L approvisionnement électrique de la Suisse Hans Björn (Teddy) Püttgen Professeur, Chaire de Gestion des Systèmes Energétiques Directeur, Energy Center Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne Georgia Power Professor Emeritus, Georgia Institute of Technology Fellow IEEE Café Scientifique Hôpital de Morges 27 octobre 2011
Le monde en deux slides!
La croissance mondiale de la production d énergie La croissance de la demande a lieu hors de l OCDE Le pétrole et le charbon diminuent pour l OCDE Dans l OCDE la plus croissance dans l OCDE sont les renouvelables Source: IEA
Evolution de la demande par habitant L OCDE décroit L Afrique décroit! Source. IEA
Revenons en Suisse!
Demande d énergie en Suisse selon énergies 2000 - Moins de pétrole - Plus de gaz - Plus «autres» - Plus d électricité 2009
Demande d énergie en Suisse selon secteurs 2000 2009 Peu d évolution
Utilisation rationnelle de l énergie transports Des progrès très rapides sont possibles grâce à des nouvelles technologies, tant dans le secteur public que privé. < 3 semaines 1 000 000 de passagers Les véhicules hybrides rechargeables vont très vite pénétrer le marché. Les technologies sont là les décisions politiques manquent.
Efficacité énergétique bâtiments: Facteur 10 240 226 Appareils ménagers 200 33 Eau chaude [ kwh / m 2 annuel ] 160 120 80 40 24 169 166 22 22 122 119 22 17 80 62 17 17 34 Chauffage 0 Moyenne tous bâtiments Standard SIA 380 Standard Zurich 28 Minergie 21 1 11 Minergie P ST/Proj/22174/Vortrag/060928_AWLausanne 9
Le défi énergétique immobilier : la rénovation Indice de dépense d énergie thermique en MJ/m 2 a Potentiel d économies dans les habitations existantes avec la technique Minergie Effet des rénovations 1990 à 2005 Etat 1990 Etat 2005 Etat 2005 Consommation Parc immobilier Canton Zürich 8 l/m 2 a Minergie Rénovation 4.2 l/m 2 a Avant 1920 à à à à à à à à après 1995 Minergie neuf Surface de référence énergétique 78 millions de m 2 Source : Recensement Service cantonal de l énergie ZH
Les scénarios de l Office fédéral de l énergie OFEN
Scénario OFEN pour 2035 Publiés en 2007 Le Scénario III, qui est déjà très ambitieux, semble être réalisable.. Energie tot. : -14% Energie/hab : -18% Electricité : +13% CO 2 : - 26% à 36%
Evolution de la demande -1 Année Variation de la demande Demande [TJ] Population (millions) Demande/habitant [GJ] 2000-0.8% 855 290 7,204 118.8 2001 2,0% 2002-2,1% 2003 2,3% 2004 0,5% 2005 1,3% 2006-0,5% 2007-2,6% 2008 4,1% 899 880 2009-2.5% 877 560 7,785 112.7
Accroissement de la demande -2 Année Demande [TJ] Population (millions) Demande/habitant 2000 855 290 7,204 118.8 GJ 2009 877 560 7,785 112.7GJ Différence + 22 270 TJ (+2,5%) -6.1 GJ (-5.1%) Objectif III pour 2035-14% -18%
Consommation d électricité en Suisse Année Demande [TWh] Population (millions) 2000 52,4 7,204 7,3 2001 53,7 2002 54,0 2003 55,1 2004 56,2 2005 57,3 2006 57,8 2007 57,4 2008 58,7 2009 57,7 Demande/habitant [MWh] Scenario III Prévision 2035 : +13% par rapport à 2000 : 59.2 TWh 2010 59.8 7,866 7,6 Prévision déjà dépassée en 2010!
Production d électricité en Suisse 2000 Peu d évolution 2010
Suisse - la flexibilité dont nos voisins ont besoin Par rapport à 2000 : un peu plus de solaire & éolien 2009 Source : BFE - OFEN
Consommation d électricité selon secteurs 2000 Diminution industrie Augmentation ménages Augmentation services 2010
Flux d énergie électrique 2010 Les volumes d export et d import s équilibrent. L import/export dépasse légèrement la consommation domestique. La Suisse est un très bon partenaire de l Europe électrique.
Consommation du pays 2000 Importation: 1 mois 2010 Importation: 6 mois
Flux d énergie électrique 2000 Excédent des exportations : 7.1 TWh Les importations ne sont que le 63% de la production nette domestique.
Photovoltaïque en Suisse L exemple de la centrale photovoltaïque du Stade de Suisse BKW - FMB Surface installée : 12 000 m 2 Puissance installée : 1 300 kw Energie annuelle produite (moyenne) : 1 200 MWh Il FAUT faciliter la construction de telles réalisations exemplaires. Remplacement Mühleberg : Puissance : 270 Stades de Suisse Energie : 2 400 Stades de Suisse
Centrale Photovoltaïque EPFL ESOPP Construction: 2010-2012 Plus grande centrale photovoltaïque de Suisse Partenaire: Romande Energie Puissance de crête: 2 MWc Approvisionnement d environ 5% de la consommation annuelle d énergie électrique pour : EPFL
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
Les défis de 2020 et 2035
Mises en service et hors service du nucléaire Centrale Mise en service Mise hors service Puissance [MW] Énergie [GWh] Mühleberg 1971 2021 373 2,9 TWh/an Beznau I & II 1969-71 2019-21 2x365 6,0 TWh/an Gösgen 1979 2029 985 8,1 TWh/an Leibstadt 1984 2034 1 190 9,4 TWh/an En 2020 : - 1 085 MW; - 8,9 TWh/an En 2035 : -3 220 MW; - 26,4 TWh/an Expiration des contrats d appel nucléaire français: -12 400 GWh/an en 2030 ~ -8 000 GWh/an en 2020 (estimation HBP) Total de production à combler en 2020 : 16,9 TWh/an Total de production à combler en 2035 : 38,8 TWh/an
Quelques observations préliminaires Plusieurs entreprises électriques suisses ont des participations dans des centrales au charbon et/ou au gaz hors de Suisse. La population au Tessin a récemment confirmé son souhait de voir une telle participation dans la centrale au charbon de Lünen se poursuivre. Pour réduire notre dépendance sur les combustibles fossiles pour le chauffage, nous devrons massivement installer des pompes à chaleur électriques. Pour réduire notre dépendance sur les carburants fossiles pour nos voitures, nous devrons massivement accroitre la mobilité douce électrique. Pour améliorer la performance énergétique de nos industries, nous devrons installer des entrainements à vitesse variable électriques.
Horizon 2020 et 2035-1 Les nouvelles énergies renouvelables estimations HBP Photovoltaïque SATW : 10% des toits équipés de panneaux PV : 5 TWh/an 2020 : 2 TWh/an 2035 : 5 TWh/an Eolien Production annuelle d une éolienne de 5 MW avec un facteur de charge de 20%: 8.8 GWh/an 2020 : 100 éoliennes: 880 GWh/an 2035 : 400 éoliennes : 3.5 TWh/an Hydraulique Géothermie 2020: 3 TWh 2035: 5 TWh 2020: 2 TWh 2035: 5 TWh Total 2020 : 7.9 TWh/an 2035 : 18.5 TWh/an Très optimiste
La consommation estimations HBP Consommation chauffe-eaux électriques: 2.5 TWh/an Horizon 2020 et 2035-2 Devraient être remplacés par du solaire thermique en 2020. Croissance entre 2000 (52.4 TWh) et 2010 (59.8 TWh) : 14.1% Croissance 2010 2020 : 2/3 de celle entre 2000 et 2010 65.4 TWh en 2020, y compris chauffe-eaux électriques Consommation 2020 chauffe-eaux électriques supprimés : 62.9 TWh Accroissement par rapport à 2010 : + 2.9 TWh Croissance 2020-2030: 1/3 de celle entre 2000 et 2010 : 65.9 TWh Croissance entre 2030 et 2035 : 0% Consommation 2035 : 65.9 TWh Accroissement par rapport à 2010 : + 5.9 TWh
Les bilans par rapport à 2010 estimations HBP 2020 Horizon 2020 et 2035-3 Contribution nucléaire à combler : Augmentation de la demande : Contribution des énergies renouvelables : Reste à trouver : -16.9 TWh - 2.9 TWh + 7.9 TWh 11.9 TWh 2035 Contribution nucléaire à combler : Augmentation de la demande : Contribution des énergies renouvelables : Reste à trouver : -38.8 TWh - 5.9 TWh +18.5 TWh 26.2 TWh
Les réseaux La Suisse a un énorme potentiel d accroître son rôle de «poumon électrique» de l Europe grâce à ses centrales de pompage-turbinage. Toutefois, le pompage-turbinage ne contribue pas à une production nette d énergie. Il faut encore développer les capacités de ces installations des grands projets en ce sens sont en cours. Encore faut-il consolider le réseau de transport électrique en conséquence cela pose de plus en plus de problèmes. La Suisse peut et doit développer les productions photovoltaïques et éoliennes : cela se fait pour le PV. l éolien est sujet à une sarabande de recours. Les réseaux de distribution devront être reconçus pour intégrer les productions PV et éoliennes.
L approvisionnement : horizon 2020 A l horizon 2020, il faudra combler un déficit d approvisionnement domestique électrique de 11.9 TWh/an. Les solutions qui restent à l horizon 2020 sont donc : Approvisionnement - net importateur - depuis l étranger : L Allemagne n aura pas d énergie électrique à nous vendre. A quel coût pour notre économie? Sommes-nous certains que nos voisins nous laisseront externaliser, àlong terme, les impacts sur l environnement et visuels qu impliquent une telle politique? Construction de 2-3 centrales au gaz à cycle combiné et ceci comme solution de transition. Par centrale (Chavalon ou Cornaux) : 400 MW 500 MCHF 2.2 TWh/an 750 000 t CO 2 /an 250 000 voitures à 150 gr/km et 20 000 km/an Le reste?
L approvisionnement : au-delà de 2020 A l horizon 2035, en intégrant le fait que la Suisse se doit d assurer et d assumer son autonomie d approvisionnement d énergie électrique car elle peut le faire nous devrons remplacer toutes les productions nucléaires et tous les contrats d appel depuis la France. Le déficit à combler sera de : 26.2 TWh/an Le gaz 5 centrales à cycle combiné de 400 MW : 11 TWh/an 3 750 000 t CO 2 /an 15 centrales urbaines chaleur-force de 50 MWe : 4 TWh/an 1 400 000 t CO 2 /an Total pour le gaz : 15 TWh/an et 5 150 000 t CO 2 /an Le reste?
Replacer Mühleberg par du Photovoltaïque Stade de Suisse : Mühleberg : 1 300 kw cr 12 000 m 2 2.9 TWh/an 1 200 MWh/an 1 300 kw cr Nous aurions besoin de 2 400 Stades de Suisse pour produire la même énergie que Mühleberg : 2.4 * 10 3 (Stades de Suisse) * 12 * 10 3 (m 2 ) = 28.8 km 2 Beaucoup mais «faisable» Mais: 2.4 * 10 3 (Stades de Suisse) * 1.3 * 10 6 (kw) = 3.12 GW cr La charge maximale de la Suisse était inférieure à 11 GW en 2010 Le remplacement des trois premières centrales nucléaires en PV produiraient une pointe équivalente de la charge totale.
Production photovoltaïque 1 PV electric energy production [Germany total; MW] 10. Sept. 2011 11. Sept. 2011 12. Sept. 2011
Production photovoltaïque 4 PV electric energy production [Germany total; 27. Aug. 2011; MW] Source: http://www.transparency.eex.com 36
Production photovoltaïque 5 PV electric energy production [Germany total; 1. Jan. 2011; MW] Source: http://www.transparency.eex.com 37
Production éolienne Wind electric energy production [Germany total; MW] 10. Sept. 2011 11. Sept. 2011 12. Sept. 2011
Le défi à court et moyen terme quant à l énergie PV et éolien ne réside plus dans ces technologies elle-mêms mais, au contraire, dans le stockage d énergie et les infrastructures de réseau.
Centrales hydroélectriques en Suisse 40
Nouvelles installations 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 future? 21 mars
Conclusion Un support massif, sans faille et durable, des autorités publiques et de l industrie, pour les énergies renouvelables, y compris l hydraulique, ET une utilisation toujours plus sobre de l énergie, y compris électrique, sont essentiels. La construction de centrales à gaz, qui est devenue inévitable, ne pourra pas se faire sans des décisions rapides et durables quant à la compensation du CO 2. Les centrales à gaz peuvent être rapidement construites et être rapidement démantelées sans impact à long terme. Dans un effort de rationalisation des investissements et des frais de fonctionnement, les grandes centrales à gaz devraient être construites puis conduites par une seule société avec un actionnariat multiple, y compris l industrie gazière.
Observations finales Nous allons et devons aller vers une société électrique. toujours plus Le contrôle du coût du prix de l électricité, à court et à long terme, sera déterminante quant à la compétitivité économique de toute région et de toute nation. Toute région, toute nation devra tendre vers une autosuffisance d approvisionnement d énergie électrique annuelle. Une externalisation des impacts environnementaux liés à la production électrique ne sera pas viable à long terme. Il appartient aux autorités publiques et au secteur privé de faire en sorte que des initiatives d encouragement à la sobriété énergétique soit mises en place conjointement avec des investissements dans des capacités de production et de stockage électrique.
Le facteur temps : crucial OUI on pourra beaucoup gagner avec les énergies renouvelables hydraulique, éolien, solaire avec quel agencement dans le temps? OUI on pourra beaucoup gagner avec des économies d énergies avec quel agencement dans le temps et qui investit? Une correction de trajectoire quant à la planification énergétique prend 5 à 10 ans. Les centrales mises en route en 2020 sont décidées maintenant et seront encore en service en 2050. LA question est de savoir : quels plans concrets pour 2020? pour 2035?
L approvisionnement électrique de la Suisse Hans Björn (Teddy) Püttgen Professeur, Chaire de Gestion des Systèmes Energétiques Directeur, Energy Center Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne Georgia Power Professor Emeritus, Georgia Institute of Technology Fellow IEEE Café Scientifique Hôpital de Morges 27 octobre 2011