EPFL - ENAC - GC Planification intégrée Dr E. Gnansounou des infrastructures d'énergie. Etude de cas

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1 EPFL - ENAC - GC Planification intégrée Dr E. Gnansounou des infrastructures d'énergie Etude de cas Evolution à long terme d'un parc de production d'énergie électrique DONNEES DE L'ETUDE DU CAS SHANDONG (CHINE) Groupe de recherche en bioénergie et planification énergétique BPE (Ex - Laboratoire de systèmes énergétiques LASEN)

2 1. Contexte de l'exercice Shandong Electric Power Corporation (SEPCO) est la compagnie d'électricité qui approvisionne Shandong, une province chinoise dont la population en 2004 était de 92 millions d'habitants. Les centrales actuellement à disposition de la compagnie n'ont pas une capacité suffisante pour satisfaire la totalité de la demande d'électricité avec une bonne qualité de service. SEPCO a donc entrepris une étude en vue de déterminer l'évolution de son parc de production d'électricité. La période analysée va de 2009 à 2026 et l'objectif est de dimensionner le parc au moindre coût de manière à satisfaire, la totalité de la demande d'électricité du pays avec une bonne qualité de service. 2. Evolution à moyen et long termes de la demande d'électricité La demande d'électricité, majorée des pertes de transport et de distribution en 2006 était de 94'500 GWh. Son évolution annuelle entre 2006 et 2009 était de 7%. L'évolution à long terme de cette demande est envisagée selon différents scénarios : Le scénario A est une extrapolation de la tendance actuelle. Les taux d'accroissement annuel de la demande d'électricité sont les suivants: : 6% : 5%

3 Le scénario B reflète un contexte caractérisé par une faible croissance économique avec les taux d'accroissement annuel suivants : : 5% : 4% Le scénario C traduit une forte croissance économique et une croissance accélérée des taux d'équipement en appareils électriques. Ce qui correspond aux taux d'accroissement suivants : : 6,5% : 5,5% Le profil de la monotone de charge reste le même dans chacun des scénarios. Les données relatives à cette monotone ainsi que les autres données sont fournies en annexe. Première partie : Travaux sur Excel Questions A Déterminer les puissances maximales et minimales demandées prévues pour chaque année entre les années 2009 et 2026 en supposant que la forme des monotones de charge ne changera pas. Questions B B1 Reprenez la courbe des puissances de pointe de la demande et reportez-y la courbe des puissances disponibles des centrales existantes, en tenant compte des divers déclassements. B2 En vous aidant de l'annexe 1, calculez les charges annuelles (frais fixes d'investissement, frais fixes de maintenance et d'exploitation, combustible) pour toutes les centrales candidates. On fera l'hypothèse d'un amortissement constant sur la durée de vie de la centrale, avec un taux d'intérêt constant de 8%. B3 En utilisant la méthode des durées d'équilibre décrite à l'annexe 2, proposez 3 plans d'expansion "réalistes" du parc, permettant de satisfaire les demandes annuelles d'énergie électrique. (Afin d'obtenir une bonne qualité de service, on tiendra compte d'une réserve de puissance de l'ordre de 10% à 20% de la puissance maximale demandée.

4 Groupe Scénario de Stratégie demande 1 A, B Charbon, Nucléaire, option sans pénalité Analyse de sensibilité investissement du CO 2 et option avec pénalité du CO 2 de 10 Euro / tonne CO 2 2 A, B CCPP, Charbon, option sans pénalité du CO 2 et option avec une pénalité coût du combustible de 10 Euro / tonne CO 2 3 B, C Charbon, Nucléaire, option sans pénalité du CO 2 et option avec une pénalité taux d'actualisation de 15 Euro / tonne CO 2 4 B, C CCPP, Charbon, option sans pénalité du CO 2 et option avec une pénalité investissement de 15 Euro / tonne CO 2 5 A, C Charbon, nucléaire, option sans pénalité du CO 2 et option avec une pénalité coût du combustible de 20 Euro / tonne CO 2

5 Deuxième partie : Travaux avec Planelec Pro Questions C C1 C2 C3 Evaluer avec Planelec les performances énergétiques et environnementales des plans proposés dans la première partie, à savoir : le coût moyen généralisé et les émissions de CO2. Discuter l effet de la pénalité Rechercher la solution optimale pour chaque option étudiée Questions D D1 Une analyse de sensibilité peut être faite sur les facteurs suivants : a) Le coût d'un des combustibles fossiles (gaz, charbon), variation de ± 15% b) Le coût d'investissement des centrales, variation de ± 15% c) Le taux d'actualisation, variation entre 6% et 10%. D2 Proposer un plan robuste par rapport à ces facteurs et à l'évolution de la demande d'électricité

6 Annexe 1 Cas de Shandong Données de référence 1. Données générales de l étude Première année de l étude : 2009 Dernière année de l étude : 2026 Nombre de périodes dans l année : 1 Nombre de conditions hydrologiques : 1 Unité monétaire de l étude : Yuan Unité monétaire de la table administrateur : $ Taux de change : 1$ = 6.8Yuan ; 1 = 9.0 Yuan 2. Monotone de charge La forme de la monotone de charge (idem pour tous les scénarios) est donnée par le polynôme de 5 ème degré dont les paramètres sont les suivants : a o = 1,0 a 1 = -2,5 a 2 = 10,6909 a 3 = -23,1636 a 4 = 24,0545 a 5 = -9, Facteur d émission de CO2 des combustibles Charbon : Gaz Naturel : Nucléaire: 0.42 tco2 / Gcal 0.23 tco2 / Gcal supposé nul 4. Autres données

7 Taux d actualisation : 8% 5. Evolution du système fixe Année Evolution de capacité (MW)

8 6. Description du système variable 1) Centrales candidates Nom de la centrale Pmax Comb. Cons. Spéc. Taux de panne Maint. Prog. Coûts de maint.et expl. Coût comb Coût fixe Coût Var. MW Kcal/kWh % Jours/an Yuan/kW/ mois Yuan/ MWh Yuan/Gcal CCPP 300 gas , ,7 Coal 600 coal , Nuclear 1000 nuclear , ,4 2) Paramètres économiques des centrales candidates Durée de vie Construction Investissement Centrale durée Intérêts ans ans % Yuan/kW CCPP Coal Nuclear Pour les évaluations avec PLANELEC, des données supplémentaires sont fournies directement dans le cas de base à disposition avec le logiciel.

9 Annexe 2 : Méthode des durées d'équilibre Soit le problème suivant : Combien de centrales de chaque type doit-on placer sur la courbe des puissances classées (de l'année considérée), et pendant combien de temps doit-on les faire fonctionner, pour obtenir une production d'énergie au prix de revient le meilleur marché? Réponse : On utilise la méthode des durées d'équilibre, largement employée dans la pratique pour déterminer le placement des centrales sur la courbe des puissances classées. La démarche en est la suivante: 1) tracer, pour chaque type de centrale, la courbe Coût=f(t) pour une année. Le coût comprend la partie fixe (intérêts du capital, amortissement et frais fixe d'exploitation) et la partie variable (combustible et frais variables d'exploitation). Le point d'intersection de deux courbes délimite la durée optimale de fonctionnement de chaque type de centrale. 2) les centrales seront placées sur la courbe des puissances classées en commençant par celles ayant le coût annuel le plus faible. La puissance de chaque type de centrale se détermine en reportant le point d'intersection de la courbe Coût=f(t) sur la courbe des puissances classées.

10 Coût annuel total [$/MW] Grp1 Grp2 Grp3 charges variables (combustible) 0 0 charges fixes (intérêt capital+frais exploitation) 8760 t [h] P [MW] Pmax Grp1 puissance nécessaire pour Grp2 Grp2 Grp3 0 t [h]