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quelques
particularités de cet outil de simulation
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Quelques résultats
depuis avril 2021
l'outil de simulation réplique la production d'hydrogène
"en base moins la pointe" et quand l'électrolyse 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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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
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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.
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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 .
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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 annuelle ; il faut faire une 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 de 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 permet d'évaluer deux des services rendus par le stockage et la flexibilité
de la consommation et de la production hydraulique : 1- mieux
utiliser les possibilités de production qui, sans les stockages, seraient
excédentaires donc peut-être 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'électricité :
consommation finale et consommation pour produire de l’hydrogène,
- 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 plusieurs moyens de « flexibilité » :
d’une part l’ensemble formé 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 ; SimelSP3 peut aussi
représenter l’effacement de consommation, par exemple en remplaçant l’électricité
par une autre forme d’énergie qui se stocke, comme avec une chauffage ou des
véhicules hybrides.
- 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 de 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 une 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
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 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 système 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 propose 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 règlements 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 maintiennent 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'électricité que le fournissent s'engage à livrer ou bien est
obligé de produire et une autre forme d'électricité qui est mise à
disposition sans engagement du fournisseur.
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'électricité.
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 chaleur 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 hydraulique
se mesure par l'écart de la production horaire à la moyenne glissante de la
production 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 limite
minimale sans dispositif spécifique et de combien un dispositif spécifique
permet de la diminuer : 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 production
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'utilisateur.
-
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'électricité, 6- les
possibilités abandonnées.
Les variations heure par heure de la production nucléaire : le nombre de fois
où l'augmentation 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 précédente.
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 nucléaire 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 flexibilité 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
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 parmi plusieurs possibilités.
L'utilisateur
a le choix entre plusieurs profils de consommation horaire : option 1 : année
2013 ; option 2 : 2012 ; option 3 : le profil 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 copier-coller
d'une chronique horaire : SimelSP3
normalise la suite des productions horaires qui est ensuite multipliée 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 produisant 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 s’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. Dans chaque
usage la SimelSP3 distingue l'électricité produite à partir de
nucléaire ou bien d'éolien ou photovoltaïque en tenant compte des limites de
variations de production nucléaire d'une heure à la suivante.
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 dispositifs
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 groupes 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 flexibilité 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 une 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 une 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 une 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 la production éolienne est quasiment nulle 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 biomasse 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 introduit 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") : colonne AF 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", une 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 produire 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 besoin 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 moment où elle est consommée. Néanmoins le stockage et le
P2G2P ont des caractéristiques très différentes. Chaque moyen de stockage
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 constant : 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 hypothèses
-
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’a 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.
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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.
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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
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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 pratiqué 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
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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 pour 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 simple 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 modulation 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'utilisateur 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 lorsqu’il est nécessaire, pour
répondre à la consommation finale, de faire fonctionner des TAC ; c'est
production "en base moins 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, SimelSP
calcule les dépenses 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'hydrogène 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 correspondant 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 production ; 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 nucléaire,
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
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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 consommation
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 température) ; autre exemple : un atelier industriel qui adapte le
moment de sa consommation d'électricité à la production solaire sans
diminuer sa consommation totale.
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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 définitif ; 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.
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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 batteries et les steps 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 diminue le besoin de capacité pilotable.
Il calcule 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 nouvelle 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.
Futures versions ?
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 près 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 ; là aussi disponible à la
demande.
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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