QUELS MODELES ECONOMIQUES ET OUTILS DE REGULATION POUR LES SMART GRIDS? La mobilité solaire PROJET POLINOTEN Nathalie POPIOLEK, Françoise THAIS CEA, Institut de technico-économie des systèmes énergétiques (I-tésé) 24 JANVIER 2014, FONDATION PARIS-DAUPHINE
CONTEXTE Un projet ADEME s inscrivant dans le programme «mettre l innovation sur la trajectoire du facteur 4» Evaluer l efficience des politiques de développement des nouvelles technologies de l'énergie: cas de la voiture électrique couplée au solaire photovoltaïque intégré au bâtiment, à l'horizon 2030. Les acteurs mobilisés Cofinancement Pilotage du projet: Nathalie Popiolek (I-tésé) 24/01/2014 CHAIRE EUROPEAN ELECTRICITY MARKETS PAGE 2
LE CONCEPT DE MOBILITÉ SOLAIRE EN 2030 Electricité PV privilégiée Maison individuelle BEPOS Travail Chargement de la batterie Stockage et restitution à la maison Réseau 24/01/2014 CHAIRE EUROPEAN ELECTRICITY MARKETS PAGE 3
LA CONSTRUCTION DE POLITIQUES POUR UN CONCEPT INNOVANT Etat des lieux Analyse des politiques existantes d innovation Micro-économie Etude de cas individuels: famille Dupond en 2030 Mise en place de politiques publiques pour une dissémination à grande échelle Sélection des meilleures politiques publiques par une analyse multicritère Macro-économie Aide à la décision 24/01/2014 Recommandations Puissance publique
MODALITÉS DE RECHARGE DE LA BATTERIE Recharge à domicile avec «biberonnage» possible (V2H) 18h-22h réseau 22h-8h Recharge uniquement au travail PV ou réseau entre 10h-12h et 14h-17h30 réseau 22h-8h Biberonnage entre 18h et 22h Recharge à domicile et au travail PV exclusivement 24/01/2014 CHAIRE EUROPEAN ELECTRICITY MARKETS
LES CAS MICRO SIMULÉS Lieu de recharge du VE Météo Distance domicile/travail Domicile Travail Domicile + travail Trappes (Nord) Carpentras (Sud) 50 km A/R 16 km A/R 1a X X X 1b X X X 1c X X X 1d X X X 1e X X X 1f X X X 2a X X X 2b X X X 2c X X X 2d X X X 2e X X X 2f X X X + cas d utilisation du VE le WE (50 km) + cas avec baisse rendement PV 24/01/2014 CHAIRE EUROPEAN ELECTRICITY MARKETS PAGE 6
SIMULATIONS AVEC TRNSYS (CSTB) Hypothèses pour 2030 Données enquête AIE : consommation des usagers de la maison individuelle pour froid /climatisation, auxiliaires, éclairages (3028 kwh/an) Dimensionnement PV pour maison positive en moyenne sur l année avec VE et équipements Panneau PV type cristallin (140 Wc/m 2 ) Résultats pour une année par cas Par pas de 5 minutes : type de production électrique consommée (PV ou réseau) par les équipements et le VE état de charge du VE (SOC) énergie PV fournie au réseau 36% 43% Réseau domicile PV Domicile % temps où le bâtiment est autonome en énergie 21% PV travail 24/01/2014 CHAIRE EUROPEAN ELECTRICITY MARKETS PAGE 7 Charge VE, Trappe, 50 km
CONCLUSION DES SIMULATIONS TRNSYS La production photovoltaïque sur l année est largement supérieure à la consommation totale (sauf cas «1b: PV travail seul, Trappe, 50 km») Mais à pas de temps plus réduits, la production PV ne satisfait pas totalement la consommation (recours au réseau pendant 50% à 70% du temps) La recharge au travail est bénéfique pour l alimentation du VE. Pour un cas «PV travail, Carpentras, 16 km», l appel au réseau est nul Les différents modes de recharge doivent permettre à l échelle journalière de faire mieux correspondre production et consommation. 24/01/2014 CHAIRE EUROPEAN ELECTRICITY MARKETS PAGE 8
EMPREINTE CARBONE DES CAS MICRO On part des profils de consommation du VE et des équipements (PV ou réseau) On calcule par rapport à un scénario de référence, le contenu CO 2 : pendant le cycle de vie des véhicules : fabrication et utilisation (carburant ou recharge batterie pour le VE), de la consommation électrique des équipements, suivant la puissance appelée (nucléaire, fossiles. et PV). Habitat Véhicule Alimentation électrique équipements et batterie* Référence Equipements identiques Thermique hybridé (70 g de CO 2 par km**) Réseau Energie positive VE PV + réseau véhicule réf: batterie auto-rechargée ** valeur objectif 2030 24/01/2014 CHAIRE EUROPEAN ELECTRICITY MARKETS PAGE 9
RÉSULTATS BILAN CARBONE Comparatif selon les cas cas 1 = 50 km g CO 2 /km 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Comparatif du couplage innovant VE-PV avec le cas de référence Méthode marginale -28% -24% -39% -30% -33% -46% Réf 1a 1b 1c 1d 1e 1f g CO 2 /km 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 Comparatif du couplage innovant VE-PV avec le cas de référence -26% -32% -38% -26% -38% Méthode marginale -46% Réf 2a 2b 2c 2d 2e 2f cas 2 = 16 km Le Bilan différentiel CO 2 est d autant plus favorable au couplage que : on roule plus on recharge à la maison et au travail le climat est favorable (sud de la France) Il est lié aussi: au poids de la dette initiale CO 2 par km à la fabrication aux créneaux horaires choisis pour la recharge à l énergie restituée au réseau 24/01/2014 CHAIRE EUROPEAN ELECTRICITY MARKETS PAGE 10
EVALUATION ÉCONOMIQUE: COÛT DU KM PARCOURU Calcul du TCO (coût total de possession) achat du VE et des panneaux solaires (renouvellement en fin de vie) batterie du VE en leasing électricité réseau au même tarif pour les différents cas cas 1 = 50 km Cas 1 Cas 2 cas 2 = 16 km Gain par rapport à la référence [9% -18%] [4%-10%] Bonne compétitivité économique du couplage VE-PV par rapport au véhicule thermique hybridé d autant plus forte que : on roule plus, le climat est favorable (sud de la France). 24/01/2014 CHAIRE EUROPEAN ELECTRICITY MARKETS PAGE 11
DISSÉMINATION À GRANDE ÉCHELLE (FRANCE) Comment construire les meilleures politiques, publiques pour le concept innovant de mobilité solaire? Utilisation du modèle d aide à la décision multicritère ELECTRE IS 24/01/2014 CHAIRE EUROPEAN ELECTRICITY MARKETS PAGE 12
LE MODÈLE MULTICRITÈRE Contextes énergétique et économique Contexte Sociétal Contexte Industriel Leviers Politiques Subvention / véhicule essence hydridé : calcul micro Offre Demande Aménagement Territoire Prix pétrole Budget R&D PV Budget R&D VE Budget R&D smart grid Subvention familles Feed in Tariff Répartition Cas Prix électricité Taux actualisation Jobs Création Modèle d usage Auto partage Budget de l Etat Santé pollution Bilan CO 2 Balance Commerciale Lissage pointe Place industrie véhicule Modèle périphérique : calcul pas horaire Modèle périphérique : calcul pas horaire Place l industrie PV Paramètres Techniques TRNSYS Autres Paramètres Environnementale 24/01/2014 Taxe CO 2 TIPCE (plus fort) Acceptabilité Diffusion au Nord PAGE 13
PONDÉRATION DES CRITÈRES 35% 30% 25% Evaluation des critères par rapport à une politique de Business as usual : calcul macro 20% 15% 10% 5% 0% 1. Bilan CO2 2. Budget de l Etat 3. Santé et pollution 4. Création d emplois 5. Importations évitées 6. Diffusion dans le Nord 7. Acceptabilité 8. Lissage de la pointe 24/01/2014 CHAIRE EUROPEAN ELECTRICITY MARKETS PAGE 14
RÉSULTATS SOUS HYPOTHÈSES Contextes énergétique et économique assez favorables Contexte industriel comme aujourd hui jusqu à 2030 puis avantageux ensuite Modèle d usage Sell vehicle + battery leasing /time + Driver Manufacturer with taxes 24/01/2014 CHAIRE EUROPEAN ELECTRICITY MARKETS PAGE 15
STRATÉGIES GAGNANTES Feed-in tariff renforcé dès 2015 jusqu à parité réseau + taxe carbone ou si non Feed-in tariff, subvention aux ménages + taxe carbone + maisons du sud privilégiées 4 3 2 1 0 2015 2020 2025 2030 Progression des VE solaires en million : politique de demande 24/01/2014 CHAIRE EUROPEAN ELECTRICITY MARKETS PAGE 16
ET SUBVENTION À LA R&D? Politique d offre avec subvention aux smart-grids meilleure que politique d offre PV + Batterie. Mais moins bonne que politiques de demande car il faut attendre 2030 pour avoir les effets en termes de CO 2. 4 3 2 1 0 2015 2020 2025 2030 Progression des VE solaires en million : politique d offre 24/01/2014 CHAIRE EUROPEAN ELECTRICITY MARKETS PAGE 17
MERCI POUR VOTRE ATTENTION Pour l étude de cas micro : Mettre l innovation sur la trajectoire du facteur 4 : Étude de cas sur la mobilité solaire en 2030 Nathalie Taverdet-Popiolek, CEA, I-tésé, Daniel Quénard, CSTB, Françoise Thais, CEA, I-tésé, Simon Vinot, IFPEN, Olivier Wiss, CEA, INES, Revue de l Energie, N 611 p. 23 janvier-février 2013 3 FÉVRIER 2014 POLINOTEN PAGE 18