L électricité dans la lutte contre le changement climatique La France va-t-elle manquer d électricité?

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1 L électricité dans la lutte contre le changement climatique La France va-t-elle manquer d électricité? Pierre Bacher membre du conseil scientifique de Sauvons le Climat* auteur de «L énergie en 21 questions» (Odile Jacob) *

2 Plan Qu est-ce que le réseau électrique? L équilibre offre - demande L électricité aujourd hui Variabilité de la demande Variabilité de l offre L électricité demain Scénario Negatep et scénarios alternatifs 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 2

3 Qu est-ce que le réseau électrique? 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 3

4 Équilibre production consommation La fréquence doit impérativement être maintenue à 50 hz 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 4

5 L électricité aujourd hui 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 5

6 14-21 Évolution de la production d électricité en France Source: EDF 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 6

7 Variation de la demande dans une journée Source: RTE 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 7

8 Variation de la demande par usage Source: RTE 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 8

9 Gestion des creux et des pointes de consommation Variabilité de l offre: un parc diversifié La gestion des pointes par l offre L effacement à la pointe Le stockage de l électricité Les cas particuliers des électricités non programmables (éolien, solaire) 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 9

10 Variabilité de l offre Le fil de l eau (hydraulique de rivière ex. Rhin, Rhône) La base et demi-base (nucléaire, charbon, gaz CCCG) La pointe (hydraulique de lac, hydraulique de pompage, TAC) Les électricités intermittentes Le réseau européen (mutualisation des aléas) 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 10

11 GW GW GW Parc de production français (GW) CCCG thermique à flamme autres ENR thermique décentralisé fioul- TAC charbon hydraulique nucléaire photovoltaïque biomasse éolien 20 hydraulique Source: UFE 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 11

12 Production d électricité UFE 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 12

13 Monotone de consommation Source: Ruelle 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 13

14 La gestion des pointes et des creux Les lacs de montagne et STEP (environ 10 GW, quasi instantanés) Les turbines à combustion (fioul) : environ 7 GW, rapides Les centrales à gaz (CCCG) et au charbon : rapides si en réserve tournante, sinon, plusieurs heures L effacement : usages «intelligents» de l électricité (nouveaux compteurs, moyens de contrôle) La contribution du nucléaire (été/hiver, week-end, nuit) 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 14

15 Nucléaire: une «saisonnalisation» des arrêts programmés 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 15

16 Participation du nucléaire à la modulation Des baisses de charge (principalement de nuit et en week-end) Des arrêts courts, principalement en week-end et jours fériés (> 24 h) 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 16

17 L électricité demain 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 17

18 b17-46* Qui émet du CO2 en France? 70 MtC usages fixes transports production d'électricité Les efforts doivent donc porter sur les usages fixes et les transports, sans augmenter les rejets dus à l électricité. 0 Le scénario Negatep s attaque en priorité aux usages des combustibles fossiles (charbon, pétrole et gaz) émetteurs de CO2: efficacité énergétique substitution d électricité au gaz et au pétrole 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 18

19 Les besoins d électricité à l horizon 2050 (Negatep) Besoins spécifiques «traditionnels» (résidentiel, tertiaire et industrie) Résidentiel et tertiaire chauffage «intelligent», pompes à chaleur associées à l énergie solaire et géothermique Transports (50 Mtep réduits à 40 Mtep) véhicules hybrides ou électriques (remplacement 15 Mtep) filière H2, agro carburants 2ème génération (15 Mtep) Total = TWh + 60 TWh +90 à 180 TWh +350 à 440 TWh Il s agit d augmenter la part de l électricité de 70 à 90%, en complément des économies d énergie et des énergies renouvelables chaleur, pour diviser par 4 les rejets de CO2. 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 19

20 Bouquet énergie finale par énergie 2006 / 2050 (scénario Negatep 2010) Mtep Référence (DGEMP 2008) export. élect. économies electricité renouv. chaleur fossile Rejets CO 2 (MtC) Source: Acket Bacher (SLC) 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 20

21 La production d électricité en 2050 Les énergies fossiles (pointe) L hydraulique (inchangée) L éolien et le solaire : conséquences pour le réseau Le stockage de l électricité Les énergies fossiles avec CSC L énergie nucléaire 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 21

22 L éolien et le réseau La production éolienne (France, Allemagne) L intermittence en période de pointe L intermittence et les besoins de sources modulables 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 22

23 Intermittence éolien: France mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 23

24 Puissance éolienne E-ON sur un an (max théorique: MW) Attention: % du réseau et non Puissance! Max 6234 MW Min 8 MW Puissance installée: MW dont éolien MW (23%) Production: MWh dont éolien MWh (4,16%) 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 24

25 Variabilité de l éolien et de la demande Mise en regard de la production en janvier 2009 et du profil de production de l éolien à la même période amplifié pour correspondre à MW NB: La qualité de l image de l éolien est faible mais l historique est exact PRODUCTION Janvier 2009 PRODUCTION EOLIEN Janvier 2009 (amplifié à MW) Le creux de l éolien en période de pointe de demande double la variabilité 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 25 J.P. Pervès (SLC)

26 Éolien: variation instantanée (Vatenfall) Puissance éolienne hebdomadaire délivrée: détail Pente: 1000 MW par heure 28 mai 2009 SLC - J.P. Pervès 4 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 26

27 Monotone France, sans et avec éolien 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 27

28 Conclusions sur l éolien Complique sérieusement la gestion des pointes Augmente le besoin de sources modulables (fossiles ou hydraulique) Une meilleure prévision météo permet de limiter la réserve tournante, mais sans la supprimer. En France: l électricité éolienne se substitue en grande partie au nucléaire au-delà de 10 GW (20 à 25 TWh), elle aura pour effet d augmenter les rejets de CO2 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 28

29 Le solaire photovoltaïque et le réseau Les fluctuations du solaire sont plus faibles que celles de l éolien (variations linéaires avec la luminosité) Le solaire ne produit que le jour, et moins en hiver qu en été Le projet DESERTEC 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 29

30 Le projet DESERTEC 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 30

31 Scénarios à forte composante ENR Scénarios ECF (européen): + 45 % d électricité ( TWh) 60 à 80 % ENR super réseau européen 240 à 270 GW de TAC Scénarios allemands - 65 % d électricité ( TWh) 62 % ENR + 23 % importé (net) 15 % fossile 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 31

32 La France, centre de gravité du super réseau européen Source: European Climate Foundation 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 32

33 Le stockage de l électricité Chaleur (eau chaude sanitaire, inertie thermique des logements) Hydraulique (STEP, STEM) Mécanique (volants d inertie, air comprimé) Électrique (super condensateurs, électrolyse H2) Chimique (batteries) 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 33

34 Quelques aspects économiques Nucléaire 75 % du total + exportation Hydraulique 70 TWh, stable Eolien 40 TWh (?), problème de coût et de disponibilité (offshore 120 /MWh Autres renouvelables et cogénération ~ 40 TWh Fossile (pointe et associé à éolien)) ~ 50 TWh } /MWh ~10 /MWh 60 /MWh Photovoltaïque : la grande inconnue > 300 /MWh 120 /MWh? Avec 80 % d ENR, le coût moyen du MWh est pratiquement doublé Bacher 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 34

35 TWh Electricité par source d énergie (scénario Negatep) tendance 2050 F4 nucléaire ou fossile propre autres renouvelables hydraulique fossile pointe Negatep mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 35

36 Quelques Incertitudes Sociales et politiques: acceptabilité et volonté (ex. taxe CO2, nucléaire) Économiques o prix pétrole? o financement des aides publiques (transports)? Techniques: o stockage de l électricité (batteries ) o solaire photovoltaïque o CSC o biocarburants 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 36

37 Conclusions Une contrainte forte: réduire le CO2 Deux voies complémentaires: o Économiser l énergie o Substituer l électricité au fioul et au gaz (habitat, transports) Trois voies pour l électricité: o En base: hydraulique fil de l eau (5 %), nucléaire ou CCCG (75 %) avec CSC; complément éolien et solaire (10 %) o En demi base: CCCG (5 %) o En pointe: écrêter, stocker, TAC, import-export (5 %) La France est bien placée pour répondre à ces défis, à condition de ne pas gaspiller ses moyens. 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 37

38 Quelques références Scénarios Scénario negatep : site SLC Scénario negawatt 2006 : site negawatt Scénarios MIES : «la division par 4 des émissions de CO2: introduction au débat» rapport de P. Radanne à la Mission Interministérielle de l Effet de Serre (mars 2004) Groupe de travail DGEC sur la pointe d électricité 8 déc Union Française de l électricité: Électricités intermittentes «10 questions sur l éolien à Gilbert Ruelle» 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 38

39 Références P. Bacher i 23 mars 2011 SFEN Franche Comté - Besançon 39