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quelques particularités
de cet outil de simulation
Quelques
résultats
depuis avril 2021
l'outil de simulation réplique
la production d'hydrogène
"en base moins la pointe" et quand
l'électrolyse utlise des possibilités
excédentaires
de production d'électricité.
Et il calcule le total des dépenses de production et
d'électricité
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Dans ce dossier
Pourquoi
publier cette feuille de calcul
une
notice d'utilisation simplifiée
un complément
la
feuille de
calcul
la
pertinence de ce
modèle de
simulation simplifié
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d'accueil
|
Plus ou moins de nucléaire,
d'éolien, de
photovoltaïque, combien
cela coûte-t-il ?
Et quelles autres conséquences ?
Un simulateur du système
de production d'électricité et d'hydrogène mis
à votre disposition
Combien
dépenserons-nous pour notre électricité ? On
entend 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, SimelSP3, est
à votre disposition
C'est la version 3
de la version originale SimelSP.
Une prochaine
version, SimelSP4
simule le marché de l'électricité. Une
autre, SimelSP5
,
simule la production à partir des
possibilités disponibles d'électricité pour faire
non seulement de l'hydrogène mais
aussi de chaleur. Ceux
qui seraient intéressés sont invités
à le faire savoir à
henri.prevot@wanadoo.fr .
|
L'utilisateur introduit dans SimelSP3
la consommation et les moyens de production et
de stockage sauf la consommation à partir de gaz. SimelSP3
calcule heure par heure ce qu'il faut produire à partir de
gaz (ou ce qu'il faut importer) pour répondre à la
demande.
Le profil horaire de
consommation : il ne suffit pas de connaître la
consommation anuelle ; il faut faire un hypothèse sur son profil
horaire. SimelSP3 propose
plusieurs profils horaires : celui de l'année 2013, celui de
l''année 2012, celui de l'année 2019, celui qui a
été
élaboré par l'ADEME pour son étude "100 %
renouvelable", un autre construit à partir de celui-là
mais en modifiant comme le souhaite l'utilisateur le profil de
consommation d'électricité de chauffage ; enfin,
l'utilisateur peut aisément introduire un profil horaire de
consommation de son choix.
Au sujet de la production
d'hydrogène destinée à des usages hors du
système électrique,
SimelSP3 distingue une production
alimentée en électricité "en base moins la pointe"
et une production alimentée à partir des
possibilités de production qui dépassent les besoins de
la consommation finale. Il calcule les
besoins de stockage d'hydrogène. SimelSP3
calcule aussi les dépenes totales de production
d'électricité et d'hydrogène et de stockage
d'électricité du système de
production d'électricité et d'hydrogène.
SimelSP3 représente
six destinations de
l'électricité : 1- la
consommation directement alimentée par la production, 2-
la production d'hydrogène "en base moins la pointe" (à
puissance constante sauf effacement), 3-
la mise en
stock ou ce qui est équivalent (batteries, Steps,
déplacements de consommation, flexibilité de la
production hydraulique), 4- la
production d'hydrogène pour faire du méthane qui produira
de l'électricité (procédé P2G2P) ; et
aussi, avec les possibilités de production
d'électricité qui dépassent ces destinations
5-
produire de l'hydrogène qui sera
consommé hors du système électrique 6-
d'autres usages ou l'exportation. Pour chacune des ces destinations de
l'électricité, SimelSP3
distingue l'origine de l'électricité en donnant la
priorité à l'éolien et au photovoltaïque tout
en tenant compte des limites de la flexibilité du
nucléaire.
Pour chacune de ces destinations, SimelSP3 indique
heure par heure les quantités d'électricité
nucléaire d'une part, éolienne et phoovoltaïque
d'autre part.
SimelSP3 pemet
d'évaluer deux des services
rendus
par le stockage et la flexibilité de la consommation et
de la production hydraulique : 1- mieux
utliser les possibilités de
production qui, sans les stockages, seraient excédentaires donc
peut-êre mal valorisées ; ce service se mesure en TWh . 2-
réduire le besoin de capacité de production à
partir de gaz ; ce service se mesure en GW : SimelSP3
calcule ce que doivent être la capacité de
stockage (en GWh), la
flexibilité de la demande (en GWh) et la modulation de la
production hydraulique (en GWh) pour que, ensemble, ils
abaissent le
besoin
de capacité de production (en GW) comme indiqué par
l'utilisateur. Ici une notice expliquant la méthode
: GW/GWh.
Le stockage
d'électricité rend un autre service au réseau
électrique : le "maintien de la fréquence",
c'est-à-dire une réaction très rapide pour
rétablir l'équilibre entre fourniture et demande
d'électricité lors de petites variations de courte
durée de l'une ou de l'autre, ce que les professionnels
appellent "la dentelle". Pour ce service, qui est précieux, il
suffit de peu de capacité de batteries. Le stockage permet
aussi de "faire passer" l'électricité dans les
"goulets d'étranglement" un service localisé dont
SimelSP3 ne rend pas compte.
SimelSP3 prend en
compte le fait que la stabilité du réseau exige un minimum d'inertie
des machines tournantes de production électrique.
Ici une notice
d'utilisation simplifiée. Vous pouvez
aussi
y aller
directement
|
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Pourquoi
publier cette feuille de calcul Quelques
particularités
une
notice d'utilisation simplifiée
sur la production
: possibilités et limites du nucléaire, de
l'hydraulique, de l'éolien
et du photovoltaïque (qui parfois s'effacent pour
présesrver la
stabilité du réseau) ; une marge de puissance
à fournir par des moyens
pilotables autres que le nucléaire
compléments à la
notice simplifiée
la
feuille de
calcul
la
pertinence de ce modèle de
simulation simplifié
les principales modifications
apportées à ce simulateur
Et aussi
une
prospective de la production d'électricité
en 2050-2070 - pour réfléchir à une prospective de
l'électricité, il serait un peu
ridicule de se borner à 2050...
quelques
résultats d'études
faites en 2020 et antérieurement : le coût de
l'arrêt de la centrale de Fessenheim, le coût du "pas plus
de 50% de nucléaire", comment produire sans nucléaire ni
émissions de CO2
Pourquoi cette
feuille de calcul ?
Sur les capacités, les besoins de stockage, les dépenses,
etc.,
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. Pour
être complet, cette évaluation doit être
acompagnée de l'évaluation des dépenses
d'économie d'énergie permettant de diminuer la
consommation d'électricité.
La version initiale a été
complétée pour simuler le
système de production d'électricité et
d'hydrogène (par électrolyse). En effet, on ne
peut raisonner sur l'hydrogène obtenu par électrolyse que
dans le cadre d'une système qui englobe
électricité et hydrogène : c'est SimelSP2.
Puis SimelSP3
simule plus exactement les services rendus par le stockage, y compris
la modulation de la production des lacs et des fleuves et la
flexibilité de la consommation qui rendent les mêmes
services que les batteries et les Steps.
Cet outil de simulation, SimelSP3
1- permet à tout le monde de
choisir ses hypothèses
- sur la consommation
d'énergie,
L'utilisateur
introduit la consommation finale (hors les pertes en ligne) et la
consommation des électrolyseurs qui s'alimentent sur le
réseau électrique à puissance constante - "en
base" - sauf pendant les
périodes de pointe. Quant au profil horaire de consommation,
l'utilisateur a le choix entre plusieurs options : comme en 2013, ou
comme en 2012, ou comme le suppose l'ADEME dan son scénario "100
% renouvelable". Autre possibilité : l'utilisateur peut
spécifier la consommation annuelle pour le chauffage ; alors SimelSP3
calcule la consommation heure par heure en appliquant un coefficient
multiplicateur à la consommation pour le chauffage telle que la
suppose l'ADEME. L'utilisateur peut aussi, cinquième option,
introduire un profil horaire de consommation de son choix. Dans la version publiée (telle
qu'elle est en mai 2015), c'est le profil horiaire de l'année
2019)
Cette chronique horaire de consommation peut être modifiée
de deux façons : par des déplacements
de consommation ou par un effacement
définitif. L'utilisateur indique, d'une part la
quantité maximum pouvant être déplacée avant
d'être compensée (en GWh), d'autre part la puissance
maximum pouvant être ainsi déplacée et la puissance
mlaximum pouvant être effacée sans compensation
ultérieure (en GW) ;
- 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 voir
ici ;
- sur deux
procédés de
"stockage", d'une part un ensemble formé par les batteries, les
Steps, la flexibilité de la production hydraulique et les
possibilités de déplacements de consommation et, 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 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 :
- sur le surcoût de la distribution selon la capacité de
production intermittente (éolien et photovoltaïque).
2- à partir de ces hypothèses, il calcule notamment
- la consommation de
gaz fossile ou d'importation ; la production de gaz de synthèse
pouvant être utilisée 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 répondre 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 peut se
calculer en faisant un hypothèse sur la valeur de
l'électricité (en base ou excédentaire). Selon un
autre raisonnement, il peut se calculer par différence entre les
dépenses totales avec ou
sans hydrogène pour une même consommation finale
d'électricité
On
calcule les
dépenses de
production et éventuellement de stockage du système de productoin
d'électricité et d'hydrogène selon
qu'il y a plus ou moins d'éoliennes ou de photovoltaïque ou
autre.
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 photovoltaïque ou
d'éoliennes sont supérieures à ce qu'elles sont
avec moins de photovoltaïque ou
d'éoliennes.
|
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. Pour une même consommation
annuelle et pour un même parc de production, les résultats
d'une
année à l'autre sont proches les uns des autres - sauf
sur la puissance nécessaire des moyens de production de pointe,
qui peut être très différente selon la pointe de
froid et selon qu'il y a ou non du vent pendant les pointes de froid.
Pour ne pas compliquer inutilement, SimelSP3
propose
seulement de se référer à une année
moyenne,
2013, et à une année marquée par un épisode
de grand froid, 2012, et à d'autres profils bâtis à
partir des hypothèses de l'étude de l'ADEME "100 %
renouvelables".
SimelSP3 montre
comment l'électricité interagit avec les autres formes
d'énergie.
SimelSP3
indique
heure par heure et pour l'ensemble de l'année les
possibilités de production à bas coût 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.Pour chacune des destinations de
l'électricité produite, SimelSP3
donne la priorité à l'éolien et au
photovoltaïque en tenant compte des limites de la
flexibilité du nucléaire.
Il
arrive, rarement, que la production nucléaire doive diminuer en
une heure plus que la limite autorisée : lorsque le
nucléaire est seul à recharger les stocks, au moment
où ceux-ci sont pleins ; en réalité, la production
nucléaire sera alors progressivement réduite, ce que SimelSP3
ne peut pas reproduire.
SimelSP3 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
photovoltaïque, la valeur d'un MWh ainsi effacé est
supérieure à 400 €/MWh.
SimelSP3
peut
simuler les services rendus par de très grosses capacités
de stockage : meilleure utilisation des sources intermittentes et
diminution du besoin de capacité pilotable.
La
relation entre la capacité du stockage au sens large (y compris
la
flexibilité de la production hydraulique et celle de la
consommation),
exprimée en GWh, et la diminution du besoin de capacité
de production à
partir de gaz, exprimée en GW, n'est pas intuitive. SimelSP3
la calcule et permet de la visualiser heure par heure.
SimelSP3 simule
deux sources d'électricité pour électrolyse : sur
excédents et "en base moins la pointe" : la
consommation d'électricité est constante mais s'efface
lorsque le
sytème doit faire appel aux TAC ou groupes
électrogènes. SimelSP3
calcule aussi le besoin de capacité de stockage
d'hydrogène - il n'en calcule pas encore le coût
faute d'information.
SimelSP3
calcule le total des dépenses de production
d'électricité et d'hydrogène et les
dépenses de stockage d'électricité, ce qui
permet de calculer un "coût de l'hydrogène" en
comparant les dépenses totales avec plus ou moins
d'hydrogène. Attention ! Ce "coût de l'hydrogène"
ainsi calculé, peut être fallacieux - cf. la page "hydrogène".
SimelSP3 calcule aussi le besoin de capacité de stockage
d'hydrogène pour pouvoir délivrer l'hydrogène en
flux constant.
SimelSP3
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, 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 - ou, si
c'est possible, des dispositifs électroniques ad hoc.
SimelSP3 guide
l'utilisateur pour déterminer le besoin de
capacité
de production à partir de gaz et de groupes
électrogènes. Il propose une valeur en tenant
compte de la baisse du besoin de capacité rendue possible par le
stockage et il donne des informations pour y ajouter une "marge"
ou en retrancher une "défaillance".
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 ; il donne beaucoup d'autres informations ; il
permet d'étudier d'autres hypothèses. Comme tout est
visible et transparent, il permet d'éviter le très
fâcheux syndrome de la "boîte noire". - cf. une note sur les
limites et la
pertinence de ce modèle.
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Pour aller
directement à SimelSP3
Les données à introduire
Les résultats
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Notice d'utilisation simplifiée de SimelSP3
Simel
SP3 simule le système
de production d'électricité et d'hydrogène
Les
données à
introduire
La
consommation
Consommation finale, ou pour produire de
l'hydrogène ou autre chose en France ou hors de France, ou
encore pour préserver la stabilité du réseau.
Pour répondre aux besoins de la consommation, deux types de
production : une production "contrainte", et une production "disponible"
la production contrainte
est celle qui permet de répondre à une obligation de
fourniture d'électricité, cette obligations étant
née d'un engagement contractuel, de réglements ou de
normes, ou encore des besoins de la sécurité du
réseau.
la production disponible est la
partie des possibilités de production à coût
marginal ou très bas qui dépasse la consommation
contrainte.
Ces possibilités de production sont celles du nucléaire,
de l'éolien et du photovoltaïque, et la production "de
base" hydraulique ou à partir de biomasse - cf. plus bas
la définition de ces productions "de base".
La production contrainte
répond à la consommation finale (qui peut être
déplacée ou effacée conformément à
des contrats passés avec les consommateurs) et aux besoins de
l'électrolyse alimentée à puissance constante hors
effacement ; elle comprend la production d'énergie permettant de
maintenir en mouvement des moyens qui maintiennet la stabilité
de la fréquence. Dans une nouvelle version du simulateur, elle
comprend aussi la consommation d'électricité qui permet
de
remonter en température la chaleur déstockée pour
pouvoir l'introduire
dans les réseaux de chaleur.
Le fournisseur d'électricité ne s'engage pas sur les
quantités d'électricité disponible. Celle-ci est
consommée pour produire de l'hydrogène,
éventuellement de la chaleur pouvant être livrée
directement ou mise en stock, ou pour tout autre usage, dont
l'exportation.
Les possibilités des production disponibles qui ne sont pas
consommées sont abandonnées.
On préfère ici éviter les mots "excédents"
ou possibilités "excédentaires" pour bien signifier la
différence de nature entre une forme d'electricité que le
fournissenr s'engage à livrer ou bien est obligé de
produire et une autre forme d'électricité qui est mise
à disposition sans engagment du fournisseur.
La
consommation finale
Le profil horaire de la consommation annuelle : SimelSP3 propose cinq options :
l'année 2013, l'année 2012, un profil
horaire élaboré par l'ADEME, un profil qui distingue la
consommation
d'électricité de chauffage ;
l'utilisateur peut aussi introduire un profil de son choix. voir ici. Cette consommation finale peut
être modifiée par les possibilités de
déplacement ou d'effacement -cf. ci-dessous
Les
déplacements de
consommation : indiquer le maximum de consommation pouvant
être
déplacée avant compensation; indiquer
aussi la puissance pouvant être effacée - attention !
cette donnée n'indique nullement la baisse du besoin de
capacité de production à partir de gaz
Les
possibilités d'effacement définitif : une
capacité
maximum l'hiver et une autre l'été : pendant une
heure, l'effacement de la consommation 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.
La consommation
pour produire de l'hydrogène avec des
électrolyseurs qui s'alimentent à puissance constante sur
le réseau
sauf, conformément à un contrat, pendant les heures
où il est fait appel aux moyens de
production dont le coût marginal est le plus élevé
(alimentation à puissance constante sauf effacement). Ici, on
introduit ce que serait la consommation si l'électrolyseur
fonctionnait sans effacement ; SimelSP3 calcule la puissance et les
quantités effacées.
La capacité de
l'électrolyse qui utilise les possibilités de production
disponibles pour
produire de l'hydrogène consommé hors du système
électrique. SimelSP3 calcule la consommation d'lectricité.
La capacité d'utilisation
des possibilités disponibles non utilisées pour
produire de
l'hydrogène. Une nouvelle version, SimelSP5 simule la production
et le stockage de chaeur produite à partir
d'électricité disponible.
Entre la consommation et la
production
- la diminution souhaitée
du besoin de capacité de production à partir de gaz
(ou de groupes électrogènes) rendue possible par
l'ensemble des Steps, des batteries, et des flexibilités de la
consommation et de la production hydraulique voir
plus bas
- pour
les batteries, les STEPs, la flexibilité de la production
hydraulique : leur capacité (en GWh), leur puissance de
charge et leur puissance de décharge (en GW) ; la
flexibilité de la production hydaulique se mesure par
l'écart de la production horaire à la moyenne glissante
de la producon horaire sur trois semaines.
- pour la production
d'hydrogène destiné à produire de
l'électricité
délivrée sur le réseau :
procédé P2G2P : la
capacité de
l'électrolyseur ; le rendement du processus P2G2P qui va de
l'électrolyse à la production d'électricité
selon qu'il passe par des CCG ou par des TAC.
Pour aller
directement à SimelSP3
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 fonctionnement minimum. La flexilité du nucléaire :
1-
la production horaire minimum 2- la limite
maximum de l'augmentation de production horaire d'une heure
à la suivante, exprimée en un pourcentage de la
capacité disponible ; 3- la limite
maximum de la diminution de la production horaire d'une heure à
la suivante, en pourcentage de la production effective ;
- 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 et la décharge des stockages sont alors
limitées 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 cette limit
minimale sans dispositif spécifique et de combien un dispositif
spécifique permet de la dminuer : 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 pour une productoin
de 450 TWh. SimelSP3
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 tel que les batteries
SimelSP3
distingue une partie "de base", qui
est la moyenne glissante des productions horaires pendant trois
semaines, et une fluctuation, heure par heure, autour de cette
production "de base". La fluctuation est traitée comme un moyen
de stockage. La moyenne glissante sur trois semaines a le même
profil que durant l'année 2013. L'utilisateur introduit la
production annuelle ; la capacité garantie, qui est le minimum
en hiver de la production de base. En tant que moyen de stockage,
l'utilisateur introduit l'ampleur de la flexibilité, en GWh, une
capacité en GW de stockage et une autre de déstockage.
- 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, SimelSP3
distingue une production en base et une
production pilotable. La production pilotable heure par heure
est proportionnelle à ce qui est fourni par les CCG dans le
rapport des capacités des CCG et de la production
àpilotable à partir de biomasse.
-
pour le biométhane et, éventuellement de l'hydrogène produit hors
du système électrique : on introduit la production
annuelle
d'électricité à
partir de ces gaz ; on introduit aussi la moyenne
pondérée des coûts du MWh
thermique du
biométhane et de l'hydrogène.
- pour
la production à partir de gaz, fossile ou gaz de synthèse
ou
biométhane : ajouter ou retrancher quelques GW au
résultat du calcul fait par SimelSP3 :
SimelSP3
calcule ainsi la
capacité des moyens de production à partir de gaz,
c'est à dire les CCG d'une part, les moyens de pointe (TACs et
éventuellement groupes électrogènes) d'autre part
: c'est
la différence entre, d'une part, le maximum de la production
horaire
demandée aux moyens pilotables autres que le nucléaire
et, d'autre
part, la diminution du besoin de capacité de production à
partir de gaz
rendue possible par l'ensemble des stockages et des flexibilités
; à
cette différence l'utilisateur peut ajouter une "marge" on faire
l'hypothèse d'une
"défaillance".
SimelSP3 calcule
aussi la différence entre la demande
horaire maximum et la somme a) des
"capacités garanties" par le
nucléaire, l'hydraulique "de base", l'éolien, la biomasse
et de b)
la baisse
du
besoin de capacité rendue possible par les stockages et les
flexibilités. Ce deuxième calcul peut aider l'utilisateur
à choisir "la
marge" ou la "défaillance".
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
produira du méthane pour produire de
l'électricité mise sur le réseau électrique
(procédé P2G2P), introduire la capacité de
l'électrolyse et le rendement du procédé selon que
l'électricité est produite par des CCG ou des TACs.
- pour la production
d'hydrogène qui ne
sert pas à produire de
l'électricité mise sur le réseau électrique, inroduire
la
consommation d'électricité à puissance constante
sauf effacement : ce
qu'elle serait sans effacement
la
capacité de l'électrolyse alimentée sur les
possibilités de production disponibles.
- Pour l'exportation ou d'autres
usages : la somme de la capacité des lignes
d'interconnexion vers l'étranger et de
la capacité des installations consommant
l'électricité disponible pour autre chose que la
production
d'hydrogène.
Les coûts et les
dépenses - hors hydraulique
Introduire
- 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 coût de réseau de l'électricité
intermittente : ce qu'il coûte en plus de ce
que coûteriat un réseau desservant le même
consommation avec seulement 30 GW de capacité
éolienne et photovoltaïque
- le taux d'actualisation
- les coûts du MWh thermique de biométhane,
éventuellement d'hydrogène, et de gaz
fossile
- le coût du CO2
- la valorisation en €/MWh des
possibilités de production disponibles c'est-à-dire
les possibilités de production nucléaire, éolienne
et photovoltaïque non utilisées pour la consommation finale
d'électricité et pour la production d'hydrogène
à puissance constante sauf effacements.
- les coûts de production d'hydrogène ; le coût de
transport d'électricité vers l'électrolyse.
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 d'hydrogène
- Les quantités exportées ou consommées pour autre
chose que la production d'hydrogène 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",
c'est-à-dire disponibles (tenant compte
du coût marginal de production lorsque ces excédents sont
d'origine
nucléaire)
- Les dépenses par moyen de production et de stockage
- Les dépenses de transport et distribution : le surcoût
selon la
capacité de production éolienne et photovoltaïque
- Les dépenses totales de production d'électricité
et d'hydrogène
- Les éléments permettant de calculer un coût de
production de l'hydrogène comme la différence entre les
dépenses totales avec plus ou moins d'hydrogène -
attention : le résultat peut être fallacieux : -
cf. la page
"hydrogène".
- Quelques effets connexes : nombre d'éoliennes,
surfaces occupées par le photovoltaïque.
- Les besoins de flexibilité
Ce que doivent être
la
capacité du stockage, les possibilités de
déplacement de consommation (en GWh) et la modulation de la
production hydraulique (en GWh) pour diminuer le besoin de
capacité
de production (en GW) comme indiqué par l'utiilsateur.
- L'équilibre entre nucléaire et productions
intermittentes :
Pour chacune des six
destinations de l'électricité, la part de
nucléaire et celle des productions intermittentes (éolien
et photovoltaïque). Ainsi pour : 1- la consommation finale, 2- les
quantités "stockées" (au sens large), 3- la consommation
pour produire du gaz de synthèse (procédé P2G2P),
4- la production d'hydrogène consommé hors du
système électrique, 5- les autres utilisation de
l'électrcité, 6- les possibilités
abandonnées.
Les variatons heure par heure de la production nucléaire : le
nombre de fois où l'augmentaton ou bien la diminution de la
production horaire varie en une heure d'une quantité
supérieure à une quantité donnée - par
exemple une production en une heure supérieure ou
inférieure de 7 GWh ou de 5 GWh à celle de l'heure
précdente.
Pour aller
directement à SimelSP3
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ussi p
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relue et
complétée le 15 décembre 2022
Une feuille de calcul : SimelSP3
qui simule un
parc de production d’électricité et calcule
les dépenses de production
Compléments
à la notice
simplifiée
voir ici les
améliorations apportées depuis la première
publication
Les
capacités garanties - y compris l'effacement et la
diminution du besoin
de capacité rendue possible par le stockage
Le besoin de capacité de
production à partir de gaz est calculé de deux
façons différentes : ou bien à partir de
chroniques
horaires de consommation et d'activité éolienne, ou bien
comme la différence entre de la consommation de pointe et une
"capacité garantie" - calculée ainsi.
- La
capacité garantie par le nucléaire est calculée
avec le coefficient de disponibilité nucléraire en hiver
- La capacité
garantie par les éoliennes est indiquée par un
coefficient s'appliquant à la puissance installée.
- L'hydraulique des fleuves et des lacs apporte sa contribution de deux
façons : par une production moyenne lissée sur trois
semaines, appelée ici "production de base" et par
une flexibilité autour de cette moyenne. La capacité
garantie est le minimum, en hiver, de la production de base.
- Les steps, les batteries et les
possibilités de déplacement de consommation et la
flexilibilité de la production hydraulique diminuent
ensemble le besoin de capacité de production ; cette diminution
ne peut pas être attribuée à tel ou tel moyen.
L'utilisateur introduit donc une seule valeur, en GW.
- La capacité d'effacement : les électrolyseurs
alimentés sur le réseau s'effacent pendant les heures
où, pour répondre à la demande, il est
nécessaire de produire de l'électricité avec des
TAC. Les consommateurs qui ont déclaré qu'ils pouvaient
s'effacer sont supposés avoir, avant effacement, le même
profil de consommation que la consommation totale.
Les
calculs
En quantité
Les chroniques
horaires colonne par colonne
La consommation finale avant
déplacements et effacements est calculée heure par
heure
à partir de la consommation annuelle totale et du profil horaire
de consommation. L'utilisateur a le choix entre 5 options Voir ici.
Avec l'option 4, il introduit aussi la consommation
d'électricité pour le chauffage.
Dans sa version d'origine, SimelSP
calculait 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.
Les colonnes de
8760 lignes, une par heure
La consommation
Les quantités destinées
directement à la
consommation finale et à la consommation des
électrolyseurs alimentés sur le réseau (y
compris les pertes en ligne) ; ces quantités sont
comptées sans déplacement ni effacement. La consommation
finale est colonne E : elle reprend ce qui est calculé sur la
feuille "chroniques horaires" à partir du profil horaire de
consommation choisi parmis plusieurs possibilités.
L'utilisateur a le choix entre plusieurs
profils de consommation horaire : option 1 : année 2013 ; option
2 : 2012 ; option 3 : leprofil retenu par l'ADEME pour son étude
sans nucléaire ni énergie fossile; option 4 : le
même profil que l'option 4 mais en pouvant modifier le profil de
consommation pour le chauffage ; option 5 : un profil introduit par
l'utilisateur par un simple copie-coller d'une chronique horaire : SimelSP3
normalise la suite des productions horaires qui est ensuite
mulipliée pour retrouver la consommation annuelle.
SimelSP3
ajoute les pertes en ligne, la consommation pour produire de
l'hydrogène "en base moins la pointe" et aussi la consommation
d'énergie qui maintient en
mouvement les masses tournantes ne prodisant pas
d'électricité ou tout autre dispositif dont la mission
est de préserver la
stabilité du réseau ;
On peut ajouter aussi la consommation des "auxiliaires" de
réseau tels que les transformateurs, la lumière
(l'équilibrage offre-demande est traité ailleurs -
cf.ci-dessous). Dans ses "futurs énergétiques", RTE ne
les mentionne pas comme si il les faisait entrer dans les "pertes en
ligne".
Tout cela est calculé colonnes E
à H
Les quantités consommées pour
produire de l'hydrogène hors du système électrique
et pour autre chose, ou pour être exportées, et les
possibilités de production abandonnées sont
calculées dans les colonnes BN à CI. Dnas chque usage la SimelSP3 distingue
l'électricité produite à partir de
nucléaire ou bien d'élien ou photovoltaïque en
tenant compte des limies de variations de production nucléaire
d'une heuer à la suiva,te.
Les moyens de
production
On répartit
les moyens de production
en deux catégories
la
catégorie A : l'ensemble des "moyens de base",
de l'éolien, du photovoltaïque et du nucléaire
la catégorie B : les
moyens de production pilotables de biomasse, de gaz (quelle que soit
l'origine du gaz) ou de fioul.
On appelle ici moyens "de base" l'ensemble
formé de la
partie "base" des
sources thermiques fossiles et non fossiles et la partie "base" de la
production hydraulique. Les moyens "de base" ne sont pas pilotables.
La production hydraulique
est décomposée heure par heure entre
une partie "de base" et une modulation. La partie de base est, heure
par heure, la moyenne mobile sur trois semaines d'une production
horaire qui
serait proportionnelle à la production hydraulique horaire
l'année
2013. La modulation entre dans les quantités "stockées"
ou déstockées"
d'un "stock" formé par les batteries, les Steps, la
flexibilité de la
consommation et celle de la production hydraulique .
La production à partir de biomasse solide
a une
partie "de base". Il peut y avoir une production thermique fossile "de
base" (en cogénération par exemple).
Les productions,
heure par heure, pour la consommation finale et l'électrolyse
"à puissance constante hors effacement"
Les moyens sont appelés dans cet
ordre : les moyens de base, l'éolien et le photovoltaïque,
le nucléaire, le "déstockage", la partie pilotable de la
production à partir de biomasse, les CCG, l'effacement
définitif de la consommation, les moyens de pointe (TACs et
groupes électrogènes).
On rappelle que la capacité de
"stockage" est la somme des capacités, en GWh, des Steps, des
batteries, de la flexibilité de la consommation et de la
flexibilité de la production hydraulique.
- les moyens de base hydrauliques et thermiques : la
production est calculée dans
les colonnes AU à AX
- L'éolien et
le photovoltaïque directement utilisés par la consommation
finale
- possibilités de production
éolienne : colonne I ; elles sont calculées heure par
heure sur la
feuille "chroniqus hor". SimelSP3 calcule heure par heure la
possibilité de production
éolienne sur terre en se référant à la
production en 2013 ou en 2012 ou en 2019. Les chroniques de
l'éolien en mer
sont celles qui ont été retenues dans une étude
faite par une équipe du CIRED. L'utilisateur peut introduire par
un simple copier-coller d'autres chroniques de consommation (col. T) ou
d'éolien sur terre (col AG) ou d'éolien sur mer (col AJ)
qu'il aura formées lui-même ou empruntées.
- possibilités de production
photovoltaïque : colonne J : elles sont 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 : elles sont limitées 1- par le
besoin de la consommation (colonne H) et les possibilités de
production de base (colonne AX) 2- par les
limites de la flexibilité de la production nucléaire et 3- par la
limite minimale d'inertie des machines tournantes de production, pour
préserver la stabilité du réseau. Le
résultat est colonne BG.
| - La
stabilité du réseau : préserver un minimum
d'inertie mécanique : la LMCMT : limite minimale de
capacité des machines tournantes
Ou bien on considère que la stabilité
du réseau ne crée pas de contrainte
spécifique ; ou bien on considère que l'inertie des
machines couplées sur le réseau doit être
supérieure à un minimum, la LMCMT : voir case S38 pour le
choix de
l'option.
Cette inertie est exprimée en capacité
de production, en supposant que, pour une même capacité,
l'inertie des turbo-alternateurs est la même pour tous les modes
de production.
Dans le cas où cette inertie doit être supérieure
à un minimum, on suppose ici qu'à chaque instant la
capacité
nucléaire
couplée au réseau est la capacité installée
multipliée par le coefficient de disponibilité à
cet instant (quelle que soit la production réelle à cet
instant) et que la
capacité des CCG et des TAC couplées au réseau est
égale à la puissance effectivement
produite (elles sont découplées si elles ne produisent
pas). Une masse tournante connectée sans produire de
l'électricité (c'est-à-dire un compensateur
synchrone) ou encore, éventuellement, des dipostifis
électroniques dits "inertie virtuelle", abaissent la LMCMT. Le
simulateur
indique ce que doit être la LMCMT
sans dispositif spécifique permettant de la réduire ;
l'utilisateur dit de
combien un dispositif spécifique la réduit.
Elle est aussi réduite du montant de l'inertie des moteurs
couplés au
réseau. La LMCMT est calculée heure par
heure colonne BF.
SimelSP3 limite l'accès au réseau de
l'éolien et du
photovoltaïque et la puissance délivrée par le
déstockage de façon à laisser suffisamment de
place aux machines
tournantes pilotables : colonnes BD à BL.
Ce que serait,
sans effacement définitif, le total de de ce qui est mis sur le
réseau - productions et
déstockages - pour desservir la
consommation finale et l'électrolyse "en base moins la pointe"
est colonne
H. Ce total est la somme de : 1- la production "de base" :
l'hydraulique de base, la biomasse de base et la production thermique
de base, colonne
AX ;
2- le
déstockage, colonne S ; 3- une production nucléaire
directement consommée,
colonne M, dont la capacité de production
disponible est colonne AY ; 4- une production à partir
d'éolien et de
photovoltaïque colonne BG ; 5- la production pilotable à
partir de biomasse, colonne AH et de CCG, colonne AJ ;
6-
L'effacement définitif, colonne AL ; 6- la production
à
partir de TAC ou goupes électrogènes, colonne
AO. Donc H = AX+S+M+BG+AH+AJ+ AL .L'inertie, exprimée en
capacité de
production, est égale à AX+AY+AH+AJ+AO. Elle doit
être supérieure à la limite minimum, qui est en BF.
Donc BG<H-BF+AY-M-S-AL
Comme ces grandeurs dépendent les unes des autres, sur un
tableur excel il faut veiller à
éviter les"références croisées". C'est
pourquoi pour calculer BG à
l'heure n on utilise parfois des valeurs de l'heure n-1. |
- La production nucléaire directement utilisée par la
consommation finale
Elle
est
calculée
en plusieurs temps.
1- la
capacité maximum, compte tenu du coefficient technique de
disponibilité, qui est modulé en cours d'année, et
de la limite d'augmentation de la production d'une heure à
l'autre. Colonnes AY et AZ.
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
les moyens de base et les
quantités
produites par éoliennes et photovoltaïque 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 diminution de la puissance heure par heure.
Colonnes K à M.
Calculer une
production nucléaire supérieure à un minimum
Le calcul est un peu compliqué. Il a
été fait pour répondre à des questions
souvent posées à propos des contraintes imposées
à la production nucléaire par la priorité
donnée à la production éolienne et
photovoltaïque.
La production d'électricité a cinq destinations :
consommation directe, mise en stock (y compris la flexiblité de
la consommation et celle de la production hydraulique), processus
P2G2P, électrolyse pour produire de l'hydrogène à
consommer hors du système électrique, autres utilisations
ou exportation. Pour chacune de ces destinations, l'ensemble
éolien et photovoltaïque a la priorité sur le
nucléaire, sous réserve de respecter un limite minimale
de production nuclaire.
La production
nucléaire durant l'heure n doit être supérieure
à (1-p) fois ce qu'elle était l'heure
précédente. Pour respecter la
limite, SimelSP3 procède
ainsi : les cinq destinations de la
production nucléaire sont notées i, de 1 à
5. La production nucléaire pour la destination i doit être
telle que la production durant l'heure n pour l'ensemble des
destinations j telles que j est inférieure ou égale
à i soit supérieure à (1-p) fois la production
pour
les destinations jusqu'à i durant l'heure n-1. C'est un
approximation qui peut conduire à ce que la production
nucléaire soit ponctuellement inférieure au minimum
exprimé en pourcentage de la capacité nominale. Ces cas
isolés sont éliminés : colonnes CR et CS.
- La
production des moyens de catégorie A (voir ici) pouvant être
consommée directement
C'est la somme des possibilités de base (colonne AX) et de tout
ou partie des possibilités de production éolienne et
photovoltaïque (colonne BG) et nucléaire (colonne M). En
tout : colonne BC.
Lorsque les
possibilités de production de catégories A
dépassent les besoins de la consommation
Si les possibilités de production hydraulique et thermique "de
base" (colonne AX), nucléaire (colonne AZ), éolien et PV
(colonnes I et J), au total colonne BB, dépassent les
besoins de la consommation finale et de la consommation
des
électrolyseurs alimentés "en base moins la pointe" -
l'une et l'autre avant déplacement ou effacement (colonne H) -,
alors la
différence est la colonne N :
BB-H
Ce premier "excédent" sera mis en stock ou servira à
autre chose.
La
définition du stockage
:
Ici le "stockage" est la somme des possibilités,
en GWh, des batteries, des Steps et des flexibilités de la
consommation
et de la production hydraulique. Il y a "mise en stock" "ou
déstockage"
lorsque la production hydraulique est supérieure à sa
moyenne glissante
sur trois semaines ou lorsqu'une consommation
d'électricité se fait
avant qu'elle soit réellement utilisée (le cas des
chauffe-eau) ou
encore lorsque les heures de fonctionnement d'une usine sont
modifiées.
La capacité du stockage en GWh est le maximum de la somme
algébrique
des écarts à la moyenne sur N heures consécutives,
quel que soit N.
La production à partir de gaz de
synthèse produit à partir des excédents
(P2G2P) n'entre
pas dans cette
définition du stockage.
|
Lorsque les moyens de production de catégorie A ne suffisent pas à
répondre aux besoins de la consommation
La
colonne O : lorsque la partie des capacités de
production (colonne BB ; voir-ci-dessus) qui peut entrer sur le
réseau (colonne BC) ne suffit
pas à répondre à la consommation finale et au
besoin de
l'électrolyse "en
base moins la pointe" (colonne H), l'une et l'autre avant
effacement; la différence est colonne O :
c'est H-BC.
Pour équilibrer le réseau
heure par heure : lorsque la valeur inscrite colonne O est positive, la
quantité manquante est
apportée par du
"déstockage" (au sens large donné ici, colonne S), puis
par la part pilotable de la production
à partir de biomasse et les CCG (qui consomment du gaz de
synthèse, du biométhane et du gaz fossile) (ensemble,
colonne AG),
puis par
l'effacement
définitif (colonne AM) et enfin par des TACs (colonne AO).
La pointe : SimelSP3
montre ce qui se passe "à la pointe de la pointe" : nombre
d'heures où la demande faite aux moyens pilotables est
supérieure à un certaine valeur légèrement
inférieure au maximum et quantités, en MWh ,
correspondantes : colonnes CT à CX.
Le recours au
stockage ou au déstockage
Chaque heure, les
quantités susceptibles d'être mises en stock sont colonne
N. L'appel au déstockage est colonne O.
Le débit de stockage ou
de déstockage est limité
par la capacité de charge et de décharge. Ces limites de
débit sont la
somme des débits maximum de chaque composante du stockage.
Les
quantités mises en stock
ou prélevées pendant une heure sont évidemment
limitées par l'état du
stockage au début de cette heure là. L'utilisateur doit
introduire
l'état du stock en début d'année et l'ajuster de
façon qu'il soit égal
à la situation en fin d'année. Le plus souvent, cela
conduit à supposer
que les stocks sont pleins en début d'année.
Si l'utilisateur de SimelSP3
a choisi l'option qui donne une limite minimum d'inertie des machines
tournantes de production (cellule S38), cela peut limiter la
quantité
déstockée chaque heure. Comme le débit de
déstockage dépend lui-même de la puissance
éolienne et
photovoltaïque qui entre sur le réseau, on butte sur des
"références croisées". La difficulté
est surmontée comme expliqué ci-dessous.
Pour éviter
les références
croisées, le logiciel calcule à chaque heure une "marge
d'inertie",
c'est à dire de combien la décharge des batteries aurait
pu être
supérieure à ce qu'elle a été sans violer
la règle d'inertie minimale.
Cette réserve d'inertie peut être utilisée pendant
l'heure suivante.
Cela crée des phénomènes de
"pompage" qui sont évités si l'on
retient, à chaque heure, la moyenne des "réserves
d'inertie" des deux
heures précédente.
|
- La
production à partir de gaz et de biomasse pilotable, et
l'importation
La
capacité de production à partir de gaz :
CCG et TAC et l'importation
La somme de la capacité de production
à partir de gaz et d'importation (cellule R62) est la
différence entre, d'une part, le maximum de la colonne O (cellule R81) et, d'autre part, la
somme de la capacité de production à partir de biomasse
pilotable (voir ci-dessous, cellule
AG124), de la capacité effaçable
définitivement (cellules Q53 et S52,) et de la diminution du
besoin de capacité rendue possible par le stockage (cellule K56)
si elle est supérieure à la somme des débits de
déstockage (cellule K55). Ce résultat peut être
modifié en introduisant soit une marge soit une
défaillance (cellule Q55).
SimelSP3 calcule aussi le besoin de capacité de production
à partir de gaz en supposant que laproduction éolienne
est quasiment nuelle lorsque la consommation est maximale.(cellule M78)
Une
autre
version de
ce simulateur 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 en supposant que
la production éolienne est nulle lorsque la consommation est
maximum) et sur la base de l'année 2013 est suffisante.
On peut également construire d'autres chroniques de consommation
à partir de celles qui ont été
élaborées par l'ADEME
Cela donne une indication mais ne remplace pas, bien sûr,
l'observation d'un très grand nombre de chroniques
selon une méthode "Monte Carlo".
|
Si l'importation est nulle, l'utilisateur
peut introduire la capacité des TAC ou laisser SimelSP3
répartir cette capacité de production entre CCG et
TAC (option 1 ou 2 cellule N55).
Les
productions à partir de biomasse pilotable, de CCG et de TAC
La capacité de production pilotable
à partir de biomasse solide ayant été
trouvée comme dit ci-dessous, SimelSP3 calcule les
productions horaires à partir de biomasse pilotable (colonne AH)
et la production à partir de CCG (colonne A J) en
répartissant heure par heure le total de ces productions
(colonne AG) en proportion de la capacité de production
pilotable à partir de biomasse et de la capacité des CCG.
Le cas de la biomasse solide
Il n'est pas assurément utile qu'un simulateur simplifié
distingue une biomasse solide pilotable et une biomasse solide non
pilotable ; cela a été fait car je ne pense pas qu'une
biomase solide soit facilement pilotable. SimelSP3 veut que le profil
de production à partir de biomasse pilotable soit le
même que celui des CCG. Or celui-ci dépend de la
capacité des CCG qui elle-même dépend de la
capacité pilotable à partir de biomasse. SimelSP3 demande
donc la coopération de son utilisateur.
Celui-ci ntroduit la production totale à partir de boimasse et
aussi la partie de cette production qui est en base, en TWh :
cellules M41 et M43.
SimelSP3
invite l'utilisateur
à introduire dans la cellule M6, comme capacité de
production totale
à partir de biomasse, en GW, une valeur égale
à celle qui apparaît sur l'écran dans la
cellule M45. Cela peut
modifier le contenir de la cellule M45 ; alors l'utilisateur modifie ce
qu'il a introduit en M46. Cet ajustement ne demande que quelques
secondes. C'est une façon de
contourner une difficulté née des
"références croisées"
SimelSP3
procède ainsi : 1- Il calcule
heure par heure la différence entre la
colonne O (ce qui est
demandé à la production thermique ou
hydraulique pilotable, au "stockage" et à l'effacement
définitif) et la
colonne S (ce qui est restitué par le
"stockage") : colonneAF 2 - il
calcule une capacité de production de base à partir de
biomasse en supposant que celle-ci se fait à puissance constante
; à partir de la valeur introduite en M46 sur la
capacité de production totale à partir de biomasse, il
calcule par différence la capacité de production
pilotable à partir de biomasse : cellule AG126. 3- ayant
calculé par ailleurs la capacité de production à
partir des CCG, il connaît la capacité totale, en GW, de
production pilotable à partir de biomasse et de CCG, cellule
AG128. 4-
il calcule heure par heure le total de la production
pilotable à partir de biomasse et de CCG. 5- Il
répartit cette production, heure par heure, entre la biomasse
(pilotable) et les CCG proportionnellement à leurs
capacités respectives : colonnes AH pour la biomasse pilotable
et AJ pour les CCG. 6- il calcule
heure par heure le total de la production à partir de biomasse,
production à puissance constante et production pilotable,
colonne AI. 7 Le maximum
de production horaire à partir de biomasse pilotable et à
puissance constante indique la capacité en GW de la production
à partir de biomasse : cellule AI130.
Cette valeur est recopiée cellule M45. L'utilisateur est
invité à la recopier "à la main" cellule M46.
|
- L'effacement
définitif de la
consommation finale - colonne AM
L'effacement définitif 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.
SimelSP3 calcule
par ailleurs, heure par heure, l'effacement des électrolyseurs
alimentés en base sur le réseau.
- La production des
TACs
SimelSP3
calcule chaque heure, colonne AO, la somme de la production des TACs et
des quantités qui sont déchargées du "stockage" pour écrêter
les pointes de ce qui est demandé aux TACs si les moyens de
stockage sont suffisamment chargés avant qu'on en ait ainsi
besoin. SimelSP3
ne représente pas cette recharge avant les pointes car, pour
lui, les stocks sont rechargés seulement par le
nucléaire, l'hydraulique, l'éolien et le
photovoltaïque. Mais, on l'a vu, la diminution du besoin de
capacité de production est introduite par l'utilisateur. Les
quantités déstockées pour écrêter la
pointe de la production à partir de gaz sont faibles ; avant
d'être déstockées, ces quantités ont
été produites en totalité à partir de gaz.
Elles sont calculées colonne CU. Elles sont très faibles.
Lorsque
les possibilités de production de catégorie
A dépassent ce qui peut aller directement à la
consommation
Les moyens de production de catégorie A sont les moyens autres que
les moyens pilotables à partir de gaz et de biomasse. Leurs
possibilités de production est colonne BB. Ce qui est
directement utilisé par la consommation finale et par
l'électrolyse "en base moins la pointe" est en BC.
Appelons ici "surplus" la
différence, heure par heure, entre BB et BC. C'est proche de ce que l'on appelle
habitullement "excédents", un expression mal définie.
Chaque heure, selon SimelSP3, le
surplus a cinq destinations possibles : dans l'ordre :
recharger les stocks (ici la
définition du stockage),
produire de
l'hydrogène qui servira à poduire du méthane
pour produire de l'électricité, procédé
P2G2P, dans la limite de la
capacité de de procédé - introduite par
l'utilisateur cellule N50.
produire de
l'hydrogène qui sera utilisé hors du système
électrique
un autre usage
ou l'exportation.
être
abandonné.
Note 1
Une partie de la possibilité de production des moyens de
catégorie A n'est exportée que si elle dépasse le
besoins de la consommation finale. Il pourrait en être
différemment. Alors les productions à partir
d'énergie fossile seraient supérieures à ce que
calcule SimelSP3. Il est possible de simuler cela.
Note
2 SimelSP3
calcule le maximum de ce que peuvent être l'exportation et la
consommation pour produire de l'hydrogène ou pour d'autres
usages en tenant compte des puissances d'utilisation e(en GW)t de la
capacité des interconnexions : encore faut-t il qu'il y ait pour
cela une demande. SimleSP3 ne calcule pas les quantités
effectivement employées ou exportées.
Stockage et P2G2P - possibilités de
production excédentaires
Il est habituel de considérer le
procédé P2G2P comme un moyen de "stockage".
Cela se comprend dans la mesure où, comme le stockage, il permet
de
mettre un écart entre le moment où
l'électricité est produite et le momeni
où elle est consommée. Néanmoins le stockage
et le P2G2P ont des
caractéristiques très différentes. Chaque moyen de
stckage est
d'abord limité, vu
son coût, par une limite de capacité en GWh qui lui est propre. Ces
moyens ont aussi des limites de puissance de stockage et de
déstockage
qui leur sont propres. La limite du P2G2P qui lui est propre est une
limite de capacité en GW et sa
limite en GWh ne dépend pas de lui mais de l'ensemble du
système de
production et de consommation d'électricité et
d'hydrogène. Par
ailleurs, comme déjà dit,
la capacité du stockage, en GWh, inclut les flexibilités
de la
consommation et de la production hydraulique, limitées
elles-mêmes,
comme les batteries et les Steps, en GWh et en GW.
|
Dans
chaque cas SimelSP3 calcule
les quantités venant des éoliennes ou photovoltaïque
d'une
part, de nucléaire d'autre part. La priorité est
donnée à l'éolien et
au photovoltaïque tout en respectant les limites de
flexibilité du
nucléaire : colonnes BN à CF. Voir ici comment est
traitée la
limite de variabilité de la production nucléaire
On calcule alors les possibilités
de production abandonnées, la production nucléaire totale
et la production éolienne et photovoltaïque totale.
- La
variabilité de la production d'hydrogène et les
besoins de stockage d'hydrogène :
Les colonnes BT à BV calculent le nombre de fois où la
production varie en une heure d'une quantité supérieure
à une valeur donnée.
- Le besoin de stockage d'hydrogène : case
L82. SimelSP3
calcule
ce que doit être la capacité de stockage
d'hydrogène pour une livraison
d'hydrogène à flux consant : colonnes BW à BZ. Il
calcule heure par
heure la consommation totale d'électricité "sur
excédents" et en "base
moins la pointe" puis il en retire, heure par heure, une livraison
constante, puis il calcule les quantités contenues dans un
stockage
virtuel de contenance nulle - certaines valeurs sont donc
négatives ;
il note la valeur maximale et la valeur minimale des quantités
contenues par ce stock virtuel. La différence entre les deux
permet de calculer ce que
doit être, au minimum, la contenance d'un stockage réel,
en comptant les pertes en ligne de l'électricité et le
rendement de l'électrolyse.
Le calcul des dépenses
Introduire le taux d’actualisation
(cellule P67)
Une "banque de coûts" est
donnée en feuille 2. Il est facile de "copier-coller" dans la
feuille de calcul le jeu d'hypothèses de son choix, ou
d'introduire d'autres hyothèses
- 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'inertie sans production d'électricité, SimelSP3 calcule
le
montant de
l’investissement, une annuité
constante
représentant ce montant, les frais fixes annuels, les frais
variables et les
dépenses totales.
- Pour la production à partir de gaz
(gaz fossile ou biométhane) par des CCG et des TAC, le
coût variable est une moyenne pondérée du
coût de biométhane et du coût du gaz fossile (hors
CO2). Ce coût variable est calculé par SimelSP3.
- Introduire aussi, à titre
indicatif, un surcoût de réseau de distribution
causé par l'intermittence lorsque la capacité des moyens
éolien et PV dépasse 30 GW.
- Le coût du MWh par moyen de
production, LCOE : pour chaque
moyen de
production ou de stockage SimelSP3
calcule
un coût du MWh. C'est le montant des dépenses
rapporté aux possibilités de production. Le coût
au MWh du processus P2G2P, avec ou sans passage par la production de
méthane,
aide à calibrer la capacité de l’électrolyseur.
- Le coût de production
d'hydrogène consommé hors du système
électrique
Ce coût peut être calculé
de deux façons différentes : ou bien directement à
partir des coûts fixes et du coût de
l'électricité payé par l'électrolyse ou
bien comme la différence des dépenses totales de
production d'électricité et d'hydrogène avec une
même consommation finale d'électricité et plus ou
moins d'hydrogène.
Avec la première option, il faut connaître le coût
de l'électricité payé par l'électrolyse et
aussi le facteur de charge de l'électrolyse (introduits sur la
feuille 2). Avec la seconde option, il suffit de connaître les
dépenses fixes de l'électrolyse (le montant de
l'investissement est introduit sur la feuille 1, case N77). Dans les
deux options, il faut aussi introduire le rendement de
l'électrolyse et les dépenses d'acheminement de
l'électricité (sur la feuille 2).
Selon la première option, SimelSP3
calcule les dépenses à partir du coût de
l'électricité, du facteur de charge et de
l'efficacité de l'électrolyse.
Selon la seconde option, SimelSP3
calcule les dépenses totales de production
d'électricité et d'hydrogène en ajoutant aux
dépenses de production d'électricité les
dépenses fixes de production d'hydrogène, le coût
marginal de l'électricité consommée et les
dépenses d'acheminement de l'électricité et en
retranchant la valorisation de l'électricité
excédentaire.
Il est tenant de calculer un "coût de l'hydrogène" en
comparant deux
situations où la consommation finale d'électricité
est la même et avec plus ou moins d'hydrogène. Cela n' de
sens que si les deux situations sont optimales. Sinon le coût de
l'hydrogène ainsi obtenu incorpore l'effet d'un rapprochement ou
d'un éloignement de la situation optimale de sorte que le
résultat n'a pas de signification - voir la page hydrogène
Note sur
l'efficacité de l'électrolyse "sur excédents"
L'efficacité d'une électrolyse dépend
de la régularité de son alimentation en
électricité. SimelSP3
calcule la variabilité de l'alimentation, ce qui donne des
éléments pour mieux approcher le coût de production
de l'hydrogène.
Note concernant le coût du 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.
|
|
La pertinence du
modèle
Une constatation :
Ce modèle réplique fort bien les quatre
scénarios publiés par RTE - depuis le printemps
2018 jusqu'en 2023.
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 SimelSP3
- 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
- SimelSP3
équilibre fourniture et consommation au pas horaire ; il ne
reflète donc pas les fluctuations à l'intérieur
d'une heure.
- SimelSP3
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.
- Pour la gestion de l'eau des lacs, qui est très difficile
à modéliser, il retient l'hypothèse que la moyenne
glissante des productions horaires sur trois semaines est la même
que durant l'année 2013 et que la production réelle peut
s'écarter de cette moyenne dans une certaine limite.
- SimelSP3
propose trois profils horaires de
consommation et de production
éolienne semblables à ce qui a été
observé en 2012, 2013 et 2019 et deux autres qui ont
été construits et qui peuvent aisément être
remplacés.
- SimelSP3
calcule les possibilités de production
d'électricité nucléaire, éolienne et
photovoltaïque qui dépassent la consommation finale et la
production d'hydrogène en base ; en tenant compte des limites de
puissance des moyens qui utilisent cette électricité et
de la capacité des interconnexions, il calcule les
quantités qui peuvent être consommées ou
exportées. Mais il ne dit rien de ce qui sera effectivement
consommé ou exporté.
- SimelSP3 suppose
que les moyens de production sans émission de CO2 sont
destinés en priorité à répondre à la
demande des consommateurs résidant en France. Or la
réalité est différente, et le sera d'autant plus
que les obligations liées au régime de l'ARENH de
consommer en France une grande partie de l'électricité
nucléaire disparaissent à la fin de 2025. Une autre
version de SimelSP3 représente cette nouvelle situation
La pertinence du modèle
et ses possibilités
SimelSP3
comme la version précédente Simel SP2 réplique
bien la situation actuelle, les
scénarios de RTE (depuis le printemps 2018 jusqu'en 2023) et
ceux de l'ADEME (2017),
ceux d'une étude datant de 2019 faite par le FAERE sur une
production sans
nucléaire ni émission de CO2 et qui a fait l'objet d'une
publication à la fin de 2020.
SimelSP3 calcule
l'effet sur le besoin de capacité de production à partir
de gaz des stockages et des flexibilités de la consommation et
de le production hydraulique.
Il
permet d'étudier des jeux d'hypothèses que ne
calculent pas les instances officielles.
Il permet de calculer un coût de production de
l'hydrogène, comme la différence de dépenses de
production
d'électricité et d'hydrogène selon que l'on
produit plus ou moins d'hydrogène - un calcul parfois
paratiqué et qui peut conduire à des résultats
trompeurs.
C'est tout le contraire d'une boîte noire : tous les flux,
production, consommation, stockage, sont visibles heure par heure ;
toutes les formules mathématiques sont visibles.
Comme il est publié, il peut être discuté et -
surtout- il peut servir d'instrument dans les débats sur
l'avenir de l'électricité.
Dans d'autres versions ... voir ici
Les principales modifications
apportées à cet outil de simulation du
système électrique
mars 2025
Le calcul de la production à partir de biomasse, pilotable ou en
base, a été simplifié.
mars 2024
La notice a été relue et échenillée. Sur
l'utilisation de la biomasse, les calculs ont été
ôtés de la première page.
février 2024
On introduit sur la feuille 1 le rendement de l'électrolyse qui
produit de l'hydrogène consommé hors du système
électrique (il était introduit en feuille 2). Le calcul
du coût de production du MWh d'électricité (cases O
et R 71) a été revu.
septembre 2023
Le calcul des dépenses de production à partir de
gaz a été revu. La production des CCG et celle des TAC
est faite avec du gaz fossile et du biométhane. Le coût du
gaz tient compte de la proportion de gaz fossile et de
biométhane. Une erreur sans grande incidence a été
corrigée.
mai 2023
Le calcul du besoin de capacité de stockage d'hydrogène a
été complété pour inclure le besoin de
stockage de l'hydrogène produit "en base moins la pointe". Le
coût d'investissement de l'électrolyse est introduit par
l'utilisateur sur la première feuille (et non plus sur la
feuille 2). Le calcul des dépenses fixes de production
d'hydrogène a été revu.
décembre 2022
La façon dont SimelSP3 tient
compte des limites de flexibilité de la production
nucléaire a été corrigée. Rien de
changé pour répondre directement à la demande
finale. Mais des modifications ont été apportées
dans le calcul des productions nucléaires mises en
stock ou consommées par le processus P2G2P ou produisant de
l'hydrogène pour
consommation hors du système électrique our d'autres
usages (dont l'exportation). La notice technique a
été réécrite.
début décembre 2022
Dans SimelSP3,
il est précisé que les limites de la flexibilité
du nucléaire s'appliquent à la production
nucléaire consommée directement par la consommation
finale. La production nucléaire totale respecte la limite
d'augmentation de puissance en une heure mais elle ne respecte pas la
limite de diminution de puissance en une heure. Pour
représenter cette limite, il faudrait pouvoir limiter
l'utilisation des possibilités de production
excédentaires de l'éolien et du
photovoltaïque. A faire.
octobre 2022
SimelSP3,
est légèrement modifié :
dans la production hydraulique, la distinction entre une production "de
base" et les modulations autour de cette production de base est faite
dans la page 1, ce qui simplie beaucoup la page "stockage". Par
ailleurs, sur la page 1, on distingue les Steps et les
possibilités de modulation de la production hydraulique.;
l'utilisateur introduit non plus des temps de charge ou de
décharge mais la puissance maximum de charge ou de
décharge.
septembre 2022
La notice technique est complétée pour présenter SimelSP3.
Cette variante calcule ce que doit être (en GWh) l'ensemble
formé du stockage, des possibilités de
déplacement de la consommation et de la moudlation de la
production hydraulique pour diminuer
le besoin de capacité de production comme indiqué par
l'utilisateur.
Sur SimelSP2: on a remplacé l'expression "puissance
garantie par le stockage" par "diminution du besoin de capacité
de production ou d'importation" et l'utliisateur introduit une seule
valeur pour l'ensemble des moyens de stockage et des
possibilités de déplacement de la consommation.
février 2022
SimelSP2 calcule ce
que doit
être la capacité de stockage d'hydrogène pour
livrer
un flux constant d'hydrogène produit sur excédents.
janvier 2022
une amélioration
significative : les "excédents" peuvent être
employés de deux façons
différentes : pour produire de l'hydrogène
consommé hors du système électrique ou d'une autre
façon, exportation ou autre. On appelle ici "excédent"
les possibilités de production nucléaire, éolienne
et photovoltaïque qui dépassent ce qui est
consommé pour répondre à la demande de la
consommation finale et de l'électrolyse alimentée "en
base moins la pointe" - voir ci-dessous à "avril 2021". Le
calcul des dépenses totales de production
d'électricité et d'hydrogène a été
revu ; il tient compte de la valorisation de la partie des
"excédents" qui n'est pas utilisée pour produire de
l'hydrogène. Quelques lignes permettent de calculer le coût de production de
l'hydrogéne comme la différence de dépenses
totales de productoin d'électricité et d'hydrogène
avec plus ou moins d'hydrogène.
décembre 2021
la notice technique a été modifiée pour
présenter la nouvelle version SimelSP2 .
octobre 2021
Trois nouvelles colonnes permettent d'étudier la pointe de ce
qui est demandé aux moyens pilotables : pour diminuer de n GW la
capacité de pointe demandée aux moyens pilotables en
supposant qu'il n'y a pas d'effacement définitif, SimelSP2
calcule ce que doit être la capacité de stockage par Steps
batteries et déplacement de consommation, ces derniers
étant traités comme des batteries. Cela permet
d'évaluer la capacité en GW que peut garantir une
contenance de batteries, en GWh.
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 ; c'est production "en base lmoins
la pointe". 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
|
L'évolution de
SimelSP : SimelSP2, SimelSP3, et futures variantes
La
version initiale SimelSP
Pour le profil horaire de la consommation, SimelSP propose deux
options :
L'une et l'autre s'appuient sur les consommation finales heure par
heure observées en 2013
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
SimelSP
reste
accessible ici car plusieurs
jeux d'hypothèses
présentés sur ce site ont été
réalisés avec cette version du simulateur.
Une nouvelle variante, SimelSP2 pour pouvoir choisir le
profil horaire de consommation
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 ou, plutôt vers SimelSP3
La nouvelle
version SimelSP3
- pour
représenter le système
électricité-hydrogène et calculer l'ensemble des
dépenses de production
- pour
mesurer l'effet, sur le besoin de
capacité de production à partir à partir de gaz
(en GW) des possibilités (en GWh) du stockage
et des flexibilités de la
consommation et de la production hydraulique
Un
système intégré de production
d'électricité et d'hydrogène
Simel SP3 simule deux utilisations
différentes des excédents. L'une d'entre elles est la
production d'hydrogène. De plus, il distingue la consommation
finale et une consommation pour produire de l'hydrogène à
puissance constante sauf lorsqu'il faut faire fonctionner les
TAC. Il calcule les dépenses fixes de production
d'hydrogène et les dépenses totales de production
d'électricité et d'hydrogène. Ces calculs sont sur
la "feuille 2".
Stockage, flexibilités et besoin de capacité de
production à partir de gaz
Le "stockage au sens
large" : batteries, Steps, flexibilités de la
consommation et de la production hydraulique
La flexibilité de la consommation et celle de la production
hydraulique ont le même effet sur le système
électrique que les moyens de stockage "classiques" que sont par
exemple les Steps et les batteries. Chacun de ces moyens est
caractérisé par une contenance qui se mesure en GWh, et
des puissances maximum de charge et de décharge en GW.
Les déplacements de
consommation
Si une consommation de 3
KW pendant 1 h peut être différée ou
anticipée, cette flexibilité équivaut à un
stockage de 3 KWh ayant une capacitté de charge ou de
décharge de 1 kW qui se charge lorsque la consommation est
anticipée et se décharge lorsque cette consommation
aurait été effective si elle n'avait pas
été anticipée (comme avec des ballons d'eau chaude) ; ou bien qui se décharge lorsque
la consommation est différée et se recharge lorsqu'elle
cette consomation différée est effective (comme lorsque
l'on arrête une pompe à chaleur, ce qui abaisse un peu la
température, puis que l'on remet le logement à la
bonne tempéature) ; autre exemple : un atelier industriel qui
adapte le moment de sa consommation d'électricité
à la production solaire sans diminuer sa consommation totale.
| Il
faut distinguer ces déplacements
de consommation et les
effacements définitifs.
Si un atelier industriel réduit sa production annuelle
pour diminuer sa consommation d'électricité pendant les
périodes où elle coûte cher, il s'agit d'un
effacement définif ; de même si un véhicule
hybride rechargeable remplace l'électricité par un
carburant liquide. SimelSP3
traite ces capacités effaçables définitivement
comme des capacités de
production et calcule ces quantités effacées
définitivement. |
La flexibilité de la
production hydraulique
SimelSP3 distingue une production hydraulique "de base" et une
flexibilité autour de cette production "de base". La
flexibilité est l'écart pilotable entre la production
réelle et la production de base : précisément,
c'est la limite maximum de la somme algébrique (en plus ou en
moins) des écarts de la production horaire à la moyenne
mobile sur trois semaines des productions horaires. Elle se mesure en
GWh. L'utilisateur de SimulSP3 introduit cette valeur. Il introduit
aussi une puissance de base et une puissance de décharge de
cette partie pilotable.
Avec les batterie et les
stepsn ces flexibilité forment un ensemble appelé ici
"stockage au sens large" dont la contenance se mesure en GWh.
Ce
que calcule SimelSP3
Simel SP3 ne calcule pas de combien de GW un stockage au sens large dont on
connaît la contenance en GWh dimine le besoin
de capacité pilotable. Il cacule ce que doit être
cette contenance, en GWh, pour diminuer le besoin de capacité
pilotable d'une certaine valeur, en GW, introduite par l'utilisateur.
Si l'on connaît la contenance du stockage, l'utilisateur trouve
très vite par tâtonnement la diminution du besoin de
capacité rendue possible par le stockage au sens large.
Les calculs
La feuille 1 est
légèrement modifiée par rapport
à SimelSP2 :
La
production hydraulique (fleuves et lacs) heure par heure est
décomposée en deux parties : une partie "de base" qui est
la moyenne glissante sur trois semaines des productions horaires
calculées avec le même profil horaire que pendant
l'année 2013 et une partie "flexible" qui est la
différence entre la production horaire ainsi calculée et
la moyenne glissante des productions horaires. Il ne serait pas
difficile de remplacer l'année de référence et la
durée sur laquelle est calculé la moyenne mobile.
La colonne O donne alors ce qui est demandé à l'ensemble
formé par le "stockage" défini ci-dessus, la partie
flexible de la production à partir de gaz et l'effacement
définitif. La valeur horaire
maximum, notée en R80 donne donc ce que devrait être la
capacité de production à partir de gaz en l'absence de
tout moyen de "stockage".
Une nouvele feuille pour calculer la contenance du stockage (au
sens large) permettant de diminuer le besoin de puissance pilotabe
Les étapes du calcul sont les suivantes - feuille "stockage"
- La colonne D est la copie de la colonne O de la feuille 1 : heure par
heure, ce qui est demandé à l'ensemble des productions
pilotables autres que le nucléaire, au déstockage et
à l'effacement définitif.
- La case E12 donne la capacité de production à partir de
gaz : c'est la difféence entre ce qu'elle serait en l'absence de
stockage et la diminution du besoin de capacité rendu possible
par le "stockage" - rappel : cette diminution est introuitepar
l'utilisateur
- On suppose qu'il existe une capacité de stockage de grande
capacité ; on
introduit cette capacité, en GWh : c'est un intermédiaire
de calcul ; sa valeur n'a pas d'incidence sur le résultat, si du
moins elle est d'une taille suffisante. En revanche les puissances de
charge et de décharge sont celles des moyens réels de
"stockage" au sens large, c'est à dire la somme des puissances
de charge et décharge de la flexibilité de la
production hydraulique et de la consommation, des batteries et des
steps.
- Heure par heure, cette capacité de stockage est chargée
par les
possibilités de production de base et à partir de gaz qui
ne sont pas
utilisées par la consommation, cela dans la limite de la
capacité de charge ; cette quantité est
multipliée par 0,8 pour tenir compte des pertes de
charge-décharge : colonne I.
- Lorsque ces capacités de production sont inférieures
à la demande, le stockage est déchargé de la
différence dans la limite de sa capacité de
décharge, colonne J.
- Heure par heure, les quantités déchargées sont
diminuées des quantités mises en stock - colonne K.
- Dans les colonnes L et suivantes, heure par heure sont
indiquées les sommes glissantes de plusieurs heures
consécutives : 2 heures, 3 heures, 6 heures, 12 heures, 17
heures, 24 heures et jusqu'à 6 mois. Dans les sommes
glissantes des premières heures ou premiers jours de
l'année, figurent les valeurs des dernières heures ou
derniers jours de l'année.
- Pour chaque laps de temps est indiqué le maximum. De colonne
en colonne, c'est-à-dire pour des périodes de plus en
plus longues, le maximum commence à augmenter puis se stabilise.
- Si une capacité de stockage est supérieure au maximum
de tous ces maximums, elle est compatible avec la diminution de la
capacité de production à partir de gaz introduite par
l'utilisateur. Le maximum de ces maximums est donc la capacité
de stockage qui diminue le besoin de capacité de production
pilotable comme demandé par l'utilisateur.
- Le calcul du besoin de stockage par laps de temps différents
permet d'évaluer le temps de décharge d'un stockage en
fonction de sa contenance (en GWh) ; par exemple s'il faut 96 GWh
pour apporter jusqu'à 19 GW pendant 12 heures et s'il faut
132 GWh pour "tenir" 17 h, il faudra 36 GWh pour "tenir" entre 12h et
17
h.
Comme noté plus haut, SimelSP3 ne dit presque rien des
exportations ni des usages de l'électricité autres que la
consommation finale et la production d'hydrogène à
puissance constante ; il calcule seulement ce qu'ils peuvent être
en France compte tenu de la puissance des appareils électriques
et de la capacité des interconnexions ; et il suppose qu'une
priorité d'accès au nucléaire est donnée
à la consommation en France.
Une nouvelle version simule un
marché de l'électricité
où le prix est égal à chaque instant au coût
marginal du système : sans importation ni exportation, (ce qui
est à peu prè le cas au niveau de la plaque
européenne) c'est fait, et
disponible à la
demande ; avec importations et exportations, celles-ci
dépendant des marchés
extérieurs, c'est plus compliqué, mais bien avancé.
Une autre version représente l'utilisation des
excédents de
production pour produire de la chaleur
; aujourd'hui et aussi longtemps
que des exportations permettront de remplacer une production à
partir de gaz, produire de la chaleur à partir
d'excédents
n'est intéressant que si la chaleur produite est injectée
directement dans un réseau de chaleur ; plus tard, le paysage
pourrait changer vu que, à l'échelle européenne,
il n'y a pas d'exportation.
Voici le lien vers SimelSP3
Voir aussi la notice simplifiée de
SimelSP3
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