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Crédit photo: SandiaLabs en cc

 

Dans de nombreux pays industrialisés, des plans de transition énergétique à l’horizon 2050 ont été dressés, basés sur un taux de pénétration en énergies renouvelables (EnR) pour la production d’électricité supérieure à 75%. En France, le rapport de l’ADEME Visions 2030-2050, fait état de cette possibilité, le territoire disposerait en effet des gisements d’EnR nécessaires. Néanmoins, la distinction des potentiels énergétiques à mobiliser par région et l’établissement d’un plan de mise œuvre précis se heurtent à un choix entre différents scénarios, qui résultent de la combinaison de paramètres techniques, économiques, sociaux et environnementaux.

Quelle serait la hauteur des investissements requis pour garantir un système électrique majoritairement renouvelable ? A l’instar d’études parues en Allemagne1 et aux Etats-Unis2, il semble nécessaire pour la France d’estimer les conditions et les impacts d’une intégration massive d ’EnR, afin de préciser et de quantifier son plan de transition énergétique, dans un contexte où il semble communément admis que, vis-à-vis des perspectives économiques actuelles, le coût de la transition énergétique serait inabordable pour notre société.

Quelle serait alors la place du nucléaire en 2050 ? Disposerons-nous des moyens de stockage permettant de palier les problèmes d’intermittence dans la production d’EnR ? Quel sera l’ordre de mérite à respecter dans l’appel des moyens de production ? Faut-il miser sur des technologies telles la production d’électricité par géothermie, ou par énergies océaniques dont l’efficacité reste à prouver ?

Chaque scénario apporte des réponses différentes en termes de répartition géographique des moyens de production, d’impact sur le coût de l’électricité pour le consommateur, de dimensionnement du réseau de transport et des interconnexions transfrontalières, des besoins en moyens d’équilibrage3 et en services système4, etc.

Plusieurs problématiques sont alors à considérer :

Les sources d’électricité renouvelable sont fluctuantes et météo-dépendantes. La sécurité d’approvisionnement et l’équilibre offre-demande seront-ils assurés tout au long de l’année par un système électrique basé en grande majorité sur ces énergies? Les moyens de prévision météorologiques joueront alors un rôle primordial dans un système où la production est dépendante des aléas climatiques. Cependant, d’autres moyens pourront assurer l’équilibre offre-demande : le déplacement-effacement de la demande, le stockage, les imports/exports et les moyens de production flexibles de pointe, tels que les turbines à gaz. D’ici à 2050, ces technologies se développeront considérablement.

L’implantation géographique des centres de production d’énergies renouvelables dépend d’abord de la localisation de la ressource exploitée. Or, le réseau français de transport électrique existant a été construit suivant une logique différente de la répartition géographique. Quels seraient les couts de renforcement et d’extension du réseau de transport électrique et l’impact pour le consommateur final ?

Aussi, le système électrique français est interdépendant avec ceux des pays limitrophes auxquels il est interconnecté. Or, certains phénomènes météorologiques peuvent affecter une large part de l’Europe et pourraient renforcer cette interdépendance. A l’opposé, il existe l’effet de foisonnement5 où la large répartition géographique des moyens de productions permet de minimiser l’impact sur le système électrique de phénomènes météorologiques plus locaux.

En dehors des impacts techniques, les indicateurs économiques et environnementaux (émissions de CO2, montants d’investissements requis, etc …) permettront d’évaluer la faisabilité économique et le bénéfice environnemental du système énergétique.

Alors que l’hydroélectrique a jusqu’ici été utilisé comme variable d’ajustement à la production des centrales nucléaires, moins flexibles, le mode de fonctionnement du système électrique aux horizons 2030 et 2050 sera certainement différent. La conception du marché actuel (marché à terme, marché journalier, marché infra-journalier, marché d’ajustement) ne sera plus nécessairement adaptée. Aussi, une tarification dynamique au consommateur pourrait refléter les coûts des périodes de consommation.

Plusieurs jeux d’hypothèses sur les progrès technologiques des EnR peuvent être envisagés, constituant ainsi un inventaire des technologies qui pourraient prendre place dans le système électrique d’ici à 2050 :

 

Si vous pensez que les progrès technologiques d’ici 2050 seront insignifiants

Alors nous disposerons seulement des technologies déjà commercialement disponibles. Rien de plus.

  • Production d’électricité : photovoltaïque, éolien terrestre et marin posé, hydroélectricité, énergie solaire thermodynamique à concentration, génération d’électricité à partir de bois-énergie et de biogaz, énergie nucléaire, turbines à gaz, cycles combinés, centrales à charbon.
  • Stockage : STEP6, CAES7 conventionnel, batteries stationnaires de grande énergie.
  • Efficacité énergétique et moyens d’équilibrage : déplacement-effacement de la demande dans le tertiaire et chez les industriels, cogénération, pompes à chaleur basse-températures pour le chauffage des bâtiments et possibilité d’injecter de la chaleur dans les réseaux de chaleur par effet Joule, injection de puissance réactive par les onduleurs.

 

Si votre naturel modéré vous fait penser que les progrès technologiques seront incrémentaux

Alors de nouvelles technologies feront leur apparition sur le marché :

  •  Stockage : la production d’hydrogène pour injection dans le réseau de gaz.
  • Efficacité énergétique et moyens d’équilibrage : déplacement-effacement dans le résidentiel, pompes à chaleur haute-température et haute-puissance permettant d’injecter dans les réseaux de chaleur.

 

Si vous avez confiance dans le progrès technologique

Alors, de nombreuses technologies de rupture viendront compléter les solutions actuelles :

  • Production : la production d’électricité par géothermie pour EGS8, l’éolien marin flottant, les énergies océaniques (hydroliennes, énergie houlomotrice, marémotrice), la génération d’électricité à partir de biomasse gazéifiée ou liquéfiée par pyrolyse.
  • Stockage : AA-CAES9 et SEPT10, les volants d’inertie, la méthanation de l’hydrogène pour injection dans le réseau de gaz.
  • Efficacité énergétique et moyens d’équilibrage : pilotage plus fin que celui disponible actuellement.

Le tableau énergétique de la France en 2050 résultera du croisement des nombreux scénarios à considérer pour établir un plan de transition clair et quantifié. L’élaboration du mix énergétique optimal par région et les investissements requis résulteront d’une étude qui devra modéliser, simuler et optimiser le système électrique d’ici à cet horizon lointain, complexifié par une nouvelle répartition spatiale et temporelle des moyens de production météo-dépendants. Un changement de paradigme relatif à l’exploitation du réseau et aux mécanismes de marché influencera très probablement une nouvelle méthode de tarification dynamique pour l’utilisateur final. La hauteur des prélèvements reflètera les investissements nécessaires pour étendre et renforcer le réseau de transport, ainsi que les interconnexions transfrontalières.  Enfin, dans un contexte de super-réseau européen, les investissements pourraient aller au-delà de nos frontières pour partager les coûts de renforcement du réseau d’un pays voisin, induits par la consommation électrique française.

  1. SRU – Pathways towards a 100% rentable electricity system []
  2. NREL – Renewable Energy Futures Study []
  3. ensemble des moyens permettant de compenser les déséquilibres temporaires entre demande et production : stockage,  déplacement-effacement de la demande, moyens de production flexibles, déconnexion des centrales de production EnR fluctuantes, imports-exports via les interconnexions transfrontalières, interconnexions aux autres réseaux énergétiques (gaz, chaleur et froid), injection /absorption de puissance réactive []
  4. Moyens permettant d’assurer la stabilité du, notamment ceux contribuant aux réserves primaire et secondaire. []
  5. Le foisonnement désigne le fait que les fluctuations aléatoires de la production des systèmes de production électrique fatals (tels qu’éoliennes ou panneaux photovoltaïques) sont statistiquement réduites lorsque ces productions sont injectées sur un même réseau électrique maillé. En particulier, en cas de foisonnement important, la production ne sera jamais ni nulle ni maximale. []
  6. Station de Transfert d’Energie par Pompage []
  7. Compressed Air Energy Storage : stockage d’énergie par air comprimé en cavités souterraines, avec combustion de méthane à la détente. []
  8. Enhanced Geothermal System []
  9. AA-CAES : Advanced Adiabatic Compressed Air Energy Storage : stockage d’énergie par air comprimé adiabatique avancé, c’est à dire avec récupération de la chaleur produite par la compression, stockage sépare de celle-ci et restitution à la détente, sans combustion de méthane. []
  10. Stockage de l’Energie par Pompage Thermique. En anglais Pumped Heat Energy Storage. []

3 thoughts on “Vers un système énergétique massivement renouvelable en 2050

  1. Lecture complémentaire qui peut fournir des bases sociologiques :
    Yannick Rumpala, « Formes alternatives de production énergétique et reconfigurations politiques. La sociologie des énergies alternatives comme étude des potentialités de réorganisation du collectif », dans la revue Flux 2/2013 (N° 92)

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