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Quelques résultats

depuis avril 2021
l'outil de simulation réplique la production d'hydrogène

"en base moins la pointe" et quand l'électrolyse utlie des possibilités excédentaires de production d'électricité.

Et il calcule le total des dépenses de production et d'électricité
 



Dans ce dossier

Pourquoi publier cette feuille de calcul

une notice d'utilisation simplifiée
 
une notice d'utilisation 
la feuille de calcul   

la pertinence de ce modèle de simulation simplifié  







 








voir aussi le dossier sur la politique de l'électricité








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Plus ou moins de nucléaire, d'éolien, de photovoltaïque,
combien cela coûte-t-il ?
Et quelles autres conséquences ?

Une feuille de calcul mise à votre disposition vous permet de répondre  

Combien dépenserons-nous pour notre électricité  ? Nous entendons tout et son contraire.

Pour un débat serein chacun devrait publier l'ensemble de ses hypothèses et aussi le moyen de calcul qu'il utilise.

C'est ce que nous faisons ici (depuis 2017). Notre outil de simulation du système électrique simplifié et publié, SimelSP, est à votre disposition

L'utilisateur introduit la consommation et les moyens de production et de stockage sauf la consommation à partir de gaz. SimelSP calcule heure par heure la ce qu'il faut produire à partir de gaz (ou ce qu'il faut importer) pour répondre à la demande.

Au sujet de la production d'hydrogène destinée à des usages hors du système électrique,  
SimelSP distingue une prodution alimentée en électricité "en base moins la pointe" et une production alimentée à partir des possibilités de production excédentaire ; dans ce deuxième cas, il calcule le coût de production.
     
Ici une notice d'utilisation simplifiée. Vous pouvez aussi y aller directement

Depuis septembre 2021 il existe une autre version SimelSP2 qui donne à l'utilisateur la possibilité des choisir parmi pluieurs profils horaire de consommation d'électricité et même de confectoinner lui-même une chronique de consommation. Voir ici SimelSP2



Pourquoi publier cette feuille de calcul

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la feuille de calcul                  

la pertinence de ce modèle de simulation simplifié  

   


Pourquoi cette feuille de calcul ?

Sur les capacités, les besoins de stockage, les dépenses, des valeurs sont avancées par différents organismes et institutions mais on a souvent du mal à savoir comment elles sont justifiées et, surtout, on est incapable de voir de quoi elles dépendent et d'étudier d'autre hypothèses

En comparant les dépenses avec plus ou moins de nucléaire ou d'éoliennes ou de photovoltaïque pour une même consommation et une même émission de CO2, cette feuille de calcul permet, entre bien autres choses, de donner un coût à la décision d'augmenter la capacité de production de l'électricité renouvelable.

Cet outil de simulation, SimelSP
1- permet à tout le monde de choisir ses hypothèses
- sur la consommation d'énergie,
consommation finale en distinguant un semestres "frais" et un semestre "chaud" et consommation pour produire de l'hydrogène avec une léectricité prise sur le réseau "en base moins la pointe".
possibilités de déplacement de consommation et possibilités d'effacement définitif
- sur la composition du parc de production : nucléaire, éoliennes, photovoltaïque, fleuves, lacs, biomasse, biogaz, fossile non pilotable
- sur la limite minimum de production des machines tournantes et sur la possibilité de diminuer cette limite.
- sur deux procédés de "stockage", d'une part les batteries, d'autre part la production d'hydrogène pour produire du gaz de synthèse qui sera utilisé pour produire de l'électricité
- sur le coût des différents procédés de production et de stockage,
- sur les dépenses
spécifiques pour remplacer l'électricité effacée
- sur la capacité des lignes électriques qui permettent d'importer ou d'exporter ou sur la capacité des équipements pouvant consommer les excédents de production électrique notamment pour produire de l'hydrogène
- sur le coût d'un électrolyseur.

2- à partir de ces hypothèses, il calcule
- la consommation de gaz fossile ou d'importation ; la production de gaz de synthèse pouvant être utilisé hors du système électrique.
- les possibilités de production pouvant être exportées ou utilisées à produire de l'hydrogène ou de la chaleur
- les dépenses annuelles de chaque moyen de production (nucléaire, éolienne, PV et gaz) et de chaque moyen de stockage, et le total des ces dépenses pour réonde à la demande finale d'électricité

Pour ce calcul, les dépenses d'équipement (CAPEX) sont réparties en annuités constantes sur la durée de vie de l'équipement - c'est la méthode LCOE, levelised cost of energy, très généralement utilisée, notamment par la Cour des Comptes.
- la dépense totale de production d'électricité et d'hydrogène
  le coût de production d'hydrogène se calcule par différence entre les dépenses totales avec ou sans hydrogène pour une même consommation finale d'électricité
- le coût de production de l'hydrogène produit à partir des possibilités excédentaires de production d'électricité

On calcule les dépenses de production et éventuellement de stockage du système électrique selon qu'il y a plus ou moins d'éoliennes - ou de photovoltaïque. Si l'on se contente de comparer les coûts de production de chaque moyen, le nucléaire neuf est plus coûteux que les éoliennes sur terre ou, a fortiori, plus coûteux que le photovoltaïque au sol alors que les dépenses avec plus de PV ou d'éoliennes sont supérieures à ce qu'elles sont avec moins de photovoltaïque ou d'éoliennes.

Pour calculer les dépenses totales d'un  système de production et de stockage d'électricité, l'informatique est bien utile. Encore faut-il que les "modèles" de simulation utilisés soient accessibles pour que chacun puisse comprendre de quoi sont faites les dépenses. La feuille de calcul proposée ici est simplifiée en ceci qu'elle se fonde sur les chroniques horaires d'une seule année, l'année 2013. Appelons-la SimelSP pour "simulation de l'électricité simplifiée et publiée"

Une autre version de cette feuille de calcul s'appuie sur les chroniques horaires de consommation et d'activité éolienne de chacune des années de 2012 à 2017. Les résultats d'une année à l'autre sont proches les uns des autres - sauf une pointe de consommation exceptionnelle en 2012, supérieure de 10 GW à celle de l'année 2013.

SimelSP montre comment l'électricité interagit avec les autres formes d'énergie.

SimelSP indique heure par heure et pour l'ensemble de l'année les possibilités de production disponibles pour autre chose que la demande française d'électricité. Cette disponibilité peut être utilisée pour produire du biocarburant par exemple, ou pour être exportée ou pour produire de l'hydrogène ou de la chaleur ou, à défaut, être abandonnée (en baissant de régime des réacteurs nucléaires ou en écrétant la production éolienne et photovoltaïque).

SimelSP peut simuler un effacement définitif à l'initiative du fournisseur sans préavis pour quelques minutes ou plusieurs semaines. Tel est le cas de consommateurs équipés de chauffages hybrides. Dans le cas d'une forte proportion d'éolienne et de photovltaïque, la valeur d'un MWh ainsi effacé est  supérieure à 400 €/MWh.

SimelSP simule aussi la production d'hydrogène "en base moins la pointe" ; la consommation d'électricité s'efface lorsque les sytème dt faire appel aux TAC ou groupes électrogènes.

SimelSP  calcule le total des dépenses de production d'électricité et d'hydrogène,  ce qui permet  de calaculer le coût de l'hydrogène en comparant les dépenss totales avec plus ou moins d'hydrogène.

SimelSP popose une option qui tient compte de la contrainte qui  limite l'entrée des productions éolienne et photovoltaïque car ces moyens de production n'apportent pas au réseau électrique l'inertie mécanique dont il a besoin pour sa stabilité. Si la capacité nucléaire installée est supérieure à une certaine valeur dépendant de la consommation, elle est suffisante pour apporter l'inertie dont le réseau a besoin. Sinon, il faut apporter au réseau l'inertie de machines tournantes qui ne produisent pas d'électricité.

SimelSP permet de visualiser l'utilité des batteries s'ajoutant aux moyens de stockage existants et de mesurer combien leur utilité peut être grande pour quelques GW et presque disparaître au-delà.

SimelSP  calcule de deux façons différentes le besoin de capacités de productions pilotables.

SimelSP s'appuie sur les chroniques horaires de consommation et d'activité éolienne d'une seule année mais il est très facile d'y inroduire d'autres chroniques horaires.
La variante SimelSP2 offre un large choix de chroniques de consommation d'électricité - voir ici.

Au total, cet outil de simulation  est  facile à utiliser. Si l'on introduit les hypothèses de l'ADEME ou de RTE, il fournit des résultats très proches de ceux que publient ces organismes. - cf. une note sur les limites et la pertinence de ce modèle.

SimelSP permet de tester toutes sortes d'hypothèses et peut aisément être complété. Avec lui, on peut compléter les informations données par les institutions et leur poser des questions.





Toute remarque est bienvenue.






Quelques particularités :

Ce modèle est accessible car il est publié et simple d'utilisation.
Il est facile à comprendre car c'est une simple feuille de calcul au format Excel.
Il calcule des variantes en quelques clics et quelques secondes.
Il permet de voir heure par heure ce qui se passe : charge et décharge des stockages, possibilités de production excédentaires.
Il propose une option qui inclut la contrainte de stabilité du réseau et le moyen de la préserver
Il simule la possibilité d'effacement définitif où l'électricité est remplacée par une autre forme d'énergie.
Il permet de se rendre compte des possibilités et des limites de batteries s'ajoutant aux moyens de stockage existants.
Pour la bioénergie il distingue la biomasse (en distinquant une production de base et une production pilotable) et le biogaz
Parmi les possiibilités de production excédentaires, il distingue celles du nucléaire d'une part, de l'éolien et du photovoltaïque d'autre part
Il calcule la production de gaz de synthèse disponible hors du système électrique
Il calcule le coût de l'hydrogène, un calcul difficile à faire lorsqu'il n'est pas couplé à l'ensemble du système électrique
Il est facile à compléter, par exemple en introduisant d'autres chroniques de consommation. ou de production éolienne ou en mer.



  Notice d'utilisation simplifiée de SimelSP

Les données à introduire

La consommation
On distingue la consommation finale et une consommation d'électricité pour produire de l'hydrogène "en base moins la pointe"
   La consommation finale : deux options :
option 1 : on introduit la consommation annuelle en nombre de TWh
option 2 : on introduit un pourcentage d'augmentation par rapport à aujourd'hui pour les six mois frais et un autre pour l'autre semestre
         les possibilités d'effacement définitif : une capacité maximum l'hiver et une autre l'été : pendant une heure, l'effacement intervient en remplacement de production de pointe (TAC ou groupes électrogènes) dans une limite qui est proportionnelle à la capacité maximale d'effacement et à la consommation totale.
          les déplacements de consommation : indiquer le maximum de consommation pouvant être déplacé avant d'être compensé.
   La consommation pour produire de l'hydrogène "en base moins la pointe" s'efface

Avec la nouvelle variante SimelSP2, introduire la consommation finale annuelle et, pour le profil horaire, choisir entre plusieurs options. Avec l'option 4, introduire aussi la consommation annuelle pour le chauffage (sans l'eau chaude). Avec l'option 5, introduire le profil horaire de consommation.

La production
Introduire les composantes des moyens de production d'électricité
- pour le nucléaire : la capacité installée et, en pourcentage, la capacité disponible en moyenne et au maximum dans l'année (l'hiver) ; la flexibilité maximum et le fonctionnnement minimum.
- pour l'éolien : la capacité installée sur terre et en mer, les facteurs de charge (en nombre d'heures par an) sur terre et en mer
- pour le photovoltaïque, le facteur de charge et le pourcentage sur toiture
- pour préserver la stabilité du réseau électrique : une option permet d'en tenir compte. La puissance éolienne et photovoltaïque mise sur le réseau est alors limitée de façon que la puissance délivrée par les machines tournantes soit supérieure à une limite minimale qui préserve la stabilité du réseau. L'utilisateur indique de combien ce minimum peut être diminué par apport d'inertie par des machines qui ne produisent pas d'électricité ou d'une autre façon
Dans la situation actuelle une inertie mécanique est apportée par les machines de production car ce sont des machines tournantes (hydraulique, gaz, biomasse et nucléaire). Cette inertie est proportionnelle aux capacités de production couplées au réseau. Lorsque la capacité éolienne et photovoltaïque devient importante, l'inertie de machines tournantes couplées au réseau n'est pas suffisante pour préserver la stabilité du réseau. Sans apport d'inertie la capacité minimale des machines tournantes couplées au réseau est aujourd'hui de l'ordre de 30 GW. SimelSP suppose que ce minimum est proportionnel à la production annuelle totale. SimelSP suppose que toute la capacité nucléaire disponible est couplée au réseau et que la capacité des CCG et des TAC couplées au réseau est proportionnelle à leur production.
- pour l'hydraulique sans  les Steps, qui sont traitées comme un moyen de stockage
La production des lacs est, à chaque heure, proportionnelle à celle de l'année 2013, ce qui rend bien compte de la modulation entre les saisons. Pour  étudier la contribution des lacs au pilotage à court terme (quelques jours), on peut utiliser une autre option - cf. plus loin au sujet de l'utilité d'une capacité de stockage complémentaire.
- pour la biomasse solide : on introduit la production annuelle et aussi la partie de cette production qui est "en base"
La production à partir de biomasse est limitée par la capacité de l'équipement et par la quantité de biomasse. Par ailleurs, s'il y a peu de nucléaire, cette production sera sollicitée pour pallier les fluctuations éoliennes et solaires. C'est pourquoi, SimelSP distingue une production en base et une production pilotable. La production pilotable heure par heure estproporitionnelle à ce qui est fourni par les CCG.  SimelSP calcule la puissance nécessaire ; l'utilisateur introduit la capacité - qui servira à calculer la capacité garantie.
- pour le biométhane : on introduit la production annuelle à partir de biométhane ; on introduit aussi le coût du MWh thermique du biogaz.
- pour la production à partir de gaz, fossile ou de synthèse SimelSP calcule ainsi la capacité des moyens de production à partir de gaz : le maximum de la puissance appelée est diminué des capacités garanties, qu'il calcule, et des possibilités d'effacement définitif, et il est augmenté ou diminué d'une valeur introduite par l'utilisateur. Celui-ci peut se référer à la valeur maximum demandée à la production à partir de gaz pour répondre à la demande, celle-ci étant calculée par SimelSP.
Sans indication contraire, le logiciel calcule lui-même la capacité des moyens de pointe (TAC et groupes électrogènes). Autre option : l'utilisateur peut choisir d'ajuster la capacité de pointe de façon à minimiser les dépenses sachant que les CCG coûtent plus cher mais ont un meilleur rendement que les moyens de pointe.
- pour la production d'hydrogène qui ne sert pas à produire de l'électricité mise sur le réseau électrique, le coût d'un électrolyseur et son rendement.

Le stockage,  la production d'hydrogène pour faire du méthane puis de l'électricité, les possibilités d'exportation
Introduire
pour les batteries, leur capacité (en GWh), leur puissance de charge et leur puissance de décharge (en GW),
la puissance  garantie
par les batteries et les reports de consommation : voir plus bas
pour la production de méthane de synthèse : la capacité de l'électrolyseur ; le rendement du processus qui va de l'électrolyse à la production d'électricité selon qu'il passe par des CCG ou par des TAC. SimelSP calcule le rendement effectif.
pour l'exportation ou d'autres usages : la capacité des lignes d'interconnexion vers l'étranger ou la capacité des installations consommant l'électricité.

Les coûts et les dépenses - hors hydraulique
pour chaque moyen de production et de stockage : la capacité, les dépenses d'installation, la durée de vie, les dépenses annuelles indépendantes de la consommation et les dépenses d'énergie.Sur une feuille intitulée "les coûts", on verra les coûts du nucléaire, des éoliennes et du photovoltaïque aujourd'hui et en 2035 ou 2050 selon l'ADEME ou selon RTE. Les valeurs publiées utilisées sont les coûts indiqués par RTE pour 2035 auxquelles ont été ajoutés les coûts de raccordement au réseau.
Le taux d'actualisation
Le coût du MWh thermique de gaz,
biogaz ou gaz fossile
le coût du CO2
la valorisation des excédents.

Les résultats fournis par la feuille de calcul
La production d'électricité à partir d'énergie fossile, produite en France ou importée : cette simulation ne dit pas où l'électricité est produite
La production de méthane de synthèse disponible hors du système électrique si les excédents ne sont pas exportés
Les quantités exportées ou consommées pour produire du gaz en distinguant les quantités produites par éoliennes ou photovoltaïque et les quantités produites par les réacteurs nucléaires
Les consommations effacées définitivement sans préavis mais selon un contrat passé avec le consommateur
Les productions par moyen de production
Les dépenses annuelles de production hors hydraulique ; les mêmes augmentées du coût du CO2 ou/et diminuées de la valorisation des possibilités de production excédentaires (tenant compte du coût de production lorsque ces excédents sont d'origine nucléaire)
Les dépenses par moyen de production et de stockage
Le coût de production d'hydrogène à partir d'électricité excédentaire
Les dépenses totales de production d'électricité et d'hydrogène
Quelques effets connexes : nombre d'éoliennes, surfaces occupées par le photovoltaïque.


 






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le 25 mai 2017 - relue et complétée depuis

Une feuille de calcul

qui simule un parc de production d’électricité et calcule les dépenses de production

Notice technique - compléments à la notice simplifiée

voir ici les améliorations apportées depuis la première publication

Les capacités garanties

La capacité garantie par le nucléaire est calculée avec le coefficient de disponibilité en hiver
La capacité garantie par les éoliennes est indiquée par un coefficient s'appliquant à la puissance installée.
Celle des fleuves est la puissance minimale pendant l'hiver.
La capacité de production à partir de biomasse solide : elle est calculée ; mais pour des raisons techniques, l'utilisateur doit la recopier.
La puissance garantie par les steps, les batteries et les reports : cette puissance est limitée par la puissance de décharge des batteries et la puissance de consommation reportée. Elle est surtout limitée par les quantités (en GWh) pouvrant être déstockées ou reportées. La relation entre puissance et quantités se voit en consultant les chroniques horaires.

La capacité garantie par le détockage : l'examen de la chronique horaire, colonne O, permet de voir la capacité, en GW, pouvant être fournie par le déstockage de moyens de stockage selon la contenance, en GWh, de ces moyens. La colonne O est recopiée en BK. Les colonnes BK à BO pemettent de calculer les quantités écrêtées heure par heure selon la capacité écrêtée, et les quantités déstockées pendant la durée d'un écrêtement.
Il est possible de tenir compte de l'apport des lacs de montagne. En utilisant l'option 1 (case P122), la colonne O indique alors heure par heure ce qui est demandé à l'ensemble gaz,  déstockage et lacs de montagne.

Les calculs

En quantité

Les chroniques horaires colonne par colonne

La consommation finale et les productions sont calculées à partir des chroniques horaires de 2013 données par RTE. Ces chroniques donnent les productions par moyen de production y compris ce qui est produit par les Steps. Elles figurent telles quelles sur la feuille de calcul.

La consommation finale de référence : l'année 2013 

En retirant ce qui est pompé par les Steps et le bilan net des échanges extérieurs, ces chroniques de l'année 2013 donnent heure par heure ce qui est mis sur le réseau pour la consommation, y compris les pertes en ligne. On en retire donc les pertes en ligne (7 %) pour connaître la consommation finale en 2013.

La nouvelle variante SimelSP2 offre le choix entre plusieurs profils horaires de consommation ; elle donne aussi à l'utilisateur la possibilité d'introduire une chronique horaire de consommation qu'il aura copiée ou construite lui-même. Voir ici.

La consommation finale simulée, avant déplacement  de consommation et effacement définitif

La feuille calcule heure par heure une consommation proportionnelle à celle de 2013 avec un coefficient de proportionnalité qui est selon le choix de l'utilisateur,
        ou bien le même  toute l'année si l'utilisateur choisit d'introduire la consommation annuelle.
        ou bien différent pour six mois frais chauds (du 1er avril au 30 septembre) d'une part, six mois frais d'autre part.
La consommation totale est la somme des consommations horaires.

Les consommation horaires peuvent être modifiées par les  déplacements de consommation et les effacements définitifs - cf. plus bas.

Les colonnes de 8760 lignes

- les quantités destinées directement à la consommation finale (y compris les pertes en ligne)

- les productions de base mises sur le réseau : ce sont les productions à partir de fleuve, la partie "base" des sources thermiques fossiles et non fossiles et les productions à partir des lacs ; le total de ces productions. Les productions de base sont sans émissions de CO2 sauf un petite quantité de production de base à partir d'énergie fossile (cogénération).

- l'éolien et le photovoltaïque
    - possibilités de production éolienne colonne I : SimelSP calcule heure par heure la production éolienne sur terre en se référant à la production en 2013 et en tenant compte du facteur de charge et de la capacité des éoliennes, et la production éolienne sur mer en se référant une chronique horaire donnant la production de 1 GW installé : colonne AK.
    - possibilités de production photovoltaïque : colonne J : proportionnelles à la production de 2013 dans un rapport qui tient compte de la capacité installée et de l’efficacité du photovoltaïque. 
     - possibilités de mise sur le réseau avant de tenir compte de la contrainte relative à la stabilité du réseau : c'est la possibilité de production dans la limite de la différence entre la consommation (augmentée des pertes de réseau et de l'énergie qui maintient en mouvement les machines tournantes qui apportent de l'inertie) (colonne H) et la somme de la production nucléaire minimum (compte tenu de la limite de flexibilité nucléaire) et des productions de base (hydraulique, production de base à partir de gaz et de biomasse) ; en effet, SimelSP fait passer éolien et photovoltaïque après ces productions de base. De fait, cette hypothèse ne limite pas l'utilisation des éoliennes et du PV.

- La stabilité du réseau
Ou bien on considère qu'elle ne crée pas de contrainte sépcifique ; ou bien on considère que l'inertie des machines couplées sur le réseau doit être supérieure à un minimum.
Dans ce cas, on  suppose ici que la capacité nucléaire couplée au réseau est la capacité installée multipliée par le coefficient de disponibilité, que la capacité des TAC couplée au réseau est égale à la puissance effectivement produite ; quant aux CCG, dans cette version, on suppose qu'elles sont découplées lorsqu'elles ne produisent pas. L'apport d'une masse tournante sans production se mesure par la baisse de capacité de production qu'il autorise. Sans dispositif spécifique, le besoin d'inertie indique donc la limite minimale de capacité des machines tournantes couplées au réseau, LMCMT, qu'elles produisent ou pas. Il faut indiquer à SimelSP de combien un dispositif spécifique diminue la LMCMT. Celle-ci est diminuée de l'inertie des moteurs couplés au résau. SimelSP limite l'accès au réseau de l'éolien et du photovoltaïque et la puissance délivrée par le déstockage pour laisser suffisamment de place aux machines tournantes pilotables.   

- La  production nucléaire destinée directement à la consommation finale
    Elle est calculée en plusieurs temps.
     1- la capacité maximum compte tenu du coefficient technique de disponibilité. Celui-ci est modulé au cours de l'année.
     2- la puissance mise sur le réseau est limitée par la différence entre d'une part la consommation et, d'autre part,  la somme des quantités produites par l'hydraulique, la production de base à partir de sources thermiques renouvelables ou fossiles et les quantités produites par éoliennes et  PV et pouvant être mises sur le réseau ; mais la puissance nucléaire mise sur le réseau doit être supérieure à un minimum et respecter des limites de flexibilité du nucléaire - de fait ces limites ne jouent pas.

- L'excédent de possibilités de production hors productions pilotables à partir de biomasse et de gaz : colonne N : c'est la différence entre ces possibilités et la consommation.

- L'excédent de possibilités de production sert d'abord à charger les moyens de stockage (dans la limite du niveau de charge et de la puissance de charge), puis est consommé par l'électrolyseur dans la limite de sa capacité, puis peut être exporté ou utilisé à autre chose dans la limite des capacités d'interconnexion ou de consommation. Dans tous les cas, on distingue le total de l'électricité d'origine éolienne et photovoltaïque.

- Ce qui est demandé aux moyens pilotables autres que le nucléaire : déstockage, report de consommation, partie pilotable de biomasse et de gaz et effacement définitif : colonne O : c'est la différence entre la consommation (colonne H) et la somme du nucléaire et des moyens non pilotables  (colonne AQ). Cette colonne O est très intéressante.

- Lorsque la valeur précédente est positive, la quantité manquante est apportée par du déstockage et des reports de consommation, puis par la part pilotable de la production à partir de biomasse, puis par les CCG (qui consomment du gaz de synthèse, du biométhane et du gaz fossile), puis par l'effacement définitif, et enfin par des TACs.

- Le recours au déstockage est limité pour que les machines tournantes apportent au réseau électrique suffisamment d'inertie pour préserver sa stabilité. Comme le débit de déstockage dépend lui-même de la puissance éolienne et photovoltaïquequi entre sur le réseau, on butte sur des "réferences croisées". La difficulté est surmontée comme cela est expliqué sur la feuille de calcul.

- La somme des productions à partir de gaz (biométhane, gaz de synthèse et gaz fossile), de la partie pilotable de biomasse et d'importation .

- La production à partir de biomasse solide
On distingue une partie produite "en base" et une autre qui est pilotable. L'utilisateur introduit la production annuelle totale, dont la partie en base. SimelSP  suppose que,  chaque heure, la production à partir de la partie pilotable de biomasse est proportionnelle à la production à partir de CCG, ce qui détermine la capacité de production pilotable, qui s'ajoute à la capacité "de base". L'utilisateur introduit une capacité garantie, égale à la production horaire maximale.

- L'effacement définitif de la consommation finale intervient après le déstockage et la production à partir de biomasse et de CCG. Chaque heure, il est inférieur à une valeur proportionnelle à la consommation totale pendant cette heure et à la capacité effaçable maximum. L'hypothèse est faite que le profil de cette consommation très partiellement effaçable est le même que celui de la consommation en général.
SimelSP calcule par ailleurs, heure par heure, l'effacement des électrolyseurs alimentés en base sur le réseau.

- SimelSP calcule, chaque heure, la production par les TAC de façon à répondre à la demande.

                 Il serait alors facile de calculer les quantités livrées pendant que sont marginales les productions des TACs, des CCG ou du déstockage.

La capacité de production à partir d'énergie fossile : deux façons de la calculer

1- SimelSP calcule ainsi la capacité de production à partir de gaz : c'est la différence entre la pointe de consommation et la somme des capacités garanties. Il suppose qu'il n'y a pas de vent ni de soleil au moment précis de la pointe de consommation. On peut ajouter ou retrancher quelques GW du résultat de ce calcul (case Q54). C'est la méthode "déterministe".

2- SimelSP donne la possibilité de la calculer d'une autre façon. La colonne O indique heure par heure ce qui est demandé à l'ensemble des moyens pilotables autres que le nucléaire : déstockage, partie pilotable de la biomasse, CCG, effacement définitif, TAC et importations, donc aussi le maximum sur l'année.
En retranchant la puissance que peuvent apporter les moyens de stockage (STEPs, possibilités de modulation journalière de production des lacs et des fleuves et batteries), les reports de consommation et la capacité pouvant être définitivement effacée, SimelSP calcule le besoin de capacité de production des CCG et moyens de pointe. Si l'on ne regarde que les chroniques d'une seule année, il est prudent d'ajouter une marge de précaution.
Si l'on faisait cela sur un grand nombre de simulations, on calculerait la capacité de production à partir de gaz selon une méthode "probabiliste"  - ou "Monte Carlo" - en acceptant une faible probabilité de manquer de capacité de production. Une case permet d'ajuster la capacité de production à partir de gaz de façon à avoir la marge de précaution que l'on souhaite.

Une autre version de cette feuille permet d'utiliser les chroniques de consommation et les chroniques d'activité éolienne des années 2012 à 2017, ce qui permet 36 combinaisons. La consommation de 2012 combinée à l'activité éolienne de 2015 (extrêmement faible certains jours d'hiver) conduit à penser que la capacité de production calculée selon la première méthode (supposant que la production éolienne est nulle lorsque la consommation est maximum) et sur la base de l'année 2013 est suffisante.
Cela donne une indication mais ne remplace pas, bien sûr, l'observation d'un très grand nombre de chroniques selon  une méthode "Monte Carlo".

La variante
SimelSP2, qui est publiée, permet de tester diverses hypothèses d consommation, y compris des chroniques horaires introduites par l'utilisateur.



Le calcul des dépenses
Introduire le taux d’actualisation : sur la feuille telle qu'elle est publiée, il est de 5 %. L'utilisateur peut le modifier

- Pour nucléaire, éolien sur terre ou en mer, PV sur sol, PV sur toiture, production à partir de biomasse, déplacement de consommation, batteries, électrolyse et méthanation et aussi  production à partir de CCG ou de moyens de pointe et enfin apport d'intertie sans production d'électricité, SimelSP calcule le montant de l’investissement, une annuité constante représentant ce montant, les frais fixes annuels, les frais variables et les dépenses totales.

- Le coût du MWh par moyen de production : pour chaque moyen de production ou de stockage SimelSP calcule un coût du MWh. Celui-ci a une définition différente selon les cas. Pour le nucléaire et la méthanation, c'est le montant des dépenses rapporté à la production nucléaire ou à partir de méthane directement consommée ; pour éolien et PV, c'est le montant des dépenses rapporté aux possibilités de production. Le coût au MWh de la méthanation aide à calibrer la capacité de l’électrolyseur.
 
Note concernant le nucléaire :
L'utilisateur introduit les données qu'il estime justes. Pour le nouveau nucléaire, on calcule le coût total, y compris l'investissement initial, les futurs travaux de jouvance et les coûts de démantèlement (notés en valeurs actuelles avec un taux d'actualisation prudemment fixé à 2% comme le recommande la Cour des comptes) et on les rapporte à la durée de vie prévue. Pour le nucléaire existant, il est plus exact de retenir seulement les dépenses futures et une durée de vie, à partir d'aujourd'hui,  de 15 ou 25 ans. On peut utiliser le logiciel permettant de calculer le coût du MWh nucléaire.

Les résultats

Les quantités produites, stockées, déstockées

SimelSP donne les résultats suivants

- Nucléaire :
      les quantités directement destinées à la consommation finale
      les quantités pouvant être stockées, ou consommées pour produire de l’hydrogène, ou  exportées, ou non valorisées
      les variations heure par heure de la puissance appellée pour répondre à la demande française (colonne AZ)

- Eoliennes et PV : les quantités directement consommées ou excédentaires.

- Les quantités qui ont été mises en stock 

- La  consommation effectivement effacée

- Les quantités déstockées -  y compris les reports de consommation.

La recharge des stockages ne peut pas se faire avec de l'électricité produite avec du gaz, gaz fossile ou gaz de synthèse,  leur décharge ne se fait que pour éviter une production à partir de gaz et il n'y pas de délai maximum entre la charge et la décharge. Dans la réalité, il se peut que l'on recharge alors qu'il y a une production à partir de gaz, cela  pour pouvoir diminuer, un peu plus tard, une pointe de demande. L'écart entre le modèle et la réalité n'a pas d'effet sur les émissions de CO2 - plus exactement, la simulation minimise les mouvements de stockage et de déstockage donc sous-évalue les pertes afférentes, donc la production d'électricité et, éventuellement, les émissions de CO2. Lorsqu'il simule l'année 2013, le modèle calcule que le déstockage est de 3 TWh alors que la production par les Steps fut de 6 TWh.

- Les quantités consommées pour la production de gaz de synthèse

- La production de gaz de synthèse en tenant compte du rendement de méthanation ; le coût du procédé de production de gaz de synthèse, par MWh d'électricité produite à partir de ce gaz.

- La production à partir de gaz (et de fioul éventuellement) et la production à partir d'énergie fossile.

- La production de gaz de synthèse, exprimée en TWh thermiques, au-delà de ce qui est consommé pour produire de l'électricité.

- Les possibilités excédentaires de production d'électricité ; les quantités pouvant être exportées, tenant compte de la capacité des lignes d'interconnexion, ou consommées différemment, notamment pour produire de l'hydrogène ; le facteur de charge de ces lignes ou des appareils consommant l'électricité. Dans les quantités exportées ou consommées, l'outil de simulation distingue ce qui a été produit par éoliennes et photovoltaïuque d'une part, par le nucléaire d'autre part.

- Le coût de production de l'hydrogène lorsque les possibilités excédentaires servent à produire de l'hydrogène.

- Les dépenses totales de production d'électricité et d'hydrogène, celui-ci étant produit "en base moins la pointe" ou avec les possibilités de production excédentaires.

- Autres conséquences : consommation de matériaux, consommation d'espace, effets sur l'environnement

- La comparaison entre deux jeux d' hypothèses voisins permet d'évaluer les coûts de production de l'électricité "de pointe" ou de base, de l'électricité de chauffage, de l'hydrogène.




La pertinence du modèle

Une constatation :
Ce modèle réplique fort bien les quatre scénarios  publiés par RTE (printemps 2018).

SimelSP
calcule la production à partir de gaz comme la différence, heure par heure entre la consommation et la part des possibilités de production autres que le gaz qui peut entrer sur le réseau. C'est-à-dire la différence entre des nombres qui, sur une année sont des centaines de terawatt-heure.
En reprenant les hypothèses de RTE, SimelSP
retrouve des valeurs qui en diffèrent de moins de 10 TWh.


Dans ce dossier

- une présentation de la feuille qui calcule n'importe quel parc de production

- la pertinence de
SimelSP

- la feuille de calcul

- une notice technique












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La nouvelle variante SimelSP2




























Commentaires sur les limites et la pertinence de ce modèle

Les limites de SimelSP

- Il s'appuie sur les chroniques horaires de consommation et de production d'une seule année, l'année 2013
Mais une autre version s'appuie sur les chroniques horaires de chacune des années 2012 à 2017 ; elle montre qu'il n'y a pas de grosses différences sinon sur les besoins de capacité de pointe. La nouvelle variante SimelSP2 permet  à l'utilisateur un grand choix de chroniques horaires de consommation et aussi d'introduire une chronique qu'il aura recopiée ou construite lui-même.
- SimelSP équilibre fourniture et consommation au pas horaire ; il ne reflète donc pas les fluctuations à l'intérieur d'une heure.
- SimelSP ne recherche pas lui-même des optimums. C'est l'utilisateur qui les recherche en faisant des essais. Chaque essai demande seulement quelques secondes et il n'est pas nécessaire de rechercher la situation exactement optimale car les optimums sont assez "plats".
- Il calcule les dépenses en situation stabilisée ; il ne donne donc pas directement la somme des dépenses pour passer d'une situation à l'autre mais il donne la possibilité de les calculer aisément.
- Il donne des éléments pour calculer  la capacité des moyens de pointe mais ne la calcule pas directement.
- Pour la gestion de l'eau des lacs, qui est très difficile à modéliser, il retient l'hypothèse qu'elle est semblable à celle de l'année 2013. Mais il propose aussi une autre option selon laquelle la gestion de l'eau est contrainte seulement par la quantité produite anuellement sans tenir compte de la capacité des lacs (en GWh) ni des capacité de production (en GW). Les résultats ne sont pas très différents ; la réalité est intermédiaire, certainement assez proche de la gestion de 2013 car, dans la réalité, la gestion de l'eau des lacs doit satisfaire un grand nombre de conraintes. La seconde option montre heure par heure la demande faite à la fois aux Steps, aux lacs, aux autres déstockages et au gaz - colonne O.
- Il ne reflète pas très didèlement les mouvements de stockage-déstockage pour deux raisons. 1- les stocks ne sont pas rechargés par de l'électricité produite à partir de gaz alors que dans la réalité ils peuvent être ainsi rechargés pour être bien chargés au moment des plus fortes "pointes", de façon à diminuer le besoin de capacité à partir de gaz. Cela n'a pas d'effet sensible sur les résultats annuels. 2- comme l'inertie des CCG et TAC est fonction de leur production, la décharge des stocks est limitée de façon à leur laisser suffisamment de place pour apporter l'inertie dont a besoin la stabilité du réseau. Le calcul oblige à s'écarter un peu de la réalité sans guère affecter les résultats annuels. Cela n'empêche pas de connaître heure par heure l'évolution de la puissance demandée aux moyens pilotables, y compris le déstockage.


La pertinence du modèle et ses possibilités

SimelSP réplique bien la situation actuelle, les scénarios de RTE (printemps 2018) et ceux de l'ADEME (2017) et ceux d'une étude datant de 2019 faite par le FAERE sur une production sans nucléaire ni émission de CO2 et qui a fait lobjet d'une publication à la fin de 2020.
Depuis la fin de 2019, SimelSP fait la différence entre éoliennes sur terre et en mer.





Les principales  modifications apportées à  cet outil de simulation du système électrique

septembre 2021
On publie une variante SimelSP2 qui  propose plusieurs profils horaires de consommation et offre à l'utilisateur la possibilité d'introduire une chronique de consommation qu'il aura copiée ailleurs ou élaborée lui-même.

avril 2021 :
On peut ajouter à la consommation finale une consommation servant à produire de l'hydrogène. On suppose que cette consommation est constante sauf qu'elle s'efface lorsque il est nécessaire, pour répondre à la consommation finale, de faire fonctionner des TAC. Cette possibilité d'effacement s'ajoute à celle de la consommation d'électricité par l'industrie ou le chauffage hybride. Si une part des possibilités de production excédentaires est utilisée pour produire de l'hydrogène, Simel SP calcule les dépenes totales de production d'électricité et d'hydrogène.

 mars 2021
On distingue la production à partir de biomasse et la production à partir de biogaz ; cela permet de tenir compte du fait que le coût de l'énergie consommée et le coût des moyens de production sont dans un cas et dans l'autre très différents.

- février 2021
Ce qui a trait à la production à partir de biomasse ou biogaz est simplifié.

- septembre 2020
Une feuille "coûts" donne  diverses hypothèses sur les composantes du coût du nucléaire, de l'éolien et de photovoltaïque. On y a ajouté les valeurs médianes des hypothèses faites par RTE pour l'année 2050.
Sur la "feuille 2", se trouve le calcul du coût de production d'hydrogène et de méthane.

- juin 2020
Quelques colonnes ont été ajoutées pour aider à calculer ce que doit être une capacité de stockage (en GWh) pour  diminuer la capacité de production à partir de gaz (en GW), c'est-à-dire pour réduire la pointe de ce qui est demandé à l'ensemble des moyens pilotables. : colonnes BK à BO.

- mai 2020
Le besoin de déstockage dépend de la puissance délivrée par les éoliennes et photovoltaïque et le déstockage doit être limité de façon à laisser aux machines tournantes de production assez de place pour préserver la stabilité du réseau. Il se crée parfois des oscillations qu'il faut amortir.

-avril 2020
Le besoin d'inertie pour stabiliser le réseau est représenté par une limite minimale de capacité des machines tournantes couplées au réseau. Pour le nucléaire, on retient la capacité disponible quelle que soit la production effective ; pour la production à partir de gaz, on fait l'hypothèse que la capacité couplée au réseau est proportionnelle à la puissance effectivement délivrée. Avant cette correction, SimelSP supposait que l'inertie du nucléaire est proportionnelle à sa production. Une autre version suppose que l'inertie des CCG est proportionnelle à la capacité installée.
D'autre part, le simulateur calcule la variation, heure par heure ou sur des périodes de 4 heures, de la puissance demandée au nucléaire.

-
mars 2020
Les productions éoliennes sur terre et en mer sont calculées selon deux profils horaires de production différents.
Une feuille est ouverte pour donner une banque de coûts de production. Il est facile de les introduire dans la feuille de calcul par un simple copier- coller.

- décembre 2019
Sur la gestion de l'eau des lacs, on a conservé l'option  - irréaliste  - selon laquelle la gestion se fait sous la seule contrainte de la production totale en un an car cette option est utile pour  "encadrer" ce qui est possible. Mais cette option  n'apparaît plus sur le premier écran (elle apparaît lignes 121-123 colonnes N à P).
Le calcul de l'apport d'inertie des équipements qui consomment de l'électricité a été légèrement modifié, mais cela n'a qu'un effet marginal.

- novembre 2019
Dans les quantités exportées ou consommées en France hors du système électrique (pour produire de l'hydroène ou de la chaleur notamment), on distingue ce qui a été produit par les éoliennes et le photovoltaïque d'une part, par le nucléaire d'autre part. C'est utile pour pouvoir compter dans les dépenses le coût marginal de production de l'électricité nucléaire.
On peut vouloir produire du gaz méthane à partir d'éoliennes et de photovoltaïque au-delà de ce dont on a besoin pour produire de l'électricité. L'outil de simulation calcule la production de gaz disponible hors du système électrique. A partir de là, il est très facile de calculer le coût de production de ce gaz de synthèse.

- octobre 2019
La stabilité du réseau électrique : elle
est assurée désormais par un minimum d'inertie mécanique, ce qu'il est très facile de se représenter.  Aujourd'hui, avec le niveau de consommation actuel, si le réseau français était isolé ce  minimum serait égal à l'inertie des machines tournantes produisant 30 GW. On suppose que le réseau français apporte au réseau européen une inertie conrrespondant à la consommation française. L'accès au réseau de l'éolien et du PV est donc limité de façon à laisser la place à une production de 30 GW par des machines tournantes. C'était une approximation car l'inertie des machines tournantes couplées au réseau dépend de leur capacité de production, non de leur producion ; cela a été corrigé en avril 2020. Si la capacité de celles-ci est inférieure, il est possible d'apporter une inertie complémentaire.

- juillet 2019 :
Une "banque de coûts de production" :  sur une nouvelle feuille, on a reporté les composantes du coût de production nuclaire, éolien et PV telles que les voient ou les prévoient l'ADEME et RTE. Il suffit d'un simple copié-collé pour les introduire dans la feuille  de calcul.

-  juillet 2018 :
L'effacement définitif : on distingue une capacité effaçable en hiver et une autre en été ; on calcule, heure par heure la quantité effaçable . La consommation est effacée lorsque les CCG, après le déstockage, et tous les moyens de production sans émission de CO2, ne suffisent pas à répondre à la demande. L'effacement définitif intervient entre les CCG et les TAC.

- décembre  2017 :
Production à partir de bioénergie : on distingue une partie "production de base" indépendante de la consommation et des productions éolienne et PV et une partie "pilotable", qui sert à compléter les productions hydraulique, éolienne, PV, nucléaire et bioénergie de base, au même titre que les déstockages et la production à partir de gaz.

Production à partir de gaz : on introduit une production "de base" à partir de gaz : aujourd'hui, c'est la production en cogénération, qui ne dépend pas des besoins du système électrique.


- septembre 2017 :
Pour la stabilité du réseau la part de l'éolien et du PV est limitée à un pourcentage qui dépend du niveau de la consommation. Trois options sont proposée selon que cette limite est celle d'aujourd'hui ou qu'elle est plus ou moins repoussée. Cela a été modifié en  octobre 2019.

Le coefficient de disponibilité du nucléaire est modulé selon la saison.

Pour la gestion de l'eau des lacs on propose deux options :  ou bien elle se fait sous la seule contrainte de la production totale annuelle (en ignorant les limites de flux et de contenance des lacs)
ou bien elle est semblable, heure par heure, à celle de l'année 2013. La  première option est irréaliste mais elle permet de connaître heure par heure la puissance demandée à l'ensemble des moyens pilotables.

18 mai 2017 :  Première publication de l'outil de simulation du système électrique
 

Une nouvelle variante, SimelSP2 pour pouvoir choisir le profil horaire de consommation

Dans sa première version, SimelSP propose à l'utilisateur deux options : ou bien choisir la consommation annuelle ; alors le profil horaire est le même que celui de l'année 2013 ; ou bien multiplier heure par heure la consommation de l'année 2013 par un facteur dont la valeur est choisie par l'utilisateur, différente en période fraîche et en période chaude.

Dans une deuxième version, l'utilisateur introduit la consommation anuelle et, pour ce qui est du profil horaire, a plusieurs options.

Ou bien le profil horaire est celui de l'année 2013 ;

ou bien il est celui de l'année 2012 ;

ou bien il est celui de la chronique horaire élaborée par l'ADEME pour sa "vision 100% renouvelable" ;

ou bien, quatrième option, l'utilisateur introduit, en plus de la consommation annuelle totale, la consommation d'électricité pour le chauffage ; la chronique horaire est construite à partir de la chronique de l'ADEME en appliquant heure par heure un facteur multiplicateur d'une part à la consommation pour le chauffage et d'autre part aux autres utilisations de façon que la consommation totale et la consommation pour le chauffage soient égales aux valeurs introduites par l'utilisateur ;

enfin, cinquième option, l'utilisateur peut introduire la chronique horaire de consommation qu'il aura recopiée ailleurs ou construite lui-même.

Voici le lien vers SimelSP2 .