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Le logiciel de simulation du système électrique

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Prospective  Electricité 2050


Aux lecteurs de la "note brève" de février 2020 :  la production  d'électricité sans émission de CO2 et sans nucléaire ? Un mirage pervers

Documents préparés pour débattre avec RTE



Aux lecteurs de la "note brève" de février 2020
la production  d'électricité sans émission de CO2 et sans nuclaire ? Un mirage


Précisions et compléments

- Les émissions de CO2 causées par l'arrêt des deux réacteurs de Fessenheim : en utilisant l'outil de simulation de ce site, on voit que l'arrêt des deux réacteurs augmentera la consommation, en France, d'électricité produite à partir de gaz de 3,2 TWh/an et diminuera les exportations de 6,4 TWh/an. Cette baisse d'exportation sera compensée par une augmentation de production à partir de gaz surtout et aussi , mais en moindre quantité, de charbon ou de lignite. Supposons, au total 7 TWh à partir de gaz et 2,6 TWh à partir de charbon soit en tout 7 millions de tonnes de CO2, soit, en 20 ans, 140 MtCO2. Par ailleurs un mètre cube de bois qui brûle libère une tonne de CO2. Un hectare de forêt porte en moyenne 300 m3 de bois. 140 millions de mètres cubes sont portés par 470 000 hectares,. C'est la moitié de la surface du massif landais. Ajoutons que lors d'un incendie de forêt tout le bois n'est pas brûlé et que la forêt qui repousse récupère le CO2.

- La consommation d'électricité dans la SNBC : "entre 600 et 650 TWh dont une partie utilisée pour des conversions vers d'autres vecteurs d'énergie finale : hydrogène, gaz... (p. 27 du rapport SNBC. Plus loin, p. 30, le schéma montre que la consommation finale de industrie, transport, résidentiel et agriculture serait, hors pertes de réseau, de 520 TWh . En 2013, elle fut de 460 TWh. Elle a un peu diminué depuis. Donc la SNBC prévoit une augmentation de 70 TWh  alors que la consommation d'énergie fossile est de 950 TWh. 

- Une autre hypothèse sur la consommation d'électricité : Une partie de cette énergie fossile sera remplacée par des moteurs électriques et des PAC qui remplacent par 1 MWh électrique 2 ou 3 MWh fossiles. Il y aura des économies d'énergie et, en sens inverse, de nouveaux usages et une demande de confort. La biomasse apportera quelques dizaines de TWh. La SNBC suppose donc une baisse de consommation qui va bien au-delà de l'efficacité énergétique. C'est ce qu'elle appelle la "sobriété". De plus, ses hypothèses de baisse de consommation du bâtiment sont beaucoup trop coûteuses. Au total, pour les cinq secteurs de consommation, il est prudent de compter, hors pertes de réseau, non pas 520 TWh mais 654 TWh soit 700 TWh avant pertes de réseau. C'est moins que ce que l'on voit dans le scénarioNégatep de Sauvons le climat.

La SNBC prévoit d'utiliser des possiibilités de production qui sont excédentaires au moment où elles apparaissent pour produire de l'hydrogène qui sera utilisé hors du système de production-stockage-consommation d'électricité. Il s'agit de quelques dizaines de TWh. Elles ne doivent pas être comptées lorsque l'on  compare la consommation d'électricité en 2050 avec la situation actuelle.

- Sur la stabilité du réseau : pour conserver une inertie suffisante des masses tournantes, une méthode déjà pratiquée est de laisser sur le réseau les alternateurs de groupes turbo générateurs de machines déclassées - ce sont les "compensateurs synchrones" : le alternateurs d'un groupe qui produisait 2 GW permettront de diminuer cette limite minimum de production des machines tournantes de 1 GW. Pour l'abaisser de 30 GW, il faudrait donc utiliser presque tous les alternateurs des groupes nucléaires. A cette échelle, on n'a aucune expérience ! Et personne ne peut prévoir les phénomènes électriques et électromagnétiques que cela génèrerait. Dans certaines études sur un scénaro "100 % renouvelable", il est dit que  cette inertie stabilisatrice pourrait être remplacée par des batteries ; c'est inexact. On trouvera peut-être autre chose mais  on ne sait quoi.  Le simulateur de ce site calcule une valeur pour cette limite minimale de production des machines tournantes et permet à l'utilisateur d'indiquer de combien elle peut être abaissée.

Quelques simulations : tableaux des hypothèses et des principaux résultats


Les résultats présentés ici sont un peu différents de ceux que donne la version publiée du logiciel de simulation pour les raisons suivantes :
- Sans nucléaire le profil de consommation est celui que suppose l'ADEME, qui s'adapte au rythme du vent et du soleil, alors que, dans la version publiée, le profil horaire de consommation est celui de l'année 2013
- Le profil horaire de la production éolienne en mer est différent de celui de la production éolienne sur terre
- La production de l'eau des lacs est calculée heure par heure en fonction des besoins et de l'état de remplissage des lacs et non pas égale heure par heure à celle de 2013 ; cela veut dire qu'elle ne tient pas compte des différentes contraintes auxquelles en réalité elle doit se plier.
La capacité en GW pouvant être garantie par les batteries est évaluée au vu des chroniques horaires de ce qui  est demandé aux moyens pilotables hors le nucléaire (soit : le gaz, la partie pilotable de la biomasse, les lacs, les Steps et les batteries). La capacité de prodution à partir de gaz est évaluée en tenant compte de la capacité garantie par les autres moyens pilotables et en ajoutant quelques GW de précaution - cf. la notice technique présentant ce logiciel.


Les tableaux suivants  présentent toutes les hypothèses et les principaux résultats de chacune de ces simulation :

consommation prévue par la SNBC soit 556 TWh par an avant les pertes en ligne
    - sans nucléaire, en supposant
         qu'il n'y a pas de contrainte liée à la stabilité du réseau électrique
         que la limite minimum de production des machines tournantes est abaissée à 15 GW (au lieu de 33 GW aujourd'hui.)
     - avec 63 GW nucléaire et  peu d'éolien et de photovoltaïque

consommation supérieure de 140 TWh à ce que prévoit la SNBC, soit 700 TWh avant pertes en ligne
     - sans nucléaire en supposant qu'il n'y a pas de contrainte liée à la stabilité du réseau
     - avec peu d'éolien et de photovoltaïque et le même nombre de réacteurs nucléaires qu'aujourd'hui mais plus puissants, soit 90 GW.

Un tableau permettant la comparaison entre quelques résultats des simulations précédentes : en ignorant les contraintes de stabilité des réseaux, la différence de dépenses avec ou sans nucléaire est de 20 à 30 milliards d'euros par an. En tenant compte d'une contrainte liée à la stabilité du réseau cette difféernce est beaucoup plus importante.

En cas de très basse consommation d'électricité, il faut ajouter les dépenses  d'économies d'énergie. Pour le logement, il s'agirait de 20 à 30 milliards d'euros par an voir ici.

Comme je l'écris régulièrement, nul n'étant à l'abri des erreurs merci de me faire part de vos remarques.




Documents préparés pour débattre avec RTE

Sur la pertinence de l'outil de simulation Simel-SP publié ici
- Une note présentant Simel-SP et montrant sa pertinence : il réplique bien un scénario sans nucléaire et sans émission de CO2 (une étude faite par une équipe du CIRED)
- une réplique du scénario Ampère de RTE et une comparaison de Ampère et de sa réplique 

Expliquer pourqoi des évaluations de coût sont tellement différentes
Une analyse  : profil de la demande, gestion de l'eau, profil de l'activité du vent, hypothèses sur l'efficacité et le coût des moyens de production, calcul des capacités garanties.

Des tableaux montrant les moyens de production,
Un ensemble de tableaux sur la production d'électricité selon le niveau de la consommation, la part du nucléaire, la contrainte liée à la stabilité du réseau
Une feuille montrant une simulation avec des hypothèses très théoriques proposées par RTE : une faible consommation (556 TWh), une capacité éolienne et PV et une capacité de batteries en haut des fourchettes proposées par RTE, pas de contrainte liée à la stabilité du réseau.
Une simulation avec une consommation de 700 TWh et peu d'éolien et de PV

Une note qui explique comment ont été bâties ces simulations  : le niveau et le profil de la consommation,  le détail des coûts, le calcul de la capacité pilotable.


La ministre a demandé à RTE de travailler sur une propective 2050

Le but de la politique de l'énergie de l'Union européenne et de la France est d'atteindre la neutralité carbone, c'est-à-dire de ne plus consommer de gaz, de fioul ni de carburant pétrolier.

C'est possible avec plus ou moins de consommation d'énergie, plus ou moins de consommation d'électricité et plus ou moins de nucléaire.

En utilisant l'outil de simulation qui est publié ici et une autre version non encore publiée, nous avons étudié un grand nombre d'hypothèses.

Les aspects critiques sont :
la consommation d'électricité,
la stabilité du réseau électrique,
la place du nucléaire,
l'efficacité des batteries pour garantir une puissance,
la capacité des moyens de producion à partir de gaz de synthèse,
l'indépendance énergétique,
 l'utilisation des possibilités de production excédentaire,
le nombre d'éoliennes et les surfaces occupées pa les panneaux photovoltaïque,
la consommation de matériaux (sable pour le baton, fer, cuivre, métaux nobles, terres rares),
la pollution causée par la production des matériaux,
les dépenses.

Deux jeux d'hypothèses sans émissions de CO2, sans nucléaire ou avec peu d'éolien et de PV

   une simulation avec des hypothèses très théoriques proposées par RTE : consommation 556 TWh sans nucléaire. Forte capacité éolienne et PV ; grossee utilisation des batteries des véhicules. En supposant qu'il n'y a aucun problème de stabilité du réseau électrique et en comptant pour zéro le coût de batteries, les dépenses seraient de 55,8 milliards d'euros par an - avec les hypothèses de coûts fites par RTE pour l'année 2035.
  une simulation avec une consommation de 700 TWh et peu d'éolien et de PV  (23 GW d'éolien dont 3 en mer, 20 GW PV) et 85 GW nucléaire (il suffit de remplacer nombre pour nombre les réacteurs actuels) : les dépenses seraient de 45,4 milliards d'euros par an. Ceal deamndera un puissant effort de mobilisation de l'industrie.

En comparant les dépenes, il faut ajouter les dépenses d'économie d'énergie, supérieures avec la première hypothèse de 25 milliards d'euros par an à celles qui vont avec la seconde hypothèse - voir ici. Ce qui porte la différence à 35 milliards d'euros par an sans compter le coût des batteries et en supposant qu'il sera possible de préserver la stabilité du réseau électrique sans aucun surcoût.  Voir par exemple le dernier de ces tableaux.





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Comme je l'écris régulièrement, nul n'étant à l'abri des erreurs merci de me faire part de vos remarques.