Introduction générale

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1 Planification intégrée des infrastructures d énergie Introduction générale Laboratoire de Systèmes Energétiques ENAC / EPFL 1 -

2 Sommaire Objectifs du cours Contenu du cours - Méthodes d analyse de la demande d énergie - Méthodes d analyse du système d offre - Méthodes d analyse d un système d offre sectorielle: cas de l électricité Méthodes d enseignement Exemples de contextes d application des connaissances acquises Cas particulier d un problème d adéquation à long terme entre la demande et l offre d électricité Illustration par un exemple d étude Exercice de compréhension 2 -

3 Objectifs du cours Analyser la consommation et l évolution de la demande d énergie Proposer et évaluer des variantes d offre et d approvisionnement en énergie en tenant compte: - des aspects technico-économiques - sociétaux - environnementaux 3 -

4 Contenu du cours Méthodes d analyse de la consommation et de la demande d énergie - Analyse de la consommation - Mise en évidence des principaux déterminants/indicateurs - Évaluation des évolutions à court, moyen et long terme - Cas particulier de l énergie électrique Méthodes d analyse du système d offre d énergie - Analyse quantitative des chaînes de transformation d énergie - Conception et gestion de l offre sectorielle (gaz, électricité, pétrole, bois, ) - Offre globale: substitution de chaînes de production d énergie. 4 -

5 Contenu du cours Méthodes d analyse d un système d offre sectorielle: cas de l électricité - Organisation du secteur de l électricité - Évolution à moyen et long terme de la demande d électricité - Génération de variantes d offre - Évaluation, comparaison et choix des meilleures variantes - Ouverture du marché de l électricité à la concurrence; modèles de restructuration - Gestion des risques dans un marché de l électricité ouvert à la concurrence. 5 -

6 Méthode d enseignement Cours ex cathedra Une étude de cas à réaliser par groupe Des exercices d application Des exercices de compréhension Contrôle des connaissances - Examen autour de l étude de cas 6 -

7 Exemples de contextes d application des connaissances acquises Analyse du marché à moyen et long terme d une forme d énergie (électricité, gaz, ) dans un pays, une région, un canton, une commune Analyse des possibilités pour un fournisseur d énergie (électricité, gaz, pétrole, chaleur à distance, ) de satisfaire ses clients à moyen et long terme Analyse des possibilités d approvisionnement en énergie d une entreprise industrielle 7 -

8 Cas particulier d un problème d adéquation à long terme entre la demande et l offre d électricité Generation (Power Plants) Transmission Networks (Grid) Local Distribution System Final Customers (Retail Sales) 8 -

9 Exemple: Ajustement à moyen et long terme entre la demande et l offre d électricité dans un pays Table de matière type d une étude utilisant les connaissances transmises dans ce cours 1. Introduction 1.1 Contexte de l étude 1.2 Objectifs et activités prévues 1.3 Cadre institutionnel de la planification énergétique dans le pays Les institutions gouvernementales Les entreprises du secteur énergétique 1.4 Institutions impliquées dans l étude 1.5 Brève description des méthodologies à utiliser Méthode d analyse de la demande d énergie Méthode d évaluation de l adéquation entre la demande et l offre d électricité 9 -

10 Table de matière type (suite) 2. Situation passée et présente du pays 2.1 Géographie et climat 2.2 Contexte macroéconomique 2.3 Consommation d énergie primaire et ressources énergétiques Consommation d énergie primaire Ressources énergétiques Pétrole et gaz naturel Lignite Hydroélectricité Biomasse Eolienne Solaire 10 -

11 Table de matière type (suite) 2.4 Consommation d énergie distribuée par secteur Agriculture Secteur minier Construction Industrie manufacturière Transport Ménages Services 11 -

12 Table de matière type (suite) 2.5 Développement du secteur électrique Demande d électricité dans le passé Installations de production d électricité existantes et autres composantes de l offre d électricité Plans existants pour le développement de l offre d électricité 2.6 Les plans et objectifs socio-économiques du pays 12 -

13 Table de matière type (suite) 3. Définition de scénarios de développement 3.1 Cadre général des scénarios 3.2 Reconstitution de l année de référence de l étude PIB et démographie pour l année de référence Consommation d énergie distribuée par secteur pour l année de référence Vérification de la cohérence des données de l année de référence 13 -

14 Table de matière type (suite) 3.3 Base des scénarios Politique des intervenants Politique démographique Croissance et mode de croissance macroéconomique Politique industrielle Politique des transports Politique de développement du secteur des services 14 -

15 Table de matière type (suite) 3.3 Base des scénarios Hypothèses de base Population Croissance économique Commerce extérieur Développement industriel Développement du secteur des transports Développement du secteur des services Équipement des ménages 15 -

16 Table de matière type (suite) 3.3 Base des scénarios Grille pour la description de chaque scénario Croissance économique Intensité énergétique spécifique dans l industrie Substitution énergétique dans l industrie Intensité énergétique spécifique dans le secteur des transports Substitution énergétique dans le secteur des transports Intensité énergétique spécifique dans le secteur des services Substitution énergétique dans le secteur des services 16 -

17 Table de matière type (suite) 3.3 Base des scénarios Grille pour la description de chaque scénario Évolution des conditions de vie et équipement des ménages Consommation énergétique spécifique des ménages Substitution énergétique dans le secteur résidentiel 17 -

18 Table de matière type (suite) 4. Perspectives d évolution de la demande d énergie 4.1 Demande totale d énergie distribuée et demande d énergie distribuée par habitant Prévision de la demande d énergie distribuée Tendances futures d évolution de la demande d énergie distribuée et du PIB par habitant 18 -

19 Table de matière type (suite) 4. Perspectives d évolution de la demande d énergie 4.2 Analyse et comparaison de la demande d énergie distribuée par secteur Secteur industriel Secteur des transports Secteur des services Secteur résidentiel 19 -

20 Table de matière type (suite) 4. Perspectives d évolution de la demande d énergie 4.3 Analyse de la demande d énergie distribuée par agent énergétique Energie traditionnelle (circuit non marchand ou circuit marchand informel) Agents énergétiques dans le circuit marchand Comparaison des résultats des différents scénarios 4.4 Comparaison des résultats avec ceux d autres travaux 4.5 Analyse détaillée de la demande d électricité et comparaison avec les résultats d études antérieurs 4.6 Conclusions 20 -

21 Table de matière type (suite) 5. Perspectives d évolution de la puissance électrique demandée 5.1 Introduction 5.2 Hypothèses sur les profils des courbes de charge 5.3 Demande d énergie électrique et courbes de charge Reconstitution de la courbe de charge pour l année de référence Évolution des courbes de charge pour chaque scénario Perspectives d évolution de la puissance maximale demandée 21 -

22 Table de matière type (suite) 6. Système de production d énergie électrique 6.1 Introduction 6.2 Données de base Période de planification Prévision de la demande d électricité (énergie et courbes de charge) Centrales de production existantes et décisions déjà prises pour le développement du parc de production d électricité Centrales de production d électricité candidates pour le développement du parc de production d électricité Données technico-économiques et environnementales pour la recherche des meilleures variantes de développement du parc des moyens de production d électricité 22 -

23 Table de matière type (suite) 7. Stratégies d ajustement entre l offre et la demande d énergie électrique 7.1 Stratégies de référence 7.2 Stratégies privilégiant les ressources énergétiques indigènes et la sécurité nationale d approvisionnement énergétique 7.3 Stratégies «ouvertes» 23 -

24 Table de matière type (suite) 8. Caractérisation des stratégies pour chaque scénario 8.1 Caractérisation économique 8.2 Caractérisation sociétale 8.3 Caractérisation environnementale 24 -

25 Table de matière type (suite) 9. Évaluation multicritère et multi-scénario des stratégies 9.1 Choix et justification de la méthode multicritère choisie 9.2 Détermination des poids des critères 9.3 Recherche des meilleures solutions 9.4 Synthèse des résultats 25 -

26 Table de matière type (suite) 10. Prise en considération des incertitudes et des imprécisions 10.1 Sensibilité des résultats par rapport aux variables incertaines 10.2 Sensibilité des résultats par rapport aux données imprécises 10.3 Recherche des solutions les plus robustes 26 -

27 Table de matière type (suite) 11. Synthèse des résultats principaux 11.1 Plans de développement les plus adéquats 11.2 Comparaison avec les résultats d études antérieures 11.3 Conclusions et recommandations 27 -

28 Illustration par un exemple d étude Adéquation entre la demande et l offre d électricité dans la province de Shanghai (Chine) E. Gnansounou, J. Dong 28 -

29 Illustration par un exemple d étude Shanghai: Population: 13 Million Surface: 6340km2 29 -

30 Illustration par un exemple d étude Analyse détaillée de la demande d électricité Catégories de consommateurs par secteur totale secteurs productif résidentiel primaire secondaire tertiaire urbain rural Textile Machine 30 -

31 Illustration par un exemple d étude (suite) Analyse détaillée de la demande d électricité (suite) Évolution de consommation d électricité totale et de la sa répartition sectorielle, relation entre consommation d électricité et PIB Secteurs productifs Évolution de valeur ajoutée et de la structure de l économie. Évolution des intensités de consommation d électricité. Secteur résidentiel Consommation d électricité annuelle par ménage. Évolution démographique Taux d équipement en appareils 31 -

32 Illustration par un exemple d étude (suite) Analyse détaillée de la demande d électricité (suite) Évolution et structure de la consommation d électricité Taux de croissance de consommation d électricité (% p.a.) Total Primaire Secondaire Tertiaire Résidentiel urbain Résidentiel rural Electricity consumption structure in 1988 Electricity consumption structure in 1998 tertiary 8% household 4% primary 3% tertiary 17% household 10% primary 2% secondary 85% secondary 71% 32 -

33 Illustration par un exemple d étude (suite) Analyse détaillée de la demande d électricité (suite) Évolution du PIB et de la structure de l économie Taux de croissance de PIB et valeur ajoutée (% p.a.) Valeur ajoutée PIB Primaire Secondaire Tertiaire Le structure de l économie en 1988 et 1998 (%) (proportion de valeur ajoutée du secteur dans le PIB) Primaire Secondaire Tertiaire Total

34 Illustration par un exemple d étude (suite) Analyse détaillée de la demande d électricité (suite) Évolution de la consommation d électricité Évolution du PIB et de la valeur ajoutée TWh total pri. sec. ter. Résid. Consommation d électricité année Milliard yuan95 PIB and valeur ajoutée total pri. sec. ter année 34 -

35 Illustration par un exemple d étude (suite) Analyse détaillée de la demande d électricité (suite) Relation entre la consommation d électricité et le PIB TWh Consommation d électricité et PIB PIB, milliard yuan

36 Illustration par un exemple d étude (suite) Analyse détaillée de la demande d électricité (suite) Évolution de l intensité de consommation d électricité kwh/yuan Intensité d électricité total pri. sec. ter année 36 -

37 Illustration par un exemple d étude (suite) Analyse détaillée de la demande d électricité (suite) Evolution démographique Taux de croissance de la population : 0.3% p.a. 3.2 personnes par ménage en 1988, 2.8 personnes par ménage en 1998 kwh/ménage Consommation d électricité annuelle par ménage total urbain rural année 37 -

38 Illustration par un exemple d étude (suite) Prévision de la demande d électricité (suite) TWh Prévision de la demande d'électricité scénario1 scénario2 scénario année 38 -

39 Illustration par un exemple d étude (suite) Analyse de la puissance électrique demandée La courbe de charge journalière pour l été, l hiver, le printemps et l automne 1998 MW été hiver p/a heure 39 -

40 Illustration par un exemple d étude (suite) Évolution de la puissance maximale MW année 40 -

41 Illustration par un exemple d étude (suite) Perspectives de la puissance maximale MW année 41 -

42 Illustration par un exemple d étude (suite) Monotones de charge Charge Temps 42 -

43 Illustration par un exemple d étude (suite) Système de production d énergie électrique Période de planification: Centrales de production d électricité existantes : 17 centrales thermiques: 13 centrales à charbon, 2 centrales au pétrole de 100MW et 200MW, 1 centrale nucléaire avec des unités de 600MW, 1 centrale au gaz naturel avec des unités de 100MW. Dans les 13 centrales à charbon, 5 centrales ont des unités de 300MW, 3 centrales ont des unités de 600MW, les autres centrales ont des unités à 100MW. 1 centrale hydroélectrique de pompage/turbinage avec des unités de 300MW. 43 -

44 Illustration par un exemple d étude (suite) Décisions déjà prises pour le développement du parc de production d électricité: - Une centrale nucléaire avec 2 unités de 700MW - Une centrale à charbon avec 2 unités de 900MW - Une centrale hydroélectrique avec 6 unités de 500MW 44 -

45 Illustration par un exemple d étude (suite) Centrales de production d électricité candidates pour le développement du parc de production d électricité: Centrale à gaz à cycles combinés de 300MW Centrale à charbon de 300MW Centrale à charbon de 600MW Centrale à charbon de 900MW Centrale nucléaire de 1000MW Centrale hydroélectrique pompage/turbinage de 300MW 45 -

46 Illustration par un exemple d étude (suite) Données technico-économiques et environnementales pour la recherche des meilleures variantes de développement du parc des moyens de production d électricité Données technico-économiques pour les centrales existantes et candidates: Capacité, type de combustible, prix de combustible, rendement, taux de pannes, coût d exploitation, coût d investissement, durée de vie, durée de construction, intérêt durant la construction, etc. Données technico-économiques pour le système: LOLP : 1 jour/an Coût de l energie non fournie : 7800 Yuan/MWh 46 -

47 Illustration par un exemple d étude (suite) Données environnementales: Pénalité pour les émissions de CO2: Yuan/tonneCO2 Contrainte d émission de CO2: tonneco2/an Données générales: Taux d actualisation : 8% Facteur de renchérissement 47 -

48 Illustration par un exemple d étude (suite) Résultats de l analyse de variantes de développement du parc Le plan optimal de développement du parc avec le nombre et l année de mise en service des nouvelles centrales Le coût total et sa structure: coût de combustible, coût d exploitation, coût d investissement. La production d électricité de chaque centrale. La quantité consommée de chaque type de combustible. Les émissions de CO2 de chaque type de centrale. Le coût de production d électricité du système. 48 -

49 Illustration par un exemple d étude Analyse de sensibilité sur: Taux d actualisation Coût d investissement Prix de combustible Pénalité de CO2 Contrainte d émission de CO2 49 -

50 Energy generated by fuel type (Carbon Baseline) 140' ' Enery generated (GWh) 100' ' ' ' ' Hydro Oil Nuc lear Gas Coal Hydro Oil Nuclear Gas Coal

51 Energy generated by fuel type (Carbon + Nuclear) 140' ' Enery generated (GWh) 100' ' ' ' Hydro Oil Nuclear Gas Coal 20' Hydro Oil Nuclear Gas Coal

52 Energy generated by fuel type (Carbon + Nuclear + Gas) 140' ' Enery generated (GWh) 100' ' ' ' Hydro Oil Nuclear Gas Coal 20' Hydro Oil Nuclear Gas Coal

53 Evolution of CO 2 emission (baseline) CO 2 emission (Mt) Carbon Carbon + Nuclear Carbon + Nuclear + Gas 53 -

54 Evolution of CO 2 emission (CO2 penalty) CO 2 emission (Mt) Carbon baseline 5$ CO2 penalty 3$ CO2 penalty 54 -

55 Exercice de compréhension L entreprise Gaz S.A. distribue du gaz naturel dans une ville de habitants dont la population est en croissance. En janvier 2010 seulement 30% de la population de cette ville a accès au réseau de distribution du Gaz naturel. Gaz S.A. est disposée à étendre son réseau de distribution de gaz mais à condition que ses nouveaux investissements soient rentables. Elle vous charge de lui recommander les meilleures stratégies à suivre. A quelles questions pertinentes devrez-vous répondre? De quelles informations avez-vous besoin? Comment pouvez-vous procéder pour répondre à ces questions? Rédiger une table de matière type de votre rapport d étude. 55 -

56 Approvisionnement de la Suisse en gaz naturel 56 -

57 Approvisionnement de la Suisse en gaz naturel 57 -