Les défis énergétiques de la Suisse : Les bâtiments au cœur du débat Hans Björn (Teddy) Püttgen Professor & Senior Director Energy Research Institute @ Nanyang Technological University, Singapore Professeur Honoraire EPFL Lausanne, Switzerland Georgia Power Distinguished Professor Emeritus Georgia Institute of Technology (Georgia Tech) Atlanta, USA Fellow IEEE entrepreneurs! fédération vaudoise Palais de Beaulieu 13 mars 2014
La situation mondiale
La situation démographique en 2050 En 2050, la situation sera probablement la suivante : 1.3 Milliard de personnes auront un large accès à l énergie. 5.7 Milliards de personnes n auront qu un accès insuffisant à l énergie. 2.3 Milliards de nouveaux habitants n auront qu un accès insuffisant à l énergie. A présent, 1.3 Milliard d habitants sur cette terre (15% de la population) n ont pas du tout accès à l électricité. Source: International Energy Agency: World Energy Outlook 2012
Primairy energy by sources Overall increase: 215% The fossil fuel share decreases from 86.6% to 81.6%. Coal: More Natural gas: More Oil: Less The combined part of nuclear & hydro increases from 2.7% to 7.4%. Increase of natural gas: 286% Increase of coal: 251% Increase of oil: 147% Source: IEA Key statistics 2013
Consumption - by regions Cons. / primary 1973: 76.5% 2011: 68.0% Growth within OECD: 130% Growth outside of OECD: 284% The part of Asia, without China, goes from 6.3% to 12.5%. The part of China goes from 7.9% to 18.4%. China s growth: 444% Source: IEA Key statistics 2013
Electric energy production The production of electricity grew by 363% while the total «only» grew by 215%. The world is rapidly becoming electric. The hydrocarbon part decreased from 75% to 68%. Increase of coal consumption to produce electricity: 390% The CO 2 free part increased from 24.9% to 32.0%. Source: IEA Key statistics 2013
Augmentation de la demande d énergie primaire 2000-2010 Source : WEO 2011
La croissance mondiale de la production d énergie Source : AIE Le pétrole et le charbon diminuent pour l OCDE Dans l OCDE la plus grande croissance sont les renouvelables La croissance de la demande a surtout lieu hors de l OCDE En Chine, en Inde, dans le reste de l Asie, la plus forte croissance est le charbon
Evolution de la demande par habitant Source : AIE L OCDE décroit L Afrique décroit! Il faudra que les européens s assument quant à leur approvisionnement électrique
Production d énergie Il n est pas réaliste, ni éthiquement acceptable, de demander aux régions en voie d émergence de réduire leurs demandes d énergie supplémentaire.
Il convient donc de distinguer les défis selon : Bifurcation des défis Les pays industrialisés, où le défi est la consommation rationnelle - plus sobre - de l énergie et une production de plus en plus renouvelable Préservation du développement économique et du niveau de vie pour les générations futures Technologies chères pour pays riches Les pays en voie d émergence, où le défi est l augmentation massive de la consommation, donc de la production, d énergie en évitant un impact catastrophique sur l environnement. Faire face aux aspirations des habitants vers une meilleure qualité de vie Technologies bien adaptées aux conditions géographiques, économiques et politiques locales et qui soient abordables pour des pays pauvres
La bifurcation quant au nucléaire: Le monde poursuit le développement Quelques pays en Europe sortent
Virage énergétique = sortie du nucléaire? Août 2012 435 réacteurs nucléaires dans 31 pays étaient connectables au réseau USA : 104 connectées - 73 ont reçu l accord de fonctionner jusqu à 60 ans. France: 58 connectés Allemagne : 9 connectées - 8 définitivement arrêtées en 2011. Japon : 4 définitivement arrêtées en 2011 Fukushima Daiichi 1 4 2 reconnectées en 2012 Ohi 1 & 2 48 en attente de reconnexion 2010 Nucléaire : 13.5% de la production d électricité dans le monde
La situation mondiale - 2 Construction et planification de nouvelles centrales En construction : 61 26 en Chine 10 en Russie 7 en Inde 4 en Corée 14 ailleurs En proposition : > 400 44 pays Dont 18 n ont pas encore de centrale
La situation en Europe Le nucléaire contribue pour plus de 30% à la production électrique dans 13 pays 2010 : % du nucléaire dans le production d électricité France 78% Slovaquie 54% Belgique 54% Ukraine 47%. Suisse 40% Suède 40%.. Japon 27% Allemagne 22% Allemagne et Japon: redémarrage de vieilles centrales fossiles. Le défi de la sortie du nucléaire en Suisse est très ambitieux. Parmi les pays qui sortent du nucléaire, la Suisse a : La plus forte participation nucléaire La plus faible participation du fossile
Allemagne 22% nucléaire Août 2011 Mise hors service de 8 des 17 centrales en fonctionnement. 8 400 MW 2022 Mise hors service des 9 centrales restantes 12 100 MW Belgique 55% nucléaire 2015 Mise hors service de 3 des 7 centrales en fonctionnement 1 400 MW 2025 Mise hors service des 4 centrales restantes France 4 100 MW Sortie du nucléaire chez nos voisins François Hollande: fermeture de la centrale nucléaire de Fessenheim dès fin 2016 et de réduire la contribution nucléaire à l approvisionnement électrique de 75% à 50% Il n est pas certain que nos voisins puissent encore nous vendre de l énergie électrique dès 2020-2025
Revenons en Suisse!
Demande d énergie en Suisse selon énergies Source : OFEN 2000 - Moins de pétrole 59.7% -> 53.2% - Plus de gaz 11.1% -> 12.9% - Plus «autres» - Plus d électricité 2012 Le défi énergétique suisse concerne toutes les énergies et pas seulement électricité qui ne représente que 25% de la consommation. Le défi est surtout fossile donc chauffage & transport
Demande d énergie en Suisse selon secteurs 2000 2012 Peu d évolution Source : OFEN Les virages énergétiques ne peuvent se faire que lentement
La stratégie énergétique 2050 du Conseil fédéral
Sinkender Deckungsbedarf bis 2050 mit neuer Energiepolitik Bundesamt für Energie, Walter Steinmann, 10.02.2012 Quelle: Prognos 2011
2010 Stratégie énergétique 2050 du Conseil Fédéral en chiffres ronds Consommation électrique du pays : 60 TWh Production domestique et consommation en équilibre sur l année: importation = exportations = 60 TWh Production domestique : 56.5% hydro 34 TWh 2050 hypothèses «Business as usual» - consommation: 84 TWh 38.1% nucléaire 23 TWh Economies: 24 TWh => consommation : 60 TWh Hydro: 36 TWh Population: 7.87 millions Population: 9 millions 5.4% autre 3 TWh Nouvelles énergies renouvelables: 24 TWh (principalement PV et éolien) Objectifs 2035 par habitant par an - base 2000: Réduire la consommation totale d énergie de 43% - 67.7 GJ/hab Réduire la consommation électrique de 13% - 6.3 MWh/hab
Evolution de la demande par habitant La population suisse continue de croître rapidement. Depuis 1990, la demande totale d énergie par habitant est restée stable. La croissance de la demande d énergie électrique continue de croître. La part de l énergie électrique dans la consommation totale d énergie continue de croître.
La situation suisse en 2012
Les sociétés électriques suisses - 2010 Plus de 850 sociétés électriques en Suisse! Le plus souvent de droit privé. Actionnariat très largement en mains publiques Source : BFE 2012
Production d électricité en Suisse 2000 Peu d évolution. Dernière grande centrale mise en service : Leibstadt en 1984 (nucléaire) 2012 Source : OFEN
Suisse - la flexibilité dont nos voisins ont besoin Par rapport à 2000 : un peu plus de solaire & éolien Source : OFEN 2011
La Suisse et l Autriche - 2010 Autriche Suisse Population (millions) 8.36 7.88 Ener. prim. /hab. (toe/hab.) 3.79 3.45 Ener. prim. /PIB (toe/usd 2000) 0.00014 0.00009 Elec./hab. (MWh/hab.) 7.9 7.9 inclus pertes et P/T CO 2 /hab. (ton/hab.) 7.6 5.4 Production électrique en Autriche : 38% fossile Production électrique en Suisse : 38% nucléaire Source : AIE 2011
Consommation du pays 2000 Importation: 1 mois 2012 Importation: 6/7 mois Source : OFEN L évolution est vers une perte d autosuffisance d approvisionnement électrique
Les relations avec l Union Européenne
Présentation Dr. O. Koch, Commission UE, DG Energie Stromkongress Berne 14 janvier 2013
Présentation Dr. O. Koch, Commission UE, DG Energie Stromkongress Berne 14 janvier 2013
Quelques observations quant aux renouvelables
Photovoltaïque en Suisse La plus grande centrale suisse Palexpo SI Genève Installation emblématique pour de futures installations Surface installée : 30 000 m2 Puissance installée : 4.2 MW Energie produite : 4.2 GWh/an Consommation annuelle de 1 350 ménages 30% de la consommation des halles d exposition Remplacement de Mühleberg : Puissance : 89 Palexpo Energie : 690 Palexpo Puissance de pointe de 690 Palexpo en été : 2 900 MW c.à.d. 1/3 de la consommation de pointe de la Suisse en été.
Energie éolienne en Suisse L exemple du parc éolien de Mont-Crosin BKW - FMB 8 éoliennes éxistantes : (0.60 MW 1.75 MW) Puissance installée : 7.660 MW 8 éoliennes en construction : 2 MW Puissance installée : 16 MW Puissance installée combinée pour les 16 éoliennes : 23.66 MW Prévision d énergie produite annuellement : 40 GWh/an Facteur de charge : 20% Il FAUT faciliter la construction de telles réalisations exemplaires. Remplacement Mühleberg : Puissance : 175 éoliennes de 2 MW Energie : 850 éoliennes de 2 MW
Production photovoltaïque et éolienne en Allemagne Puissances installées : Eolien: >29GW cr PV: >25GW cr [MW] PV Légende Eolienne Le vrai défi des énergies PV et éolien est le stockage d énergie
Nouvelles installations hydrauliques planifiées Désignation Type Année Turb. Pump. MW FMHL Pomp./Turb. 2014 +240 +240 Nant de Drance Pomp./Turb. 2016 600 600 Nant de Drance+ Pomp./Turb. 2020 +300 +300 (1) Gondo+ Hydro. acc. 2013 + 12 Electra Massa Hydro. acc. 2013 + 12 Ener. Elec. Simplon Pump./Turb. 2020 110 110 Innertkirchen 1a Hydro. acc. 2015 +180 Handeck 2a Hydro. acc. 2015 +120 Grimsel 3 Pomp./Turb. 2020 +600 +600 Linthal Pomp./Turb. 2020 1 000 1 000 Verzasca Pomp./Turb. 2020 +300 +300 Valposchiavo Pomp./Turb. 2020 1 000 1 000 (1) Increase of dam height by 12 m required Energie de pompage futur? 21 mars
La vraie opportunité à court terme Les bâtiments Etude effectuée par le CREM à Martigny Centre de Recherches Energétiques et Municipales
Identification d opportunités Protection architecturale Les bâtiments les plus consommateurs sont ceux qui présentent le moins de contraintes architecturales. De plus ils représentent la plus importante part de SRE des bâtiments construits avant 1980 (~30-40%)
Identification d opportunités Protection architecturale Des études complémentaires, menées par le CREM, montrent qu une partie des bâtiments construits entre 1945 et1980, sont géographiquement regroupés.
Limites et innovations de la rénovation thermique Etat de la rénovation artisanale Durée de chantier important Seule la partie isolation est prise en considération (mono-critère) Coûts d investissements étroitement liés avec la durée du chantier (main d œuvre) Nécessité Diminuer les coûts de rénovation d enveloppe Améliorer la productivité sur chantier Une toute nouvelle approche?
Limites et innovations de la rénovation thermique Industrialiser tout le processus de rénovation thermique Pour un réel bénéfice financier Pour améliorer profondément la chaine logistique Approche classique Une nouvelle enveloppe thermique est posée autour du bâtiment existant VS. Approche quartier Une nouvelle enveloppe thermique est posée autour du bâtiment existant Les modules préfabriqués intègrent les différents réseaux de fluides Les bâtiments sont connectés au travers des réseaux de fluides des modules préfabriqués
Enjeux de l approche systémique Dimensionnement et exploitation L approche systémique permet de tirer partie des complémentarités de courbes de charges.
Enjeux de l approche systémique Synergies à l exploitation Approche individuelle Approche systémique
Enjeux de l approche systémique Coûts sur la durée de vie Le coût énergétique (investissement + exploitation) diminue quand la puissance thermique augmente (hypothèse d un nombre d heure pleine puissance de 2300 heures)
Cas d études Groupe d immeubles Système Individuel Rénovation individuelle + PAC air/eau individuelles Global Rénovation globale + réseau de chaleur alimenté par PAC géothermique MWh énergie finale 150 116 MWh énergie primaire 478 369 Tonne CO 2 273 210 Coût global (CHF) 1 779 649 1 026 993
La rénovation au niveau du quartier Les programmes d incitation à la rénovation des bâtiments laissent la décision quant à la rénovation aux propriétaires qui doivent: Monter le projet au niveau technique Trouver les financements autofinancement et/ou prêts Demander le versements de subventions une fois le projet terminé Cette façon de faire ne permet que difficilement une planification et mise en œuvre de rénovations au niveau d un quartier entier ce qui rend une implémentation intégrée de productions et/ou stockages d énergie et des réseaux associés quasi impossible. Il faut revoir le rôle de l état Confédération, Canton, Commune dans le cadre des programmes de rénovation de quartiers entiers. Seules des rénovations de quartiers entiers permettent un très large impact énergétique
Les enjeux énergétiques de la Suisse : Les bâtiments au cœur du débat Hans Björn (Teddy) Püttgen Professor & Senior Director Energy Research Institute @ Nanyang Technological University, Singapore Professeur Honoraire EPFL Lausanne, Switzerland Georgia Power Distinguished Professor Emeritus Georgia Institute of Technology (Georgia Tech) Atlanta, USA Fellow IEEE Entrepreneurs! Fédération vaudoise Palais de Beaulieu 13 mars 2014