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La prospective de l'énergie



La prospective de RTE 


Une étude, sur la consommation de 900 TWh  d'électricité avec 70 GW nucléaire

Le tableau montrant la production d'électricité et d'hydrogène














Le système électrique français en 2050  - prospective


Une contre-proposition face aux scénarios préparés par RTE

Fournir 900 TWh/an d'électricité en 2050 avec très peu d'énergie fossile
Réalisé avec SimelSP2 - sept 2021

Consommation avant les pertes en ligne : 905 TWh   850 TWh/an après les pertes en ligne
dont consommation finale : 700  TWh,  dont chauffage : 120 TWh ;  consommation pour produire de l'hydrogène : 150 TWh pour 3 Millions de tonnes d'hydrogène

Moyens de production :
70 GW nucléaire   156 GW éolien et PV     83 TWh à partir d'autres renouvelables  (hydraulique, biomasse solide et biométhane)   13 TWh à partir de fossile    
34 GW d'électrolyse ; production à partir d'énergie fossile : 13 TWh

Une note décrivant ce scénario avec en annexe une pésentation de la nouvelle version du simulateur, SimelSP2
le tableau qui présente toutes les hypothèses et les principaux résultats
le simulateur  SimelSP2 qui permet à chacun de tester ses propres hypothèses


Un tableau de ressource et de consommation d'énergie par secteur d'utilisation et type d'énergie :  consommation totale : 1300 TWh - pour une nouvelle SNBC 







Pour répondre à la demande d'électricité avec très peu d'émissions de CO2 voire pas du tout, les posibilités sont innombrables.

Il faut faire des hypothèses sur la consommation finale (la consommation annuelle et le profil horaire), la consommmatin pour produire de l'hydrogène et du biocarburant, les moyens de production et les moyens de stockage non seulement d'électricité (batteries, Steps) mais aussi d'hydrogène et de méthane de synthèse, de stockage de chaleur, etc.

On présente ici
Le travail de RTE
Une étude que j'ai faite durant le printemps 2020

Aujourd'hui - octobre 2021 - à la suite d'autres études et d'autres publications, il m'apparaît qu'il est possible d'atteindre la neutralité carbone sans se priver d'énergie et en minimisant les dépenses d'économie et de production d'électricité avec une consommation d'énergie de 1300 TWh (contre 1730 TWh aujourd'hui) ,l à où la SNBC dit 927 TWh ; une consommation de biomasse de 350 TWh et une consommation finale d'électricité de 700 TWh (hors les pertes en ligne) à quoi s'ajoute une consommation de 150 TWh pour produire de l'hydrogène et du biocarburant.

L
a productoin d'électricité pourrait se faire avec 94 GW nucléaire (en remplaçant nombre pour nombre les réacteurs actuels par d'autres plus puissants), 20 GW éolien sur terre et 20 GW en mer et 30 GW de photovoltaïque. Ici un tableau de production d'électricité pour fournir 900 TWh (dont 120 TWh pour le chauffage et 150 TWh pourproduire de l'hydrogène) avec 94 GW nucléaire.

Voir ici les hypothèses de  consommation d'énergie en 2070 et 2050 : c'est une contre-proposition pour revoir de fond en comble la stratégie nationale bas carbone

voir  aussi ci-contre, une autre étude avec la nouvelle version du logiciel de simulation SimelSP2




Selon la SNBC approuvée par la loi en 2019, pour que la France atteigne la "neutralité carbone" la consommation d'énergie devrait être divisée par deux. Alors la consommation finale d'électricité passerait de 470 TWh aujourd'hui à 580 TWh à quoi s'ajouterait 50 TWh pour produire de l'hydrogène.

Dans son travail de prospective, RTE a mis en consultation un document où la consommation d'électricité est égale à celle de la SNBC, 580 TWh avant les pertes en ligne à quoi s'ajouterait une consommation de 50 à 150 TWh pour produire de l'hydrogène.

Pour ma part, dans une étude faite en juillet 2020, j'ai supposé que la consommation d'électricité pour le chauffage des bâtiments serait  supérieure de 80 TWh aux hypothèses de la SNBC puisque celle-ci suppose que tous les logements seront parfaitement isolés ce qui serait très coûteux et je n'ai pas changé les autres hypothèses de consommation.

Début 2021, les réponses à la concertation lancée par RTE montrent que les hypothèses de RTE dans les secteurs de l'industrie et du transport sont, elles aussi, trop basses. J'ai donc étudié le cas où la consommation finale d'électricité serait de 730 TWh hors pertes en ligne à quoi s'ajouterait une consommation de 117 TWh pour la production d'hydrogène et de biocarburant.

Puis, je me suis rendu compte que sans modifier les hypothèses de consommation, il serait possible d'être plus efficace, notamment en utilisant de la bioénergie pour éviter d'avoir besoin de méthane de synthèse pour équlibrer le réeau à tout moment. En revanche les besoins d''électricité pour produire de l'hydrogène et du biocarburant pourraient être supérieurs. J'ai donc étudié le casoù la consommation finale serait de 700 TWh et où la consommation pour produire de l'hydrogène et du biocarburant serait de 150 TWh. Cf la  prospective de l'énergie.  



Le travail de RTE, sa consultation du mois de mars 2021 et ma réponse

Depuis 2019, RTE, Réseau de transport électrique, travaille sur une prospective du système électrique en 2050. C'est un travail approfondi, mené en concertation avec des groupes et des personnes qui  ont des avis et des sensibilités très différents. Tous les rapports des groupes de travail sont publiés.

Une consultation  publique a été lancée par RTE en février 2021
    Une "note brève" sur la consultation publique
    Une lettre à RTE signée par 280 polytechniciens, le 1er mars  2021
    Ma réponse, envoyée à RTE le 6 mars

On peut voir d'autres commentaires ici

Et ici une autre prospective 2050-2070 (juillet 2020) comme dit plus haut, en 2021, il apparaît que les hypothèses de consommation faites dans cette étude de juille 2020 sont trop basses. 

Ici, une note brève en juillet 2020 : une prospective de l'électricité en France, optimiste et ouverte sur le monde

Au sujet d'un système électrique sans nucléaire, "six si" : six conditions, l'analyse d'une étude menée par une équipe du CIRED, une note brève sur le sujet une autre sur le mauvais usage fait des résultats de cette étude, livrés aux médias sans précautions oratoires.

La consommation pour le chauffage : depuis plus de vingt ans "on" nous dit qu'il est "mal" de "gaspiller l'énergie",
que "l'énergie la moins chère est celle que l'on ne consomme pas", qu'il faut donc une isolation parfaite des logements existants,  etc. Mais dépenser beaucoup pour éviter peu de consommation électrique (grâce aux pompes à chaleur) et encore moins de CO2 (puisqe l'électricité sera produite presque sans émissions de CO2), cela interroge...Voir ici une page sur  la consommation d'énergie de chauffage



 

Dans une France "neutre en carbone", l'énergie consommée sera essentiellement de l'électricité ou une autre forme d'énergie produite à l'aide d'électricité.
Les questions que pose une prospective de l'électricité sont donc d'une très grande importance. Elles sont multiples et de toute nature :
- la consommation finale : la consommation annuelle et le profil de consommation, y compris les reports de consommation et les effacements définitifs
- les moyens de production : nucléaire, bioénergie, éoliennes, photovoltaïque, hydraulique
- les moyens d'ajuster à tout instant production et consommation : Steps, batteries, production de gaz de synthèse pour produire de l'électricité, production à partir de gaz (gaz fossile, biogaz ou gaz de synthèse), production et stockage de chaleur, importation ou exportation
- la production d'autres formes ou support d'énergie : chaleur avec les pompes à chaleur ou par effet Joule ; production de biocarburant pour bien employer le carbone organique ; production d'hydrogène.
- la sécurité de fonctionnement du système électrique : la stabilité des réseaux ; la sûreté du réseau numérique de contrôle commande ; les risques d'accident.
- le effets sur l'environnement en France et à l'étranger : pollutions, consommation d'espace et de sols, consommation de matériaux
- l'autonomie de la France et la sécurité d'approvisionnement
- la responsabilité de l'Etat pour un service public de l'électricité v/s l'Union européenne.
- La place de la France dans le monde : pourquoi vouloir ici la neutralité carbone si une coopératoin avec des pays pauvres réduit tout autant les émissions mondiales en dépensant moins tout en aidant au développement de ces pays ? La responsabilité de la France qui maîtrise une technologie, le nucléaire, dont le monde aura besoin.






















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Le travail de RTE
sur la prospective pour 2050

- Une consulation largement ouverte
- Un travail très sérieux
- Des documents de travail provisoires publiés.

Mais

-Le hypothèse de consommation sont beaucoup trop basses
- Certaines hypothèses de coût sont très contestables
- Les situations tendues  ne sont pas encore décrites (probabilité, amplitude, durée).

Ce travail devrait être complété

- Avec d'autres hypothèses de consommation de façon à minimiser l'ensemble des dépenses de production et d'économie d'électricité
- En supposant que des émissions en France en 2050 pourraient être compensées par des émissions évitées par exemple en Afrique
- En supposant que la durée de vie des réacteurs nucléaires puisse dépasser légèrement 60 ans.







 février 2021

La consultation de RTE sur le bilan prévisionnel 2050

Quelques commentaires

La réponse que j'ai envoyée à RTE est ici

RTE a engagé un gros travail pour étudier plusieurs scénarios d’évolution du système électrique d’ici à 2050. Il a constitué plusieurs groupes de travail largement ouverts. C'est une démarche systématique, qui aborde non seulement les aspects techniques et économiques, mais aussi ce qui touche à  l'environnement, en France et dans les pays où sont produits les équipements et les matières utilisés en France, à la façon dont les moyens de production et de stockage seront ou non acceptés par la population ; les émissions de CO2 directes et indirectes sont soigneusement évaluées.

RTE  a élaboré plusieurs scénarios conduisant à une production d’électricité sans émissions de gaz carbonique. Il a publié un document pour une consultation publique

Cette consultation porte sur le contenu des scénarios, sur les hypothèses de coût et de performance des moyens de production et de stockage et sur le coût de certaines mesures d’économie d’énergie ; elle porte aussi sur les méthodes permettant de comparer ces scénarios selon différentes approches : technique, économique, environnementale, sociétale.


C'est l'occasion de demander à RTE d'étudier d'autres hypothèses : une consommation d'électricité largement supérieure ; la possibilité de compenser des émissions en 2050 par une contribution au financement dans des pays en développement de moyens de production d'électricité sans émission de CO2 ; la possibilité de prolonger la durée de vie de réacteurs nucléaires de quelques années au-delà de 60 ans.

Plan de cette note
La consommation finale / la production d'électricité selon les scénarios de RTE /remettre en cause la SNBC pour être plus efficace dans une perspective mondiale / le CO2 se moque des frontières / un autre scénario ouvert sur le monde // autres observations sur les scénarios présentés par RTE.


La consommation finale : des hypothèses proches des objectifs de la SNBC approuvée par la loi - hypothèses invraisemblables

 

Dans son scénario de référence, RTE suppose que la consommation finale hors production serait de 630 TWh y compris les pertes en ligne et 50 TWh pour la production d’hydrogène ; soit 580 TWh avant les pertes en ligne pour la consommation finale contre 470 TWh aujourd’hui. Soit une augmentation de 110 TWh.

Une variante non encore chiffrée prendra en compte l’effet de la réindustrialisation du pays.

Ces hypothèses de consommation finale sont celles de la SNBC. Elles sont beaucoup trop basses.

 

Le logement

RTE n’a pas voulu s’écarter des hypothèses de consommation de la SNBC approuvée par la loi sur la transition énergétique, avec notamment l’hypothèse que tous les logements existants auront été mis au standard « bâtiment basse consommation », c’est à dire en classe B ou A du DPE, le diagnostic de performance énergétique.

Ainsi, les scénarios supposent que le chauffage se fera sans gaz fossile ni fioul et avec une consommation d’électricité inférieure à ce qu’elle est aujourd’hui. De plus, RTE suppose que les dépenses pour faire passer un logement de la classe F à la classe B du DPE seront de 130 € par mètre carré, soit 20 000 € pour un mpntant de 130 mètres carré.

Il serait beaucoup moins coûteux de mettre les « passoires thermiques » en classes D du DPE et d’équiper les logements de pompes à chaleur.

La consommation d’électricité serait supérieure de 80 TWh/an aux hypothèses retenues par RTE sans effet sur les émissions de CO2 puisque l’électricité serait produite sans énergie fossile - voir par exemple ici.

 

Les transports

Le carburant pétrolier sera remplacé essentiellement par des l’électricité. 3 litres d’essence, soit 30 kWh seront remplacés par 10 kWh d’électricité. RTE suppose que la consommation d’électricité pour les transports sera supérieure de 100 TWh à ce qu’elle est aujourd’hui, pouvant donc remplacer 30 millions de mètres cube de carburant alors que celle-ci est aujourd’hui de 42,5 millions de mètres cube, y compris a consommation des poids lourds.

 

Le profil horaire de la consommation

Dans les simulations, la consommation est calculée à partir d’un profil horaire de référence, celui-ci pouvant être modifié par des anticipations (par exemple les chauffe-eau) ou des reports (par exemple la machine à laver) de consommation. Le document soumis à consultation ne dit pas ce que serait le profil horaire de la consommation. Dans ses travaux, l’ADEME a élaboré un profil horaire de consommation qui s’adapte à la production photovoltaïque. Si RTE retient ce profil, il ne faudrait pas y ajouter de grosses possibilités de déplacement de consommation. Mais RTE n'a pas encore publié quelques profils horaies de consommation.

 

La production d’électricité

 

Les scénarios de production

Quatre scénarios supposent que les réacteurs nucléaires arrivant en fin de vie ne sont pas remplacés par d’autres réacteurs nucléaires. La capacité nucléaire en 2050 serait nulle ou inférieure à 15 GW.

Quatre scénarios supposent que la capacité nucléaire en 2050 serait dans une fourchette de 35 à 55 GW. La production nucléaire serait inférieure à 50 % de la production totale d’électricité, sauf dans un cas où elle serait légèrement supérieure.

 

Les parcs de production étudiés par RTE sont cohérents avec le niveau de consommation

 

Avec le simulateur du système électrique utilisé ici, on retrouve qu’il est possible de répondre à la demande avec les différents parcs de production de RTE et sans énergie fossile lorsque la consommation a le niveau annuel retenu par RTE et le profil horaire élaboré par l’ADEME pour ses scénarios "électricité 100% renouvelable".

 

La sécurité d’approvisionnement et la stabilité du réseau

 

Le document de consultation se borne à mentionner les moyens concourant à l’équilibre entre fourniture et consommation d’électricité (déplacements de consommation, batteries, moyens de production pilotables, importations) sans dire dans quelle mesure ils seront sollicités.

Lorsque la capacité nucléaire est très basse, le rapport suppose que la stabilité du réseau sera préservée d’une façon ou de l’autre sans précision. Il se réfère aux conclusions d'une étude faite avec l'AIE qui conclut que la stabilité d'un réseau sans nucléaire pourrait assurée si, si et si. Avant de s'en assurer il faudrait faire de gros travaux de recherche et développement.

 

Sur une production sans CO2 ni nucléaire, on peut  voir ici les commentaires sur une étude faite par une équipe du CIRED.

 

Remettre en question la SNBC pour être plus efficace dans une perspective mondiale

 

Le CO2 se moque des frontières !

Pour diviser par deux la consommation d’énergie, les dépenses d’économie d’énergie seront très lourdes et sans effet sur le CO2 si l’électricité peut être produite sans énergie fossile.

En 2050, les émissions mondiales de CO2 seront encore abondantes, notamment venant de pays d’Afrique où aujourd’hui 650 millions de personnes vivent sans électricité ou avec une électricité produite à partir de groupes électrogènes.

Faudrait-il dépenser en France plusieurs centaines d’euros par tonne de CO2 évité (jusqu’à 750 € selon la commission Quinet du Plan) alors qu’il suffirait de moins de 100 € pour éviter l’émission d’une tonne de CO2 depuis une région d’Afrique ?

 

Un autre scénario ouvert sur le monde

- Une consommation finale après pertes en ligne de 680 TWh (proche de celle du scénario Négatep de Sauvons le Climat) soit 730 TWh avant les pertes en ligne. C’est 150 TWh de plus que selon le scénario de référence de RTE.

- Une production à partir de gaz fossile de quelques dizaines de TWh/an en 2050,  les émissions de CO2 étant compensées par des émissions évitées en Afrique.

- Ne pas exclure que la durée de vie du nucléaire puisse être légèrement supérieure à 60 ans, par exemple une durée moyenne de 65 ans. On sait déjà qu'aux Etats-Unis plusieurs réacteurs ont l'autorisation de fonctionner 80 ans.
- La répartition entre nucléaire, éoliennes et photovoltaïque dépendra du coût de ces moyens de production et d’autres considérations : la façon dont les éoliennes seront acceptées, la consommation de matériaux (béton, cuivre, fer, matières rares et coûteuses), les effets sur l’environnement en France et là où les minéraux sont raffinés.

- Si l'on cherche à minimiser les dépenses de production et de consommation d'électricité et si l'on suppose que la production à partir de biogaz ou de gaz fossile sera en 2050 de 40 ou 50 TWh/an, on calculera probablement que le parc de production comportera 70 GW de nucléaire et que la capacité globale de l'éolien et du photovoltaïque sera du même ordre.

- La neutralité carbone pourrait être atteinte en 2070 avec moins de 90 GW nucléaire, c’est à dire le remplacement un pour un des réacteurs existants.


ou encore une autre possibilité. avec une consommation finale de 650 TWh en 2050 et 700 TWh en 2070
  

Autres observations sur le document de consultation de RTE

 

Les scénarios sans renouvellement du nucléaire voir aussi ici « six si ».

RTE devra apporter des réponses sur les sujets suivants :

- la stabilité du réseau,

- la capacité des batteries

- la description précise des situations de stress, soit que la demande faite aux moyens pilotables est très forte, soit qu’elle se maintient longtemps à un niveau élevé.

- la capacité d’électrolyse pour le P2P2G

- la capacité de CCG, TAC et groupes électrogènes : quelques centaines de GWh de batteries permettent de garantir 20 GW

- la capacité d’électrolyse pour la production d’hydrogène hors consommation électrique, le coût de production d’hydrogène, plutôt élevé vu le facteur de charge de l’électrolyse (2000 heures/an)

- l’accueil par la population de la perspective de voir 30 000 éoliennes sur terre et des milliers de kilomètres carrés de panneaux photovoltaïques

- la dépendance à l’égard de l’étranger du fait de la technique ou des matériaux

- la capacité des éoliennes flottantes

- la sécurité des réseaux numériques de contrôle-commande

 

Les leviers de flexibilité

Pour apporter un avis, il serait utile d’avoir une description précise des situations tendues, c’est à dire celle où la demande faite aux moyens pilotables est forte en intensité et /ou en durée.

Il faudrait que RTE fournisse la chronique horaire de consommation qui lui sert de référence.

 

Les interfaces entre l’électricité et les autres vecteurs énergétiques, et notamment de l’hydrogène

Les répliques que j’ai faites de différents scénarios montrent que lorsque la production d’électricité est faite sans consommer de biométhane ni de gaz fossile, les possibilités excédentaires permettent de produire près de 50 TWh d’hydrogène (50 TWh d’électricité consommée) à un coût de 2 €/kg si l’électricité est valorisée à 10 €/MWh.

Mais ce résultat est obtenu du fait que le parc de production d’électricité n’est pas celui qui pourrait fournir l’électricité à la consommation finale au moindre coût. Tout se passe alors comme si le consommateur d’électricité finançait la production d’hydrogène.

 

Il serait bon d’étudier le rôle du biocarburant et du biofioul, l’un et l’autre utiles pour effacer une consommation d’électricité en cas de besoin dans des véhicules ou un chauffage hybrides.

 

Tenir compte du système énergétique européen

Il est cohérent de s’appuyer sur des scénarios européens qui visent la neutralité carbone en 2050. En même temps, on ne peut pas être sûr qu’ils seront respectés. Il est donc prudent d’en étudier d’autres car il ne faut pas oublier que la responsabilité politique est nationale, non pas européenne.

 

Quel cadrage pour l’analyse technique du système ?

Ajouter un thème d’étude : la vulnérabilité du système numérique de contrôle-commande.

 

Quel cadrage pour l’analyse sociétale des scénarios ?

L’objectif de neutralité carbone devrait être recherché au moindre coût.

De la même façon qu’il est légitime de mesurer les émissions de CO2 évitée à l’étranger en rapatriant certaines productions industrielles, de même il serait légitime de tenir compte des émissions évitées par des actions menées à l’étranger avec un financement français.

RTE devrait veiller à ne pas sortir de son domaine de compétence.

 

Quel cadrage pour les analyses environnementales ?

La grille d’analyse est pertinente.

 

Quel cadrage et quelles hypothèses pour l’évaluation économique des scénarios ?

Une précision : il arrive que RTE mentionne les dépenses futures générées par des décisions passées ; il en est ainsi du coût de démantèlement des réacteurs existants : il ne doit pas entrer dans le coût de la prolongation de leur fonctionnement.

 

Des hypothèses de coût me paraissent très basses.

 

Eolien et photovoltaïque

Bien que les LCOE ne permettent pas d’évaluer l’intérêt d’une mode de production par rapport à un autre dans un système de production d’électricité, ils permettent de mesurer les progrès d’efficacité de chaque moyen de production.

RTE ne donne pas les facteurs de charge ; supposons qu’ils soient de 1200 h/an pour le PV, 4300 h pour l’éolien en mer, 2300 h pour l’éolien sur terre. Avec les hypothèses de coût servant de référence les LCOE sont les suivants :


éolien sur terre : 39,4 €/MWh ; éolien en mer posé : 24,8 €/MWh ; flottant  : 35,6 €/MWh

PV sur sol : 31,2 €/MWh ; grandes toitures : 47,3 €/MWh ; résidentiel : 117,9 €/MWh.

 

Coût des dispositifs d’efficacité énergétique


Rénovation à haut performance : 160 €/m² durée de vie 50 ans (p. 90)

Pour 130 m2, une rénovation permettant de passer de la classe E ou F en classe B du DPE coûterait 21 000 €, VMC comprise.  A ce prix là, j’achète !