Scénario Facteur 4 GrDF - Synthèse et description des hypothèses

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1 - Synthèse et description des hypothèses

2 Contexte de l exercice prospectif : la nécessité d éclairer la place du réseau gaz à 2050 En tant qu'exploitant du réseau de distribution de gaz en France pour le compte des collectivités, GrDF se doit d'éclairer le rôle que ce réseau peut jouer à court et long terme dans la politique énergétique française A court terme (2020), GrDF réalise des exercices de prévision gaz utilisés dans le cadre des exercices de la DGEC (PPI gaz par exemple) et CRE (trajectoire tarifaire) A long terme (2050), GrDF s est doté d un outil de prospective bottom-up multi-énergie / multisecteurs, seule approche capable de rendre compte des profondes évolutions du paysage énergétique sous l impulsion : - De l évolution démographique et de l activité économique - De la sobriété et de l efficacité énergétique - De la conversion entre les énergies Demande Vecteurs Ressources Résidentiel Tertiaire Industrie Mobilité Agriculture Chaleur Electricité Gaz Liquide Solide Nucléaire Fossile ENR élec Biomasse Biométhane 2

3 Les compétences de GrDF limitées aux usages du gaz et aux gaz verts - un scénario global illustratif GrDF est compétent et légitime sur les usages du gaz en distribution, et donc les concurrences sur les usages où le gaz peut intervenir : chaleur, industrie, mobilité. De même, GrDF est compétent et légitime sur les gaz renouvelables GrDF ne dispose pas de compétence et de légitimité sur les autres secteurs, en particulier la production électrique. Pour disposer d une vision complète du système énergétique, GrDF a fait appel dans ces cas à des sources externes, en particulier l ADEME et RTE Le scénario global GrDF Facteur 4 est donc publié à titre d illustration et ne saurait constituer un positionnement de GrDF sur des thématiques hors du champ du gaz en distribution 3

4 Vision GrDF : optimisation locale multi-énergies grâce à la complémentarité des réseaux Scénario «GrDF Facteur 4» reposant sur : - Des émissions de CO 2 liées à l énergie au plus près de l objectif facteur 4 à Un mix de sobriété / efficacité et une forte pénétration des énergies renouvelables dans tous les vecteurs énergétiques et tous les secteurs - Une diversification du mix de solution côté production d énergie, comme côté usage avec la valorisation des couplages entre réseaux à l échelle des territoires 4

5 Zoom sectoriels 1. Secteur résidentiel-tertiaire 2. Mobilité et transports de marchandises 3. Industrie 4. Production de biogaz 5. Hypothèses sur le secteur électrique

6 Résidentiel-tertiaire : deux voies d amélioration des performances des systèmes gaz 1- couplage renouvelable 2- cogénération & hybridation Gaz + ENR Cogé & hybride Rendement primaire 150 % Couplage avec les énergies renouvelables : solaire thermique ou PV, biomasse Pile à combustible 130 % 110 % 90 % 70 % Pompe à chaleur à absorption gaz Pompe à chaleur à moteur gaz Ecogénérateur Chaudière hybride Chaudière condensation Chaudière basse température Chaudière standard 50 % Système électrique direct 30 %

7 Résidentiel Forte baisse des consommations de chaleur Des programmes de rénovation ambitieux (+ évolution selon projections démographiques de l Insee) 2% du parc rénové chaque année Nombre total de ménages dont ménages habitant dans un logement RT2012 ou rénové Et la pénétration de technologies efficaces Gaz 43% 44% 43% dont chaudière à condensation 2% 58% 48% dont PAC gaz 0% 3% 8% dont chaudière hybride 0% 4% 17% dont écogénérateur 0% 5% 17% Electricité 32% 41% 41% dont PAC électrique 0% 43% 71% Fioul 15% 3% 2% GPL 2% 0% 0% Biomasse 3% 8% 10% Chauffage urbain 4% 4% 5% Autres dont charbon 1% 0% 0% Permettent d abaisser les consommations et de répondre aux nouveaux enjeux (stockage, pointe saisonnière, intégration des ENR) : Consommation hors électricité spécifique (kwh ep /m²/an) % de chaleur consommée produite par solaire thermique 0,0% 1,0% 2,4% 7

8 Tertiaire Dynamique similaire à celle du résidentiel A l'exception du remplacement des produits pétroliers par le bois et les réseaux de chaleur, le mix de chauffage n est pas radicalement bouleversé : l amélioration des solutions techniques alliée à des politiques fortes de maîtrise de la demande permet de réduire les consommations Surface tertiaire chauffée (milliers de m²) Parc gaz 46% 50% 51% dont chaudière à condensation 10% 45% 25% dont PAC gaz 0% 17% 32% dont chaudière hybride 0% 5% 17% dont écogénérateur 0% 4% 16% Parc Electricité 25% 33% 27% dont PAC élec 0% 53% 81% Parc carburants liquides 19% 4% 2% Parc GPL 0% 0% 0% Parc biomasse 0% 5% 6% Parc réseaux de chaleur 0% 7% 12% Parc autres 10% 2% 1% Consommation hors élec. spécifique et process( kwhep /m²/an) % de chaleur consommée produite par solaire thermique 0,0% 2,1% 6,7% 8

9 RCU : biomasse et cogénération Réseaux de chaleur (RCU) : développement dans des environnements urbains denses et dans l'existant aux consommations unitaires plus élevées Développement des chaufferies biomasse mais difficile en zone urbaine complété par développement de la cogénération gaz Baisse des consommations à terme due à l isolation des bâtiments Déchets ménagers et autres Charbon Fioul Biomasse Gaz - hors cogénération Gaz - cogénération Consommation des RCU, en TWh /an en TWh / an Gaz de réseau Biomasse sous forme solide Fioul Charbon Déchets ménagers et autres 8 7 5

10 Electricité spécifique Maîtrise des consommations unitaires Dans le résidentiel et le tertiaire, des actions combinées d amélioration de l efficacité énergétique des appareils et de maîtrise de la demande permettent de réduire les consommations individuelles d électricité spécifique Les hypothèses prises sont en ligne avec celles mentionnées par RTE dans le scénario "Nouveau mix" de son Bilan Prévisionnel 2012, avec prolongement à 2050 Baisse de la consommation unitaire d électricité spécifique (en % cumulés depuis 2010) Résidentiel 0% 24% 40% Tertiaire 0% 16% 30% 10

11 Résidentiel-Tertiaire Baisse des consommations finales résultantes Les consommations unitaires de tous les bâtiments diminuent fortement. Les solutions gaz couplées à des énergies renouvelables ou hybrides remplacent des équipements moins performants. Les réseaux de chaleur se développent en part de marché mais peu en énergie en raison de la réduction forte des consommations unitaires Consommation finale du résidentiel-tertiaire, en TWh par an Solaire themique Réseaux de chaleur Autres dont GPL Carburants liquides Biomasse solide Electricité Gaz de réseau

12 Mobilité Solutions gaz matures pour tous les segments Véhicules disponibles pour l ensemble des segments : VP, VUL, VP (3,5 t à 44 t), fluvial et maritime sauf aviation! 13 millions de véhicules dans le monde fonctionnent au Gaz Naturel Véhicule (GNV) 1er carburant alternatif avec une croissance de +18%/an France : 268 stations privatives et 32 stations à accès public véhicules légers, 750 bennes à ordure, 2200 bus, camions 50% des villes de plus de habitants ont des flottes de bus GNV Exemple de station et de flottes GNV en France Croissance du marché du GNV qui a atteint près de 1 millions de véhicule en 2010 (UE 27) 12

13 Carburant Véhicule Infrastructure Mobilité Développement du GNV / biognv grâce aux évolutions du triptyque infrastructure-véhicule-carburant Développement des villes durables : transformations de l infrastructure de transport - Bus à haut niveau de service en site propre - Auto-partage et développement de flotte captive - Optimisation de la logistique du dernier kilomètre Véhicule à carburant gaz ou hybride gaz complémentaire du véhicule électrique : mobilité des personnes longue distance, transport de marchandises, usages intensifs (taxi, bus, BOM ), fluvial et maritime Carburant gazeux seul ou combiné (dual-fuel) : solution aux problèmes majeurs de la pollution urbaine pas de particules, -95% d'émissions de NOx par rapport au diesel Biométhane carburant : - Un carburant local particulièrement vertueux avec la méthanisation des déchets actuellement en déploiement - Le biométhane de gazéification offre un meilleur rendement que les biocarburants liquides de 2e génération (+50% de carburant pour la même quantité de biomasse ligneuse) 13 13

14 Mobilité voyageurs Des ruptures comportementales Une baisse de la mobilité individuelle de 13% et des comportements modaux qui évoluent : hypothèses inspirées de l ADEME mais plus conservatrices En milliers de voyageurs.kilomètres parcourus Déplacements courte distance (<50 km) non motorisés 1% 6% 8% transports en commun 11% 19% 24% Véhicules particuliers 88% 75% 68% Déplacements longue distance (>50 km) Transports en commun 34% 48% 58% Véhicules particuliers 60% 48% 39% Avion (*vols intérieurs uniquement) 5% 5% 4% L augmentation des taux moyens de remplissage des véhicules légers comme des transports en commun permet de diminuer les flux totaux et le nombre de véhicules 14

15 Transports de marchandises et services Diversification modale Le ferroutage et le transport fluvial se développent, surtout sur les grandes distances. L optimisation du taux de transport à vide permet de réduire les flux globaux. Hypothèses inspirées de l ADEME mais plus conservatrices En milliards de tonnes.km transportées Transport national et international rail 10% 21% 32% route 87% 75% 62% fluvial 3% 4% 6% Dessertes de proximité (< 50 km) rail 1% 5% 12% route 97% 91% 83% fluvial 2% 4% 5% Les transports liés aux services, incluant les véhicules utilitaires légers, évoluent de manière conservative selon la démographie. 15

16 Parc de véhicules Réduction et mutation des motorisations Les moteurs thermiques utilisent majoritairement du GNV, et le véhicule électrique est pertinent sur des trajets relativement courts en zones denses Le véhicule hydrogène pose la question de la source primaire pour produire le carburant et repose sur des ruptures technologies fortes : pas retenu ici Parc de véhicules lourds (milliers) % électriques caburants liquides hybrides (*) carburants liquides dual fuel GNV hybrides (*) Parc de véhicules légers (milliers) - dont VUL GNV GNV - GNL (*) dont rechargeables (*) dont rechargeables GPL 100% électriques carburants liquides hybrides (*) caburants liquides GNV hybrides 16 Parc total de véhicules, en milliers GNV - GNL GNV hybrides dual fuel carburants liquides caburants liquides hybrides % électriques hydrogène GPL Dual fuel : carburation mixte diesel-gaz

17 Mobilité Consommations finales de 280 TWh en La mutualisation des moyens de transport voyageurs est le premier facteur de baisse des consommations finales. Les émissions de gaz à effet de serre comme de polluants locaux sont fortement réduites. Consommation des transports, par vecteur [en TWh/an] voyageurs marchandises services voyageurs marchandises services voyageurs marchandises services H2 GPL électricité carburants liquides GNV - GNL en TWh par an Voyageurs Marchandises Services Voyageurs Marchandises Services Voyageurs Marchandises Services GNV - GNL carburants liquides électricité GPL

18 Industrie Optimisation globale des sites Généralisation des approches globales procédés utilités chauffage des locaux + recyclage pour les matériaux d où une hausse foret de l efficacité globale - Récupération d énergie, pompe à chaleur gaz haute température, cogénération voire trigénération L enjeu de demain, la réduction des effluents (solides, liquides et gazeux) sous la contrainte réglementaire, notamment pour les procédés haute température où les combustibles ne sont pas substituables -A court terme, post-traitement des effluents sur les procédés existants avec nouvelle consommation d énergie (incinération, de NOx, de SOx ) -A long terme, prétraitement des combustibles pour réduire les émissions aval avec une préférence forte pour les combustibles gazeux en provenance du réseau ou gazéifiés in situ à partir de biomasse de préférence 18 18

19 Industrie Forte réduction des énergies les plus polluantes A périmètre de production constant : optimisation globale, conversions du fioul et du charbon vers des énergies moins carbonées, ainsi que ruptures dans le recyclage et la récupération des effluents. Hypothèses inspirées de l ADEME mais plus conservatrices Réduction des consommations énergétiques de 40% et des émissions directes de CO 2 par 54%, hors capture-stockage Consommation finale de l'industrie [TWh/an] Gaz de réseau Electricité Biomasse solide Carburants liquides Charbon et coke Autres 19

20 Vecteur gaz : le réseau gaz, vecteur d acheminement d énergie renouvelable Développement progressif Potentiel technique Hydrogène & Méthanation TWh Micro-algues TWh Gazéification de biomasse TWh TWh Méthanisation de déchets 210 TWh Sources Méthanisation : étude AFNGV/ADEME Hydrogène : scénario ADEME / scénario Negawatt Gazéification/ micro-algues : étude GrDF/MEDDE/MAAF/MEF TWh TWh Scénario ADEME : 14% de «gaz vert» dans le réseau en 2030 et 56% en 2050 Des transporteurs européen se sont engagés sur des scénarios 100% vert en

21 Biogaz et biométhane Un développement soutenu, poussé par l injection La filière d injection de biométhane issu de méthanisation de déchets se structure depuis novembre Perspective retenue de 39 TWh dans le réseau en Production de biogaz de méthanisation (TWh/an) 7,6 64,7 136,1 dont valorisé en chaleur seule 18% 2% 1% dont valorisé en cogénération 44% 37% 34% dont valorisé en biométhane injecté 0% 60% 65% dont non valorisé (torchage) 38% 1% 0% Les filières de biogaz issu de gazéification ou de micro-algues s industrialisent à partir de 2020 et représentent une partie importante du gaz renouvelable circulant dans les réseaux en Production de biogaz, en % du potentiel technicoéconomique disponible Biogaz de gazéification 2% 13% 60% Biogaz de micro-algues 0% 5% 64% 21

22 Biogaz et biométhane 73% de gaz vert dans les réseaux en Même point de passage que l ADEME en 2030 mais le développement progressif de l ensemble des filières de biométhane permet d atteindre 73% de renouvelables dans le gaz de réseau en 2050 Injection de gaz renouvelables dans le réseau de gaz (en TWh injectés par an) hydrogène micro-algues gazéif ication méthanisation Biométhane injecté, par type de production, en TWh par an Biométhane de méthanisation Biométhane de gazéification Biométhane de micro-algues 1 15 Hydrogène issu des surplus d électricité renouvelable

23 Ressources locales de biomasse Arbitrage dans un contexte de forte sollicitation Le recours aux importations de biomasse n est pas retenu dans le scénario Les filières à haut rendement et capable de s approvisionner localement (taille, type d intrants ) sont donc favorisées 23 Potentiels disponibles en 2010, et potentiels technico-économiques pour

24 Electricité Parc de production et équilibre en puissance Le parc de production en 2030 est repris du Bilan Prévisionnel de RTE "Nouveau mix" et celui de 2050 est inspiré du scénario ADEME GW installés Gaz dont cogé EnR therm. Fioul et pointe Charbon Nucléaire Hydro Solaire Eolien Un modèle de répartition des consommations par usage sur 4 plages horaires pour un jour moyen de chaque mois estime ensuite l équilibre en puissance du réseau électrique dans une logique de merit order La forte réduction de la pointe saisonnière participe pleinement de la réduction des émissions de CO 2 du mix de production électrique GW appelés 100 Puissances moyennes appelées - jours moyens d'été et d'hiver Janvier Janvier Août 2010 Août heures de la journée 0Scénario 2Facteur 44 GrDF Avril

25 Electricité Exemple d équilibre par journée type 25

26 Production électrique (par type d'actifs, en TWh électriques / an) Production d'hydrogène (TWh /an) Electricité Développement du power-to-gas Eolien Solaire Hydraulique Nucléaire Fioul et charbon Thermique décentralisé EnR Gaz de réseau Production d'hydrogène Gaz de réseau EnR Thermique Fioul et charbon Nucléaire Hydraulique Solaire Eolien Mix de production électrique, en TWh électriques Grâce au power-to-gas, le réseau de gaz permet de convertir l'électricité excédentaire produite par des sources d électricité renouvelable et de fournir de la flexibilité au réseau électrique En 2050, 30 TWh d hydrogène sont produits à partir des excédents d électricité et injectés dans le réseau de gaz 26

27 Résultats

28 Efficacité énergétique Réduction des consommations dans tous les secteurs Consommations d'énergie finale par secteur [TWh/an] Agriculture Mobilité Industrie Résidentiel-Tertiaire en TWh /an Résidentiel-Tertiaire Industrie Mobilité Agriculture

29 Vecteurs énergétiques Réduction marquée des carburants liquides Consommations finales des vecteurs énergétiques [TWh /an] Vecteur gaz Electricité Biomasse solide Carburants liquides Chaleur Autres dont charbon et GPL en TWh / an Biomasse solide Carburants liquides Gaz de réseau Electricité Chaleur Autres dont charbon et GPL

30 Energies renouvelables Forte pénétration en gaz, électricité et chaleur 100% 90% 80% 70% Contenus en énergie renouvelable des vecteurs (en % de l'énergie finale consommée) 60% 50% 40% 30% 20% Gaz de réseau Electricité Carburants liquides Chaleur 10% 0% Gaz de réseau 0% 17% 73% Electricité 14% 40% 60% Carburants liquides 5% 9% 13% Chaleur 26% 46% 83% 30

31 Consommation primaire Forte diversification du mix Mix de consommation primaire [TWh/an] Déchets urbains et industriels [chaleur ou biogaz] Biocarburants liquides EnR électriques [hydraulique, solaire, éolien] Biogaz issu de déchets agricoles ou micro-algues Biomasse ligneuse [chaleur ou biogaz] GPL Autres yc charbon Produits pétroliers liquides Nucléaire Gaz naturel Biomasse ligneuse [chaleur ou biogaz] Gaz naturel GPL Produits pétroliers Biogaz issu de déchets agricoles ou microalgues Biocarburants liquides Nucléaire EnR électriques [hydraulique, solaire, éolien] Autres yc charbon Déchets urbains et industriels [chaleur ou biogaz]

32 Emissions de CO 2 Division par 4 pour les secteurs considérés Emissions directes de CO 2 par secteur [MtCO 2 /an] Production d'électricité et de chaleur Agriculture Industrie Transport Résidentiel - tertiaire en Mtonnes CO Résidentiel - tertiaire Transport Industrie Agriculture Production d'électricité et de chaleur Total Évolution par rapport à 1990 (hors UTCF) -3% -42% -75% 32

33 Conclusion : le réseau gaz est source d'optimisation pour la transition énergétique Optimisation économique par la valorisation du patrimoine existant des collectivités et la valorisation des ressources locales Optimisation en énergie par la valorisation à haut rendement des ressources de biomasse en biométhane et son utilisation en carburant Optimisation en puissance par la complémentarité entre réseaux électricité et gaz convergeant vers des smart networks 33