoir, avec les opérateurs, les besoins futurs en moyens de production. 30

31 4- Les missions de la Régulation 4.1 Développer le marché progressivement Un site éligible est un site qui a le droit de contracter avec le fournisseur de son choix. Les régulateurs ont ouvert les marchés d abord par l éligibilité des sites industriels (seuil en GWh), puis celle des petites et moyennes entreprises (seuil en MWh), puis l éligibilité des sites résidentiels. Les sites non éligibles restent avec l opérateur historique et paient l énergie (P+T+D+Fourniture) au tarif proposé par le régulateur, décidé par l état. 31

32 4- Les missions de la Régulation 4.2 Veiller à la saine concurrence Surveiller le jeu de la concurrence, dénoncer les ententes qui tendent à faire monter les prix sans raisons, identifier les comportements abusifs, proposer des mesures correctives pour améliorer la concurrence 32

33 4- Les missions de la Régulation 4.3 Surveiller les pratiques des opérateurs OS- GRT-GRD S assurer que les opérateurs ont un fonctionnement transparent, non discriminatoire. Veiller à l absence de subventions croisé. S assurer que la qualité du produit et la qualité des services sont conformes aux normes spécifiées et ne se dégradent pas. 33

34 4- Les missions de la Régulation 4.4 Veiller à la viabilité économique des opérateurs de réseau, au moindre coût pour les clients finals. Concevoir une structure tarifaire et proposer un niveau tarifaire permettant aux opérateurs de: -couvrir les coûts de fonctionnement et d entretien -d amortir les investissements passés -d engager les investissements d extension et de modernisation -éventuellement de rémunérer l actionnaire, étatique ou privé Inciter les opérateurs à la plus grande efficacité 34

35 4- Les missions de la Régulation Dans tous les marchés ouverts, l Etat a créé une entité autonome, indépendante des ministères de tutelle, chargée d exercer les missions de Régulation du marché et appelée le Régulateur. Le régulateur réalise ses missions en cohérence avec les décisions règlementaires du ministère de tutelle. 35

36 4- Les missions de la Régulation Dans la plupart des cas,le ministère de tutelle a les principales responsabilités suivantes: Définir la politique industrielle du secteur ( filière technologique à développer, etc ) Définir les lois réglementant l organisation du secteur électrique Définir les obligations de service public ( tarif aux clients sensibles, peréquation, ) Approuver les tarifs des clients non éligibles 36

37 5-Tarification de l accès aux réseaux Les régulateurs ont en pratique le choix entre 2 méthodes: Le prix plafond( price-cap) Pannée-1=Pannée-0(Indice de prix-x) X= coefficient de gain de productivité, fixé par le régulateur Le coût complet (cost plus) le tarif couvre tous les coûts+marge bénéficiaire méthode utile pour inciter l opérateur à anticiper des investissements 37

38 5-Tarification de l accès aux réseaux Tous les utilisateurs raccordés à un réseau (de transport ou de distribution) paient le tarif d accès et d acheminement à ce réseau: la facture du client éligible indique séparément le coût du réseau et celui de la fourniture Ainsi un GRD paie au GRT l accès et l acheminement de l énergie injectée aux postes source délimitant la frontière électrique entre le GRD et le GRT. 38

39 5-Tarification de l accès aux réseaux Dans certains réseaux longitudinaux, le tarif de l acheminement dépend de la distance entre les sources d injection et les sites de soutirage Dans la plupart des réseaux européens, très maillés, ce tarif dépend du niveau de tension de raccordement et de la quantité d énergie transitée, mais il est fixé indépendamment de la distance entre les sources d injection et les sites de soutirage;impossibilité de calculer la distance parcourue un tel tarif est appelé tarif timbre-poste Per-équation:même tarif quelle que soit la zone. 39

40 5-Tarification de l accès aux réseaux Les prestations incluses dans le tarif d accès et d utilisation des réseaux varient d un pays à l autre; selon les pays on trouve tout ou partie des services suivants : Comptage, télérelève, relève, traitement et mise à disposition des données de comptage, éventuellement profilage pour un GRD Gestion du contrat d accès pour soutirage et/ou injection, gestion du changement de fournisseur, facturation de l énergie transitant sur le réseau Exploitation et maintenance du réseau Services systèmes, cas où OS et GRT sont une seule entité Investissement pour renforcement ou développement de réseau Achat des pertes des réseaux 40

41 6-Spécificité du produit électricité Non stockable, doit être produit en temps réel Non traçable et le produit obéit aux règles de circulation des flux( lois de Kirchof). Nécessité de maintenir l équilibre global Production=consommation, à 50 Hz en temps réel, sinon risque d effondrement du réseau. Nécessité de maintenir la tension à sa valeur nominale aux différents nœuds du réseau et de compenser l énergie réactive. 41

42 6-Spécificité du produit électricité La fréquence est contrôlée pour rester dans la plage 49,5-50,5 Hz, pour permettre le fonctionnement optimal des matériels électriques la fréquence baisse quand Consommation>Prod. i.e. la puissance de prod<puissance de la charge la fréquence augmente quand Conso<production Tous les réseaux électriques interconnectés ont la même fréquence en fonctionnement normal synchrone. ( cas des réseaux interconnectés du Maghreb). 42

43 6-Spécificité du produit électricité La fréquence est réglée en permanence car Conso et Prod varient en permanence. Le réglage de la fréquence s effectue par le réglage de la puissance des moyens de production. Ce réglage dépend donc des réserves de puissance (prévues par l opérateur système en fonction de ses prévisions) hiérarchisées selon leur temps de réponse. 3 types de réglage : primaire, secondaire et tertiaire. 43

44 6-Spécificité du produit électricité 3 réserves avec 3 réglages associés: Réserve primaire pour le réglage primaire automatique et localisé d unités de production,assurant un équilibre stable au voisinage de 50 Hz. Intervention instantanée et déploiement en 30 secondes.action sur puissance mécanique du groupe par régulateur de vitesse. Réserve secondaire pour le réglage secondaire centralisé«fréquence/puissance» d unités de production,ramenant à f=50 Hz et respectant les contrats d échanges internationaux. Intervention en 30 sec. Et déploiement total en 15mn. Fournie par groupe tournant en fonctionnement ou à démarrage automatique rapide. Réserve tertiaire( capacité de production et ou d effacement de consommation) pour le réglage manuel tertiaire, qui réalise une exploitation optimale et/ou une reconstitution des réserves secondaires.intervention en 30mn au plus. 44

45 7- Services Système et réserves Le réglage primaire de la fréquence, le réglage secondaire de la (fréquence/puissance), le réglage de la tension-puissance réactive: Services appelés «services système» fournis à tous les utilisateurs du réseau de transport, par l opérateur système. Ces services ne font pas partie du marché de l énergie proprement dit mais ils sont nécessaires au bon fonctionnement et à la sécurité du système. 45

46 7- Services Système et contrats L OS négocie avec les producteurs et les fournisseurs les contrats nécessaires à l exécution des services système. Le contrat précise les conditions techniques,juridiques et financières de l acquisition par l OS des contributions des groupes de production aux réglages de la fréquence et de la tension. 46

47 7- Services Système et contrats Les coûts des services systèmes sont couverts par une composante du tarif d utilisation et d acheminement du réseau de transport, tarif facturé par l OS aux signataires d un contrat d accès au réseau de transport (CART) 47

48 7- Services Système et programmation de mise en oeuvre Exemple : procédure utilisée par RTE Opérateur Système Prévision des Besoins de Réserves 1 et 2 Offres de réserves programmation Producteurs 48

49 8-Réglage tertiaire et mécanisme d ajustement La réserve tertiaire est une réservation de puissance mobilisable en 15/20 mn, selon les besoins en temps réel Cette puissance est mobilisée par l OS par le mécanisme d ajustement, qui permet ainsi d assurer l équilibre global offredemande et la résolution des congestions sur le réseau de transport. 49

50 8-Gestion du mécanisme d ajustement La totalité de la puissance non utilisée mais techniquement disponible sur chacune des installations de production doit en principe être mis à la disposition de l OS par les producteurs dans leurs offres d ajustement. ( en France, c est une règle légale) 50

51 8- Gestion du mécanisme d ajustement L Opérateur système organise le marché d ajustement pour anticiper en J-1 les besoins prévisionnels d ajustement en J. 51

52 8- Gestion du mécanisme d ajustement OS(RTE) Gestion des offres Prévisions d injection 16Hprogramme d appel 19Hprogramme de marche Producteurs Définition des besoins d injection programme pour le lendemain 52

53 9-Règlement des écarts L OS a acheté les énergies d ajustement pour réaliser l équilibre P=C par ex. un producteur a programmé une production de 10 pour J. Il tombe en panne en J; il est en écart de (-10). Son client a consommé pourtant 10, fournis en fait par l ajustement activé par l OS. L OS ajuste pour la totalité des écarts La quantité totale d ajustement activée par l OS (sans l ajustement pour résoudre une congestion) est la somme des écarts individuels de chaque acteur de soutirage ou d injection. 53

54 9-Règlement des écarts, exemple d un site de soutirage MW Ecart négatif Courbe de charge(de soutirage) Achat en bourse Quantité injectée, achetée en contrat bilatéral Écart positif T 54

55 9-Règlement des écarts, Mutualisation Les exemples montrent que les acteurs de soutirage et d injection ont intérêt à mutualiser leurs écarts pour les réduire au minimun. Ainsi ces acteurs subiront des pénalités financières minimales. 55

56 9-Règlement des écarts, Responsable d équilibre Cas du marché France: Le mécanisme de Responsable d équilibre (RE) a été mis en place pour permettre aux acteurs de mutualiser leurs écarts et de réduire les risques financiers Un RE a un périmètre( portefeuille) composé d éléments d injection et d éléments de soutirage; ces éléments du périmètre ont signé avec le RE un contrat d assurance-écarts. 56

57 9-Règlement des écarts, Responsable d équilibre l écart total du périmètre est inférieur à la somme des écarts individuels des sites du périmètre. Le RE devient financièrement responsable de l équilibre(du déséquilibre) entre injection et soutirage sur son périmètre. 57

58 9-Règlement des écarts, Responsable d équilibre Le RE signe avec l OS( RTE) un contrat dans lequel il s engage à régler à l OS les écarts calculés a posteriori par l OS sur son périmètre. Ainsi chaque producteur ou acheteur de gros ( fournisseur, site industriel, GRD) doit notifier à l OS( RTE) le nom de son RE En général le RE est un fournisseur, mais n importe quelle entité peut jouer ce rôle à condition de signer un contrat de RE avec l OS. 58

59 9-Règlement des écarts, Responsable d équilibre Pour le GRD: chaque site est rattaché à un RE Le RE signe aussi avec les GRD un contrat pour: La gestion de son périmètre raccordé aux GRD( éléments d injection et de soutirage raccordés au réseau des GRD) Le traitement des courbes de charge de ses sites d injection et de soutirage, télérelevées et «profilées» par les GRD. 59

60 9-Règlement des écarts, calcul A posteriori, l OS calcule pour chaque RE l écart, par pas demi-horaire, entre les injections : des sites physiques+des imports déclarés+des achats déclarés et les soutirages : des sites physiques+des exports déclarés+des ventes déclarés 60

61 9-Règlement des écarts, calcul Principe du calcul des écarts d un RE: Injections Production réalisée Importation déclarée Achat à d autres acteurs,déclaré Soutirages Consommation réalisée Vente déclarée à d autres exportation ECART 61

62 9-Règlement des écarts, prix Exemple France: Le prix des écarts est directement lié au mécanisme d ajustement. Si pour un RE injection<soutirage - l injection manquante est facturée au RE au prix du marché Spot, si la tendance d ajustement du système est à la baisse - l écart est facturé à un prix supérieur au Spot si la tendance d ajustement est à la hausse, car cet écart contribue à accroître l écart global. 62

63 9-Règlement des écarts, prix Exemple France: Si pour un RE injection>soutirage - l OS achète le surplus d injection au RE au prix du marché Spot, si la tendance d ajustement du système est à la hausse - l OS achète à un prix inférieur au Spot si la tendance d ajustement est à la baisse, car cet écart contribue à accroître l écart global. 63

64 10 -Acheteur Unique Une autorité négocie avec les producteurs pour la fourniture de l énergie et des services associés. Elle agit au nom de tous les consommateurs dont elle a la charge de fourniture: régies de distribution, gestionnaire du réseau de transport( pour la couverture des pertes), 64

65 10 -Acheteur Unique Cette autorité peut aussi être responsable de l appel des moyens de production par ordre de mérite, de l optimisation coordonnée des moyens de production et du réseau de transport ( gestion de congestion) Le modèle d acheteur unique est une étape intermédiaire entre la production monopolistique et la concurrence. 65

66 10 -Acheteur Unique Dans ce modèle: qui gère les services systèmes (réserves 1, 2 et 3 ), les ajustements, les écarts? les pertes? Comment est répercuté aux consommateurs le coût d achat de l énergie, ( pass-through, subventions?) Comment l autorité fait elle ses prévisions d achat? 66

67 11 -Eoliennes Production d un volume aléatoire et difficile à prévoir avec précision Le contrôle de la production éolienne nécessite aussi une Prévision et une gestion des réserves en back-up, ou de la réduction de puissance de moyens de production avec une grande rapidité. Achat obligé? Prix garanti( cost-plus) à long terme ou quantité?qui supporte les coûts d ajustement? 67

68 12- les pertes du système L acheminement de l énergie contractualisée occasionne une consommation intrinsèque du réseau communément appelée pertes, (dues à l effet joule) : En UK, le fournisseur prend en charge les pertes occasionnées par ses ventes d énergie (% forfaitaire). En France, les pertes sont mutualisées et achetées par RTE et par les GRD, sur le marché de gros. Les coûts des pertes sont inclus dans les tarifs d acheminement. Le GRT et les GRD doivent prévoir leurs courbes journalières de pertes et paient leurs écarts éventuels aux prix du règlement des écarts. 68