publiée le 8 octobre

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Dans ce dossier

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

- la feuille de calcul

- une notice technique

- note sur les valeurs numériques

- quelques enseignements que l'on peut en tirer :
 
  urgent : le coût de la PPE renouvelable pour 2023

  le coût de la contrainte "pas plus de 50% nucléaire"

  une hypothèse "sans fossile ni  nucléaire" en 2050  : un surcoût de  plusieurs dizaines de milliards d'eurso par an -

  commentaires sur l'étude de l'ADEME : "100% renouvelable"  prochainement

   question sur l'utilité des smart grids : prochainement








voir aussi le dossier sur la politique de l'électricité








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

Pourquoi publier cette feuille de calcul
une notice d'utilisation 
la feuille de calcul   
note sur les valeurs numériques
quelques résultats

Une feuille de calcul mise à votre disposition vous permet de répondre à des questions comme celles-ci

Combien ce qui suit nous obligerait-il à dépenser en plus pour pas grand chose ou pour rien du tout
   1- L'augmentation des éoliennes et du photovoltaïque prévue pour 2023 :
   2- La limite "pas plus de 50 % nucléaire "
   3- Ne pas augmenter la capacité nucléaire si l'on consomme plus d'électricité
   4- L'électricité "100% renouvelable"

Vous pouvez faire vous-même vos calculs avec vos propres hypothèss à l'aide de la  feuille de calcul publiée ici.

Cette feuille de calcul n'a pas de préjugés ; elle est parfaitement non alignée, ni pro ni anti nucléaire ; ni pro ni anti éoliennes et PV.

Avec des hypothèses qui me paraissent réalistes, les réponses que de mon côté j'ai trouvées sont dans l'ordre des points 1 à 4 ci-dessus :: 3 à 4 milliards par an ; 11 à 13 milliards d'euros par an ; 6 à 7  milliards d'euros ar an ; 40 à 50 milliards d'euros par an selon les hypothèses.

Encore une fois tout cela peut être vérifié, contesté, contredit... ou approuvé !

C'est donc un outil fort indiqué pour un débat serein et fécond.


Pourquoi cette feuille de calcul ?

Les uns nous disent qu'il est impératif, inévitable, "incontournable" de développer l'utilisation d'"électricité renouvelable", hydraulique, éoliennes, photovoltaïque (PV), biomasse. D'autres nous disent que c'est inutile et coûteux. Des chiffres sont avancés mais on a souvent du mal à savoir comment ils sont justifiés et, surtout, on est incapable de voir de quoi ils dépendent.

Il ne suffit pas de connaître les coûts de production à partir de nucléaire ou du vent ou du soleil. Par exemple, le coût du nucléaire dépend de la capacité éolienne car, lorsque le vent souffle, on est parfois amené à diminuer la production nucléaire, ce qui augente le coût complet du MWh (mégawatt.heure) nucléaire ; mais, si on décide d'arrêter l'éolienne, c'est le coût de l'éolienne qui augmente alors que, dans les deux cas, les dépenses totales sont à peu près les mêmes. Il faut donc considérer l'ensemble du système de production et calculer l'ensemble des dépenses.

Pour cela, l'informatique est bien utile. Encore faut-il que les "modèles" de simulation utilisés soient accessibles pour que chacun puisse comprendre de quoi sont faites les dépenses. La feuille de calcul proposée ici est sommaire en ceci qu'elle se fonde sur les chroniques horaires d'une seule année, l'année 2013.

Une étude précise, comme celles que font EDF ou le RTE par exemple, se fondent sur un très grand nombre de chroniques de consommation et de production éolienne et PV, d'où elles tirent moyennes et écarts-types. De plus, une étude précise regarde la gestion fine des fluctuations rapides et de la pointe non pas de la demande mais de la différence entre la demande et ce qui est produit par éoliennes et PV.  Il faut pour cela des moyens d'ajustement à la minute près et une capacité disponible suffisante. Cela n'est pas représenté par cette feuille de calcul puisque celle-ci prend en compte seulement ce qui se voit au pas horaire. Pour ce qui est de la capacité de production à partir de gaz, elle donne une indication utile, à savoir la pointe, au pas horaire, de ce qui est demandé à l’ensemble des moyens commandables sans délai (autres que le nucléaire). Pour connaître la capacité de production à partir de gaz, il faut compléter cette information par les capacités garanties des batteries, lacs et Steps et ajouter quelques GW pour tenir compte de ce que la pointe instantanée est supérieure à la pointe calculée au pas horaire sur une seule année.


Concenant les échanges avec les autres pays, l'étude indique les possibilités de production disponibles pour autre chose que la réponse à la demande française d'électricité. Cette disponibilité peut être utilisée pour produire du biocarburant par exemple, ou pour être exportée ou, à défaut, non employée (baisse de régime des réacteurs nucléaires ou écrêtement de la production éolienne et photovoltaïque). Il pourrait y avoir de l'importation lorsqu'il est nécessaire de consommer du gaz.


Cette feuille tient compte de la contrainte qui  limite l'entrée d'une production intermittente telle que l'éolien et le photovoltaïque. Cette contrainte se fait sentir lorsque la capacité nucléaire est inférieure à 40 GW. En deçà, il faut donc en tenir compte ou expliquer comment elle pourrait être levée ou allégée - ce qui a priori n'est pas impossible, mais n'est pas encore démontré sur une longue période.

Au total, cette étude sommaire fournit des ordres de grandeur et, surtout, est fort convenable pour faire des comparaisons entre plusieurs jeux d'hypothèses et pour mesurer à quel point les dépenses sont sensibles aux coûts des équipements, du gaz, du CO2, des moyens financiers, etc.

C
ette feuille de calcul est en cours de révision

1- permet à tout le monde de choisir ses hypothèses
- sur la consommation d'énergie,
- sur la composition du parc de production : nucléaire, éoliennes, photovoltaïque, gaz, ou autres (hydraulique, sources thermiques non fossiles)
- sur deux procédés de "stockage", d'une part les batteries, d'autre part la production d'hydrogène pour produire du gaz qui sera utilisé pour produire de l'électricité
- sur le déplacement de la consommation par report ou anticipation

- sur le coût des différents procédés de production et de stockage,

2- à partir de ces hypothèses, calcule
la consommation de gaz fossile et les émissions de CO2
les dépenses  par chaque moyen de production (nucléaire, éolienne, PV et gaz) et de stockage, et le total des ces dépenses

Ces dépenses sont ce que l'on dépenserait en payant chaque année, pour chaque équipement, ce que serait l'annuité constante de remboursement d'un emprunt qui aurait financé l'intégralité de l'équipement.

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.


Parmi les améliorations possibles  ; moduler la courbe de consommation en fonction des nouveaux usages ; s'appuyer sur les chroniques de production et de consommation de plusieurs années.

Toute remarque est bienvenue.












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le 25 mai 2017

Une feuille de calcul

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

Notice technique

voir ici les améiliorations apportées depuis la première publication

La feuille de calcul comprend trois parties : les données, les résultats, les calculs

Les données :

    La consommation :
    la production
         les moyens de production : capacité et efficacité ; capacités de production garanties à partir des lacs de montagne.
         les moyens utilisés pour que la fourniture réponde exactement à la demande : Steps, batterie, déplacement de consommation, production d’hydrogène pour faire du méthane (la méthanation) puis de l’électricité ; le déplacement de consommation est traité comme une batterie de rendement 1 ; pour chaque moyen, la puissance maximale de charge et de décharge. Le modèle calcule la pointe vue au pas horaire. Quant à la capacité garantie par les lacs, les Steps, les batteries et les reports de consommation, le modèle propose une valeur mais l'utilisateur peut aisément l'indiquer lui-même.
Pour le calcul de la capacité de production à partir d'énergie fossile, dans la version du modèle publiée, on a choisi de procéder ainsi : l'utilisateur introduit le taux de charge minimum des éoliennes ; la feuille de calcul indique le minimum de puissance des fleuves pendant l'hiver. Elle peut alors calculer une puissance garantie par tous les moyens hors la production à partir d'énergie fossile. On ajoute une marge de précatuion pour tenir compte de la variabilité interannuelle.
        

Les résultats

          Les quantités : notamment la production d’électricité à partir de gaz fossile
                                                     La capacité de production à partir de gaz et la capacité à partir de moyen d '"extrême pointe" ne fonctionnant que quelques dizaines d'heures par an.
                                                     Les possibilités de production d’électricité non employées
          Le dépenses : notamment
                                                 Dépenses brutes
                                                     sans tenir compte ou en tenant compte d’un coût du CO2 émis
                                                 Valorisation des possibilités de production non utilisées
          Autres conséquences  pour mémoire ; consommation de matériau, d’espace, pollutions

Les calculs
           Les dépenses
           Les chroniques horaires et les totaux sur une année
                   Consommation et quantités mises sur le réseau pour la consommation
                   Production par moyen de production : éolien, PV, nucléaire
                   Production par les autres moyens : ensemble : hydraulique de barrage, déstockage, gaz
                   Etude de la pointe de production de cet ensemble
                   Quantités en stock (Steps, batteries, retard de consommation) : pour le calcul, ce moyen, en charge ou décharge, a la priorité sur la production d’hydrogène ou la production à partir de gaz
                   Quantités mises en stock ou déstockées
                   Quantités consommées par l’électrolyseur.
                   Pointe de la puissance demandée à l'ensemble lacs de montagne, Steps, batteries, reports de consommation, gaz - au pas horaire.

 
Quelques commentaires

La consommation

L’utilisateur a le choix entre deux modalités : il peut indiquer la consommation totale dans l’année ; alors la consommation a le même profil horaire qu’en 2013. Ou bien, en référence à l’année 2013, il donne un coefficient multiplicateur pour six mois chauds et un autre pour six mois frais.
A la consommation finale, on ajoute les pertes en ligne et la consommation des auxiliaires.
Le calcul de la consommation est présenté plus bas (paragraphe : les calculs).

Les moyens de production

- Le nucléaire : introduire
    la capacité installée
    Le coefficient de disponibilité technique : il peut varier dans l’année pour tenir compte de ce que les arrêts techniques seront faits plutôt en été qu’en hiver : on introduit donc une valeur moyenne et une valeur maximum. Il s’agit d’une variation sinusoïdale qui passe par un maximum le 1er janvier.
    Une puissance minimum et des limites de flexibilité : variation de la puissance d’une heure à la suivante, exprimée en pourcentage de la capacité installée.

- L’éolien, le PV  : introduire
    - La capacité installée
    - Combien d'heures par an les éoliennes fonctionneraient à pleine charge pour produire ce qu'elles produisent effectivement ; le tableur calcule le taux de charge ; pour l’éolien, introduire une valeur moyenne pour l’ensemble du parc ; pour le PV, introduire aussi le pourcentage sur toiture
    - Le taux de charge minimum pour calculer une puissance garantie, à distinguer du minimum réel supposant que le profil de production est le même qu'en 2013
    - La contrainte de réseau, trois options  : pour ne pas créer de risque sur le fonctionnement du réseau électrique, la part d'électricité intermittente sur le réseau doit rester à tout instant inférieure à une certaine limite. Il se peut qu'à l'avenir cette limite technique soit repoussée mais cela n'est pas assuré. Le modèle propose donc de choisir entre trois options : ou bien la limite est au niveau actuel, ou bien elle est complètement effacée, ou bien elle est seulement repoussée.
- L’hydraulique de fleuve : introduire la production annuelle ; le modèle calcule la puissance minimale pendant l'hiver
- L’hydraulique de montagne : introduire la production totale annuelle et la puissance garantie. Il n'est pas possible ici de simuler ce que serait une gestion fine de l'eau des lacs. Pour contourner cette difficulté, le modèle propose deux options : ou bien la production des lacs est, heure par heure, semblable à celle de 2013. Ou bien la gestion de l'eau est libre dans la limite de la production annuelle introduite comme donnée (cela signifie que l'on n'est pas contraint par la limite de capacité des lacs). La réalité se situe entre les deux.
- Production thermique à partir de sources renouvelables : introduire la production annuelle.
- Capacité de production avec les moyens d'extrême pointe : on distingue la capacité d'extrême pointe vue au pas horaire de l'année et une marge de précaution

Les moyens pour ajuster fourniture et demande
- batteries, Step : introduire pour chacun la capacité en GWh, le rendement, la quantité en stock en début d’année, le temps minimum de charge ou de décharge, en heures.
- déplacements de consommation : introduire la quantité de consommation que les consommateurs acceptent de reporter ou d'anticiper avant que ces déplacements soient compensés ; par exemple si l'on suppose que 10 millions de consommateurs acceptent de repousser ou d'anticiper de 3 heures une consommation de 3 kW, cela fait 90 GWh. Introduire également le rendement de ces déplacements et le temps minimum qu'il faut pour atteindre le report maxmum de consommation.
 - Production d’hydrogène pour faire du gaz puis de l’électricité : introduire la capacité de l’électrolyseur en GW entrant et le rendement du processus complet.
- Effacement définitif : introduire la capacité maximum et aussi le montant d’une prime pour un engagement pluriannuel et d’une somme par MWh effectivement effacé.
- Les capacités garanties : la feuille fait une proposition de capacité garantie par les lacs et les moyens de stockage ; cette dernière est calculée à partir des capacités des batteries,
des reports de consommation et des Steps (au minimum 20 h pour les Steps). La capacité garantie par le nucléaire est calculée avec le coefficient de disponibilité maximum. La puissance garantie par les éoliennes est indiquée par un coefficient s'appliquant à la puissance installée. Celle des fleuves est la puissance minimale pendant l'hiver. Celle des sources thermiques non renouvelables est la "puissance moyenne" (production annuelle divisée par 8760 heures)
- La capacité de précaution : elle tient compte de la variabilité des la consommation d'une année à l'autre et, d'autre part, de la différence entre le besoin maximum ponctuel et le maximum du besoin vu au pas horaire

La capacité de production à partir de gaz et des moyens d'extrême pointe
Elle est calculée comme la différence entre ce qui est mis sur le réseau pour répondre à la demande et la somme des capacités garanties par le nucléaire, l'éolien, les fleuves, les sources thermiques non renouvelables, les Steps, le déstockage, les déplacements de consommation et l'effacement définitif.
Cette capacité est faite de CCG et d'autres moyens : TAC, groupes électrogènes. L'utilisateur de la feuille introduit la capacité par TAC et autres ; la feuille calcule la capacité des CCG.

Autre façon d'évaluer la capacité de production à partir de gaz : on calcule la pointe, vue au pas horaire, de ce qui est demandé à l'ensemble des moyens, autres que le nucléaire qui sont pilotables : Steps, batteries, report de consommation, lacs de montagne (si l'on a choisi l'option selon laquelle la gestion des lacs est libre de contraintes).
Pour connaître la capacité de production à partir de moyens de production à partir de gaz  autres que les moyens d'extrême pointe, on en retire d'une part les capacités garanties à partir des reports de consommation, Steps, batteries et lacs de montagne et, d'autre part, une partie correspondant à l'extrême pointe vue au pas horaire.
La capacité d'extrême pointe est la somme de la partie d'extrême pointe vue au pas horaire et d'une marge de précaution car la pointe extrême est supérieure à ce que l'on observe au pas horaire et, de plus, sur une longue période, elle est supérieure à ce que l'on observe sur un an.  La pointe extrême est très fine. Les moyens de pointe sont des TAC et des groupes électrogènes. Ceux-ci peuvent être localisés chez les consommateurs ; on peut les traiter comme des moyens de pointe ou comme des moyens d'effacement définitif.

Les coûts
- Nucléaire, éolien, PV sur le sol, PV en toiture, méthanation, gaz CCG, autres moyens à partir d'énergie fossile (TAC et autres) : introduire le montant de l’investissement par kW installé (pour la méthanation, par kW entrant), la durée de vie, les frais fixes annuels et les frais variables
- Pour Steps, batteries, déplacement de consommation introduire le montant de l’investissement par kWh, la durée de vie et les dépenses de fonctionnement.

La valorisation de l’excédent : en €/MWh
Le coût du CO2 : en €/tCO2.


Les calculs

En quantité

Les chroniques horaires colonne par colonne

La consommation finale et les productions sont calculées à partir des chroniques horaires de 2013 données par RTE. Ces chroniques donnent les productions par moyen de production y compris ce qui est produit par les Steps. En retirant ce qui est pompé par les Steps et le bilan net des échanges extérieurs, ces chroniques donnent heure par heure ce qui est mis sur le réseau pour la consommation, y compris les pertes en ligne et ce qui est consommé par les auxiliaires. On en retire donc les pertes en ligne et la consommation des auxiliaires pour connaître la consommation finale.

- la consommation finale simulée avec un coefficient multiplicateur : selon le choix de l'utilisateur, la feuille calcule à partir de la consommation annuelle un coefficient multiplicateur unique, ou bien elle utilise, heure par heure, les coefficients multiplicateurs introduits par l'utilisateur. La consommation totale est la somme des consommations horaires.
- quantités destinées directement à la consommation finale (y compris les pertes en ligne) et aux auxiliaires : quantité Q.

- les productions de base mises sur le réseau : ce sont les productions à partir de fleuve, de sources thermiques non fossiles et aussi les productions à partir des lacs si l'utilisateur a choisi comme option que celle-ci est proportionnelle à celles de 2013

- l'éolien et le photovoltaïque
    - possibilité de production éolienne : proportionnelle à la production de 2013 dans un rapport qui tient compte de la capacité installée et de l’efficacité des éoliennes
    - possibilité de production PV : comme pour l’éolien
    - possibilité de mise sur le réseau de éolien et PV : c'est la possibilité de production limitée par le coefficient qui limite la part des intermittentes sur le réseau. Ce coefficient est calculé heure par heure
    - quantités effectivement mises sur le réseau : dans la limite de la possibilité de mise sur le réseau, c'est la  consommation (augmentée des pertes de réseau et de la consommation des auxiliaires) diminuée des productions de base et de la quantité nucléaire mise sur le réseau, calculée comme dit ci-dessous).
    - la répartion de la production éolienne  : deux colonnes permettent de calculer le nombre d'ehurs de fonctionnement et la quantité produite lorsque la puissance est supérieure à une certaine valeur. Cela permet de connaître la puissance garantie par les éoliennes sauf un certain nombre d'heure par an.

- production nucléaire destinée directement à la consommation finale et aux auxiliaires
    Elle est calculée en plusieurs temps.
     1- la capacité maximum compte tenu du coefficient technique de disponibilité. Celui-ci est modulé au cours de l'année.
     2- la capacité mise sur le réseau est limitée par la différence entre la consommation et les quantités d'éolienne et de PV pouvant être mises sur le réseau ; mais elle doit respecter des limites de flexibilité et doit être supérieure à un minimum.

- Les possibilités de production de base, nucléaire, éolienne et PV non utilisées directement par la consommation : colonne N
- Les besoins de la consommation non couverts par les productions de base et par ce qui peut être mis sur le réseau de la production d'éolienne, de photovoltaïque et  de nucléaire : colonne O
- Les mêmes diminués de l'effacement définitif de la consommation.

Il peut y avoir à la fois excès de possibilité de production à partir de moyens de base, de l'éolien, du PV et du nucléaire et insuffisance de mise sur le réseau à partir de ces moyens. Dans ce cas, l'excès est mis en stock et l'insuffisance est comblée par un déstockage et par une production à partir de gaz - et aussi par l'eau des lacs si celle-ci n'est pas considérée comme un moyen de base (selon option choiusie par l'utilisateur). Le débit de mise en stock ou de déstockage est limité.

Le stockage, le déstockage, la consommation pour produire de l'hydrogène
Les Steps, les batteries et les déplacements de consommation sont considérés ensemble. Tant pour le stockage que pour le déstockage, ils sont utilisés en priorité sur la production d'hydrogène ou la consommation de gaz. Les variations d'une heure à l'autre des quantités en stock respectent les limites de puissance de charge et décharge. On calcule donc ce qui est mis en stock et ce qui est déstocké . Au cours d'une même heure, il peut y avoir à la fois stockage et déstockage, dans la limite de la capacité des moyens de stockage (on suppose, pour le respect de cette limite, que, chaque heure, la mise en stock se fait avant le déstockage). Physiquement, stockage et déstockage peuvent être séparés temporellement dans la même heure ou géographiquement. Par exemple : la production depuis le lieu de production ne peut pas s'écouler complètement ; elle est stockée sur place alors qu'ailleurs un défaut d'approvisionnement peut être compensé par un report de consommation, qui sera lui-même compensé lorsque la production stockée pourra être acheminée.

Les possibilités de production non utilisées directement pour la consommation et non mises en stock sont consommées par l'électrolyseur dans la limite de sa capacité.

Les capacités garanties  et la production à partir d'énergie fossile:
La feuille calcule la somme des capacités garanties par le nucléaire, les éoliennes, les fleuves, les lacs, les déstockages, les reports de consommation, les effacements définitifs. La capacité de production à partir d'énergie fossile est la différence entre d'une part la pointe de consommation augmentée de la marge de précaution et d'autre part la somme des capacités garanties.
La capacité à partir des moyens de pointe est introduite par l'utilisateur. La feuille calcule la capacité àpartir de CCG

 
 
Les dépenses
Introduire ici le taux d’actualisation.

- Pour nucléaire, éolien, PV sur sol, PV sur toiture, déplacement de consommation, batteries, électrolyse et méthanation et production à partir de CCG ou de moyens de pointe, on calcule le montant de l’investissement, une annuité constante représentant ce montant, les frais fixes annuels, les frais variables et les dépenses totales. La production à partir de gaz (fossile ou manufacturé) complète ce qui est fourni par les autres moyens. On ne distingue pas un moyen spécifique pour l'hyperpointe de quelques GW pour quelques dizaines de GWh.
- Le coût du MWh par moyen de production : cela n’a guère d’intérêt : pour chaque moyen de production ou de stockage on peut calculer un coût au MWh : pour le nucléaire, le montant des dépenses rapporté à la production nucléaire directement consommée, pour éolien et PV, le montant des dépenses rapporté aux possibilités de production. Le coût au MWh de la méthanation aide à calibrer la capacité de l’électrolyseur.
 
Note concernant le nucléaire :
pour le nouveau nucléaire, on calcule le coût total, y compris l'investissement initial, les futrus travausx de jouvence et le démantèlement. Pour le nucléaire exsitant on retient seulement les dépenses futures et une durée de vie de 10 ou 20 ans.

Les résultats

Les quantités produites, stockées, déstockées

La feuille de calcul donne les résultats suivants

- Nucléaire :
      les quantités directement destinées à la consommation finale
      les quantités pouvant être stockées, ou consommées pour produire de l’hydrogène, ou  exportées ou non valorisées
- Eoliennes et PV : les quantités directement consommées ou excédentaires

Les quantités qui ont été mises en stock – y compris la récupération des consommations retardées
Les quantités déstockées -  y compris les reports de consommation,

Lorsqu'il y a à la fois stockage et déstockage, on ne diminue pas les premières des seconde ou l'inverse. On suppose qu'il y a effectivement stockage d'une part, déstockage de l'autre, dans la limite des puissances maximum.
Les quantités consommées pour la production de gaz
La production de gaz en tenant compte du rendement de méthanation.

La production à partir de gaz : c’est la différence entre, d’une part, la somme de l’appel à l’ensemble hydraulique de barrage (selon l'option choisie pour la gestion des lacs), déstockage, reports de consommation, et gaz et, d’autre part, la somme des productions à partir d’hydraulique de barrage (selon option)  des moyens de stockage et des reports de consommation : on connaît chacune de ces ces grandeurs non pas heure par heure mais en total annuel.

La capacité de production à partir de gaz CCG : le modèle la calcule avec des données introduites par l’utilisateur de la feuille. C’est la pointe de la puissance demandée diminuée de l'ensemble des puissances garanties et de la capacité de pointe.

La capacité de pointe : elle est introduite par l'utilisateur

            Deux résultats importants :

-          La quantité d’électricité produite à partir de gaz fossile : c’est la différence entre la production à partir de gaz et la production à partir de gaz de méthanation.

       -          Les possibilités de production non utilisées, directement ou non, pour la consommation finale.

Il est utile de noter les résultats selon les deux options sur la gestion des lacs (calquée sur 2013 ou libre de contrainte). Lorsque l'on compare deux jeux d'hypothèses, le résultat de la comparaison est à peu près le même avec les deux options.

Les dépenses

Dépenses avec ou sans un coût du CO2
Dépenses avec ou sans valorisation des excédents
Ces dépenses, qui n’incluent pas les dépenses de production à partir d’hydraulique ou de sources thermiques non fossiles, sont rapportées à la quantité consommée diminuée de ces productions.

Autres conséquences de la production d’électricité

Pour mémoire :

   consommation d’espace
   consommation de matériaux : béton, cuivre, terres rares, etc.
   pollution notamment dans le processus de production des matériaux

 

Les modifications apportées à une première version

- 13 octobre : on modifie le calcul de la capacité de production à partir d'énergie fossile : au lieu de la calculer àpartir de la puissance demandée à l'ensemble "lacs, gaz et désotckage" on la calcule comme la différence entre la consommation et l'a somme des puissances garanties par "ncléaire, fleuves, lacs, sourcs thermiques renouvelables, Steps, autres déstockage, effacemet définitif, éoliennes".
- 08 octobre : on distingue une "pointe extrême", qui est servie par des moyens spécifiques dont le coût d'investissement est inférieur à celui de la production à partir de gaz. Cette capacité d'extrême pointe est la somme d'une partie de la pointe vue au pas horaire et d'une marge de pécatuion pour ternir compte du fait que la pointe instantanée est supérieure à la pointe vue au pas horaire. On a donc ajouté des cases pour introduire ces paramètres.
- 29 septembre : on a différencié les temps de charge et de décharge des battries et des Steps et l'équivalent pour les reports de consommation (c'est à dire le temps pour que le report de consommation, en cas de besoin, atteigne son maximum). Les résultats, c'est-à-dire en particulier la production à partir de gaz fossile et le montant des dépenses, sont assez sensibles à ce "temps de décharge". Pour calculer la capacité de la production à partir de gaz, les capacités garanties sont proposées par la feuille de calcul ; l'utilisateur peut les corriger en introduisant une "marge de sécurité".

- 26 septembre : on a introduit une limite de puissance de charge et de décharge de l'ensemble formé par les Steps, les batteries et les possibilités de déplacement de consommation.
- 23 septembre on a introduit dans cette feuille de calcul une contrainte technique :  pour que la stabilité du réseau soit assurée, la pénétration des intermittentes sur le réseau doit être inférieure à un certaine limite. Cette limite fait sentir ses effets lorsque l'on envisage de diminuer la capacité nucléaire en deçà de 40 GW. Il faut donc la prendre en compte. Cela conduit à calculer différemment les quantités mises en stock et déstockées puisque il arrive que pendant une même heure on voie à la fois une mise en stock et un déstockage. De plus, pour simplifier la lecture du logiciel, on a regroupé les "productions de base", c'est-à-dire les fleuves, les sources thermiques non fossiles et éventuellement, selon l'option choisie par l'utilisateur pour la gestion de l'eau, l'eau des lacs.
- le 6 septembre : une erreur sans conséquences a été corrigée : ce que le RTE appelle consommation est en réalité la quantité mise sur le réseau pour la consommation finale et non la consommation finale elle-même ; la différence est faite des pertes en lignes et de la consommation des auxiliaires.
J'ai introduit une deuxième façon de gérer l'eau des lacs : dans la version initiale, la gestion des lacs est  libre de contraintes, c'est à dire que  l'on n'est pas limité par la capacité des lacs ; selon la deuxième option, la quantité fournie par les lacs est, chaque heure, proportionnelle à celle de 2013. La production des lcs s'assimile alors à une "production en base", ce que, dans la réalité, elle n'est évidemment pas. La réalité se trouve donc entre les deux.
- le 2 septembre : la présentation est modifiée pour être plus claire : les données à introduire sont regroupées ; les résultats également..
Le coefficient technique de disponibilité du nucléaire est modulé selon la saison ; l'effet de la modulation est faible .
photovoltaïque : l'utilisateur introduit la capacité totale et le pourcentage installé sur le sol, ce qui permet de calculer le coût du PV
La feuille de calcul mentionne pour mémoire les autres effets de la production d'électricité : consommation de matériaux, pollutions - à compléter ultérieurement
- le 17 juillet : le calcul de la capacité de production à partir de gaz est modifié. Les puissances garanties par les  Steps, lacs, batterie et effacement ne sont pas calculées ; elles sont introduites par l'utilisateur.
- le 10 juillet : comme l'on parle beaucoup de stockage par batteries et de déplacement de la demande pour s'adapter à l'offre, et comme ces deux moyens (qui se ressemblent) ont des coûts très différents, il est commode de les distinguer alors que la version précédente les confondait.
- à la date du 7 juillet 2017
  : les STEP sont considérées comme des moyens de stockage  ; comme les batteries, c'est un moyen dont la capacité en GWh est limitée ; mais, lorsque les Steps existent déjà, leur coût est à peu près nul. Dans une autre version j'ai introduit une puissance maximum de charge et une autre de décharge des batteries et STEPs. C'est une complication  inutile car ces limites ont très peu d'incidence sur le résultat ; je n'ai donc pas publié cette version.
- une note sur les valeurs numériques


Note sur les valeurs numériques : rendements, coûts

Toutes les valeurs peuvent être modifiées par l'utilisateur de la feuille de calcul.
Voici quelques commentaires sur les valeurs utilisées dans la version de cette feuille de calcul telle qu'elle est publiée

Le taux d'actualisation

Les entreprises, les investisseurs et les banques utilisent souvent un taux de 8 % ou plus élevé. Du point de vue de la société en général, le Plan a recommandé 4 %. L'ADEME fait ses calculs avec un taux de 5,25%. La différence avec 8 % peut s'expliquer au moins en partie par le fait que ce taux de 8 % incorpore le coût du risque (y compris le "risque de la régulation" !). Pour évaluer ce que seraient les prix et les dépenses pour le consommateurs, un taux de 8 % peut être retenu. Pour le choix d'une politique, il vaut mieux retenir 5 %.  Pour le calcul des provisions destinées à financer des dépenses d'investissement futures, il vaut mieux prendre 2 à 3 %.

Les batteries et les Steps : les consommations anticipées ou différées

Le rendement de la cellule elle-même approche 95 % ; le rendement du système est nécessairement inférieur. Le rendement des Steps est inférieur, lorsqu'on l'observe au pas horaire. Dans la feuille publiée, on propose 80 % pour les batteries et 70%  pour les Steps.
Les limites de puissance de charge ou de décharge : elle sont exprimées en heures de décharge ou de charge complète. Pour les Steps, aujourd'hui la puissance maximule de décharge est de 20 heures environ.
Le coût des batteries diminue mais on ne prévoit pas qu'il puisse descendre en dessus de 150 €/kWh. On retient ici, comme coût, une fois installées,  200 €/kWh.

Le coût des consommations anticipées ou différées est difficile à évaluer. Pour les chauffe-eau, si l'investissement est supérieur à celui d'un chauffe-eau au gaz de 500 euros pour 3 kW pendant 3 heures, cela fait 55 €/kWh. Lorsqu'il s'agit de reporter l'utilisation d'un lave-linge, on peut estimer que le rendement est de 1 et que le coût est nul, à moins que le consommateur ait donné son accord moyennant une prime annuelle.

La production d'électricité par méthanation :

cf. Georges Sapy au 3ème séminaire sciences et énergie de l'école de physique.
          les rendements 
 - aujourd'hui les rendements sont les suivants : électrolyse : 65% :; production de méthane : 65 % ; production d'électricité à partir de de méthane, par des CCGT : 60 % soit, en tout 25 %. Ce taux est peut-être optimiste car on ne connaît pas encore de pratique industrielle
- Ce que l'on peut espérer : électrolyse : 85 % ; méthanation : 80 % ; CCGT : 60 % ; soit, en tout : 40 % - c'est théorique et cela ne tient pas compte de certaines opérations telles que le stockage (dont la compression).

           les coûts
Les investissements :  pour l'électrolyseur 1000 € par kW entrant ; pour la production de méthane : 1000 € par kW entrant dans le réacteur. Exprimé en €/kW de puissance électrique entrant dans l'électrolyseur, l'investissement est proche de 1700 €.kW quel que soit le rendement. Soit selon le rendement.du processus (électrolyse, production de méthane, production d'électricité) 4500 à 6600 €/kW d'électricité sortant du processus.

La capacité des réservoirs hauts des Steps
On retient ici une contenance équivalant à 100 GWh soit 90 GWh en électricité restituée.

Les éoliennes
Le montant de l'investissement : aujourd'hui 1800 €//kW sur terre ; cible possible en mer : 3600 €/kW. Pour représener un parc fait d'éoliennes sur terre et en mer, on introduit une donnée moyenne.  De même pour le coefficient de charge, qui peut évoluer dans le temps.
La puissance garantie par les éoliennes : selon les chroniques horaires de 2013,  la puissance garantie à 3 heures par an près est de 1% de la puissance installée. C'est beaucoup moins que ce qui s'écrit pafois.

La production à partir d'énegie fossile
On distingue les CCG et les moyens de pointe. Pour les CCG l'investissement est ici compté pour 1100 €/kW. Les moyens de pointe sont des TACs et d'autres moyens comme les groupes électrogènes. Une TAC coûte 700 €/kW. Quant aux dépenses d'énergie, on a supposé que tout est consommé par les CCG - les dépenses réelles sont légèrement supérieures car le rendement des moyens de pointe est plus faible ; mais les quantités en cause sont de quelques TWh seulement. On suppose ici que le coût du gaz est de 20 € par MWh thermique.

Le nucléaire
Une feuille de calcul publiée sur ce site permet d'évaluer le coût du nucléaire en fonction de l'investissement de départ, des dépenses de  jouvance, des dépenses de démantèlement, de gestion des déchets, etc. Une fois inscrit le montant de l'investissement, pour connaître le coût de production "en ruban" il suffit de supposer que la capacité nucléaire est très faible (faire attention alors à ce que la capacité minimum soit ramenée à zéro). Ici, avec un investissement de 5000 €/kW, on propose un jeu d'hypothèses qui conduit à un coût de production de 78 €/MWh si le taux d'intérêt est de 8 %, 61 €/MWh si le taux est de 5 %. Le coût de production avec les réacteurs actuels, y compris les dépenses "post Fukushima" prend en compte les dépenses futures, environ 1000 €/kW pour une durée de vie de 10 ou 20 ans.





 



















Electricité intermittente et stabilité du réseau : pour des raisons de stabilité, le réseau électrique ne peut pas recevoir plus d'un certain pourcentage d'éolien et de photovoltaïque. Cette feuille de calcul ne tient pas compte de cette contrainte, que les ingénieurs cherchent à lever ou, du moins, à repousser.  Pour la France métroploitaine, aujourd'hui, elle ne ferait sentir ses effets que si la capacité nucléaire était inférieure à 40 GW. Les simulations qui supposent que la capacité nucléaire est inférieure donnent donc un résultat qui est plous favorable à l'éolien et au PV que la réalité. En deçà de 40 GW nucléaire, cette contrainte de réseau, telle qu'ele est aujourd'hui, se ferait lourdement sentir. C'est pourquoi elle est introduite dans une autre feuille de calcul où l'utilisateur a le choix entre trois options : pas de contrainte réseau, la contrainte telle qu'elle est aujoud'hui et une situation intermédiaire.

Les différences avec la feuille de calcul simplifiée qui ne tient pas compte de cette contrainte de réseau
La contrainte de réseau : le taux maximum d'intermittentes ne doit dépasser à aucun instant une limite qui, elle-même, dépend du taux d'utilisation du réseau. On exprime cela par une formule linéaire. Trois options sont proposées. L'une d'entre elles représente la contrainte telle qu'elle est connue par les praticiens aujourd'hui ; une autre suppose qu'il n'y a pas de contrainte et une autre suppose que la contrainte est allégée. Cela apparaît clairement sur la feuille de calcul.
Une colonne de calculs donne, pour chaque heure, le maximum de capacité éolienne et PV pouvant circuler sur le réseau, compt tenu de la capacité installée. Une autre indique la puissance effective en tenant compte des productions qui passent "avant" éolien et PV à savoir l'hydraulique de fleuves, le thermique renouvelable, la puissance minimale de nucléaire (en tenant compte de la flexibilité du nucléaire) et (selon option)  l'hydraulique de lacs. On calcule ensuite d'un part la possibilité de production (capacité éolienne, capacité nucléaire, etc.) et d'autre part ce qui est mis sur le réseau pour la consommation par tous moyens sauf le gaz, le déstockage et selon l'option choisie pour la gestion de l'eau, les lacs. La différence ira dans les moyens de sotckage (y compris la compensation des consommations reportées), dans l'électyrolyseur ou sera exrêtée. Certaines heures il peut y avoir à la fois surabondance de possibilité de production éolienne, PV, hydraulique, sources thermiques renouvelables et insuffisance de mise sur le réseau compte tenu des contraintes de réseau. Alors on suppose que les capacités de stockage (Steps, batteries et report de consommation) en prennent le maximum et qu'en même temps elles restituent  ce qu'elles peuvent. Il faut donc noter ce qu'elles restituent et aussi leur consommation avant restitution pour calculer ce qu'il reste pour l'électrolyseur. Et l'on fait attention à prendre en compte le rendement de stockage déstockage.
Cela valait la peine de tenter cette simulation car les résultatas sont spectaculaires : il est irresponable d'évoquer le remplacement du nucléaire ou de tout autre moyen de production pilotable  par des éoliennes et PV sans avoir fait ce genre de calculs.