Modélisation de l atténuation et de l adaptation du système énergétique face au changement climatique. Application en Midi Pyrénées

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1 Modélisation de l atténuation et de l adaptation du système énergétique face au changement climatique. Application en Midi Pyrénées Colloque Programme GICC 10 et 11 Octobre 2012

2 Objectifs du projet 1. De ETEM vers ETEM A(daptation): Faire évoluer le modèle technoénergétique ETEM pour prendre en compte la vulnérabilité du système énergétique et les impacts face aux changements climatiques 2. De ETEM A vers ETEM A(daptation)R(obustesse): Développer une approche opérationnelle pour identifier des stratégies robustes face à plusieurs sources d'incertitude : (i) paramètres du modèle lui même ; (ii) impacts dus aux changements climatiques, (iii) décisions politiques. 3. Mise en œuvre pilote : Développer cette modélisation en région Midi Pyrénées, en collaboration avec l OREMIP/ARPE. Projet de Recherche ( ) financé par le programme de Gestion et Impacts du Changement Climatique, Ministère de l Écologie, du Développement Durable et de l Énergie

3 ETEM: Principes Représentation du système énergétique de manière détaillée au plan technologique Simulation intertemporelle: minimisation du coût du système énergétique pour satisfaire les demandes de services énergétiques Sources (énergie primaire) Conversion (énergie secondaire) Technologies des secteurs de demande Services énergétiques Fossile Nucléaire Renouvelable Importations et exportations Centrales électriques Production de chaleur Prod pétroliers Biocarburants Fuels synthétiques Hydrogène Gas liquéfié Résidentiel Commercial Agriculture Industrie Résidentiel Commercial Agriculture Industrie Importations et Exportations Transport Transport Fourniture d énergie Secteurs de consommationfinale

4 Guichet cartographique interactif PYRENEES2

5 Méthodologies pour définir l adaptation aux changements climatiques Simluations du climat Approche 1. Mesurer les impacts du changement climatique sur les paramètres du modèle: demandes de chauffage et climatisation, production hydro et nucléaire. Approche 2. Réduire la vulnérabilité du système énergétique: production hydro, nucléaire et thermique, technologies aux biocarburants, etc. Approche 3. Modéliser les principales sources d incertitudes: dispobiniblité centrales hydro, nucléaire, etc + Coûts de véhicules alternatifs, etc ETEM AR Mesures d adaptation Réactions du système énergétique

6 1. Approche 1: Changements climatiques et Impacts 2. Approche 2: Étude de vulnérabilité: analyse paramétrique 3. Approche 3: Analyse d incertitudes: programmation stochastique et optimisation robuste

7 Données climatiques Accord avec le CERFACS (Centre Européen de Recherche et de Formation Avancée en Calcul Scientifique) pour l utilisation des résultats de leurs modèles climatiques 6 modèles, 2 scénarios (A1B, A2) 4 paramètres (températures moyennes, vagues de chaleur, sécheresse météo, vents) Incertitudes sur les modèles plus importantes que celles sur les scénarios, sur l horizon étudié (2050) Analyse spatio temporelle (Systèmes d Informations Géographiques)

8 Degrés jours chauffage et climatisation par département Hypothèses de calcul 18 ºC pour chauffage 22 ºC pour la clim DJ Chauffage 30% DJ Clim x 5 => Relation linéaire entre DJ et les impacts sur les demandes en chauffage et climatisation (Littérature)

9 Vagues de chaleur => Déterminer les impacts sur la disponibilité des centrales nucléaires et hydrauliques en été (Littérature)

10 1. Approche 1: Changements climatiques et Impacts 2. Approche 2: Étude de vulnérabilité: analyse paramétrique 3. Approche 3: Analyse d incertitudes: programmation stochastique et optimisation robuste

11 Vulnérabilité: analyse multi objectifs Objectif habituel énergétique Minimiser le coût total du système Objectif additionnel Minimiser le recours aux technologies et formes d énergie les plus vulnérables au climat Définir un coefficient représentatif de la vulnérabilité, associé aux technologies et énergies du modèle Minimiser SUM t SUMPROD t (VAR_ACT i,t, VULN i,t ) Analyse paramétrique α. Coût système + (1 α). Vulnérabilité

12 Vulnérabilités prises en compte Variables vulnérables face au climat Impact Niveau de vulnérabilité (0=nul 1=bas 2=moyen 3=élevé) Activité des centrales hydroélectriques Risque de réduction de la production hydroélectrique sous effet de la baisse des niveaux d'eau (et usages concurrentiels de l'eau). Variabilité 2 saisonnière importante. Activité des centrales nucléaires Risque d'arrêt et de perte d'efficacité du fait de l'augmentation de la température de l'eau et de l'air, et/ou de la diminution des niveaux d'eau. 3 Variabilité saisonnière importante (vulnérabilité en été). Activité des centrales thermiques Comme centrale nucléaire (refroidissement sensible au climat) 2 Capacité des installations (centrales électriques, raffineries, usines de regasification du LNG, etc.), Risque de pertes en cas d'inondation NA construites en zones inondables Capacité des installations (centrales électriques, raffineries, usines de regasification du LNG, etc.) Risque de pertes / interruption en cas de tempêtes NA Capacité installée du réseau de transport d'électricité aérien Capacité installée du réseau de transport d'électricité aérien option second best Activité centrales solaire PV et à concentration Activité des installations solaires PV Risque de rupture du fait d'événements climatiques extrêmes. Longueur et type de réseau sont les facteurs de la vulnérabilité (un réseau maillé est moins vulnérable) Risque de rupture du fait d'événements climatiques extrêmes. Longueur et type de réseau sont les facteurs de la vulnérabilité. Risque de diminution du potentiel total dans certaines régions, augmentation dans d'autres (rayonnement direct) Risque de diminution du potentiel total dans certaines régions, augmentation dans d'autres (rayonnement direct) Risque de diminution de l'efficacité, sous l'effet de l'augmentation de la température. Impact faible. Risque de non disponibilité ou de prix élevé de la ressource sous l'effet des CC Activité de toute technologie qui consomme des biocarburants 2 Activité centrales géothermiques Pas de vulnérabilité mise en évidence

13 Vulnérabilités: illustration

14 1. Approche 1: Changements climatiques et Impacts 2. Approche 2:Étude de vulnérabilité: analyse paramétrique 3. Approche 3: Analyse d incertitudes: programmation stochastique et optimisation robuste

15 Programmation stochastique ETEM AR a été rendu compatible avec la technologie Det2Sto. Intérêt: Permet de définir des décisions optimales à moyen terme, étant donné les incertitudes futures sur le climat, les technologies, les prix de l énergie Limites: «Malédiction de la dimension» 50% probabilité 2030 Tension Marché Électricité Demandes chauffage bas et refroidissement élevées Disponibilité Golfech et hydro réduite 2050 Prix fossile élevé Contrainte sur les émissions % probabilité 2030 Marché Électricité de Référence Demandes chauffage et refroidissement standard Disponibilité Golfech et hydro standard 2050 Prix fossile standard Pas de contrainte sur les émissions

16 Analyse stochastique: illustration Tension marché électrique Marché électrique référence

17 Optimisation Robuste OR cherche des solutions compatibles avec un ensemble pertinent de réalisations des paramètres incertains. Elle considère que tous les paramètres ne prendront pas leur pire valeurs simultanément. Elle conduit généralement à une plus grande diversification dans les investissements. Avantages: exploite l information disponible sur l incertitude (eg, intervalle de variation) et conduit sous certaines hypothèses à des résultats probabilistes forts. OR =>

18 Robustesse: quels paramètres incertains? 1. Acceptabilité de nouveaux projets EnR, notamment les éoliennes. 2. Changement climatique: Impact sur la disponibilité des centrales nucléaires et hydro en été. 3. Efficacité de technologies futures, notamment dans le secteur du transport, selon les progrès et développement technologiques. 4. Coût d investissement de nouvelles technologies, selon les progrès et développement technologiques. 5. Décisions politiques: fermeture de Golfech. Focus sur: production électrique et transport

19 Robustesse: illustration Message 1: Incitation à une plus grande diversification dans le transport (scénario avec limite CO2) Message 2: Évitement des sources de production électrique incertaines Baisse de l éolien (acceptabilité) et de l hydro (nouveaux projets) Production nucléaire maintenue. Baisse de la consommation électrique. Augmentation du gaz dans les bâtiments. Analyse de sensibilité: Rôle des turbines à gaz dans le cas d incertitudes extrêmes sur le futur de Golfech. Scénario sans limite CO2 Coût de la robustesse: +1.3% Vulnérabilité: 6% En revanche, émissions: +7 8% en fin d horizon

20 Conclusion: de la recherche à la décision Les outils développés sont «presque» opérationnels D un projet de recherche à l aide à la décision Rôle des acteurs locaux, appropriation des outils Raffinement des hypothèses et scénarios Application à d autres régions Approfondissement des impacts/adaptation Agriculture Usages concurrentiels de l eau Réseaux intelligents

21 ar.ordecsys.com/