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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 sans nucléaire" en 2050  : un surcoût de  plusieurs dizaines de milliards d'eurso par an - 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 ?

L'augmentation des éoliennes et du photovoltaïque prévue pour 2023 : cela coûterait 4 à 5 milliards par an de plus pour pas grand chose
la limite "pas plus de 50 % nucléaire " : 17 milliards par an de plus que sans cette contrainte

Selon la capacité nucléaire, les éoliennes et le photovoltaïque prévus en 2023 dans la loi de transition énergétique nous coûteront (hypothèse basse) 3,5 milliards d'euros par an de plus sans diminuer les émissions de CO2 ou 4,5  milliards de plus pour diminuer les émissions de CO2 à un coût de 400 à 800 € par tonne de CO2 évité, ce qui est énorme. De plus, d'ici 2023 l'essentiel du matériel de production éolienne ou photovoltaïque sera importé alors que, pour le nucléaire, les importations coûtent seulement quelques pourcents du coût de l'électricité produite.

Vous verrez ici comment je le calcule ; de plus, si vous voyez une erreur, vous pourrez la corriger.

Un autre résultat : combien nous coûteraient la contrainte de  "pas plus de capacité nucléaire qu'aujourd'hui" et la contrainte "pas plus de 50% nucléaire dans la consommation d'électricité" :
la première : 10 milliards d'euros par an ; la seconde 19 milliards d'euros par an : voir le détail ici.


Voici une feuille de calcul simple et accessible à tout le monde ; c'est un outil qui me paraît fort indiqué pour un débat serein et fécond.
 
Cette feuille, telle qu'elle est publiée, propose un grand nombre d'hypothèses sur les coûts, sur la consommation, etc. qui, bien sûr, peuvent être discutées - je dirai que c'est précisément dans ce but que cette feuille a été réalisée et qu'elle est publiée. Il peut aussi s'y trouver des erreurs, merci de me les faire conaître.
 

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. 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 disponibiité 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.

Néanmoins,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.

Une note à ce propos : j'ai été étonné par le coût des batteries ; cette vogue naissante pour le stockage individuel d'électricité avec des batteries, quelle que soit leur marque, serait ruineuse, même si les consommateurs ne s'en rendent pas compte.

Voici donc cette feuille de calcul qui

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 ; le déplacement de la consommation par report ou anticipation a à peu près les mêmes effets qu'une batterie
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












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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


Les améliorations apportées à une première version
- à la date du 27 mai 2017

- Pour les éoliennes, le tableau explicite ce que devrait être la durée de fonctionnement à la puissance nominale pour produire ce que l'éolienne produit en réalité
- on fait apparaître à côté de "effacement définitif", le nombre d'heures d'effacement
- 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
-  j'ai modifié les composantes du coût de la méthanation .
- une note sur les valeurs numériques

La feuille de calcul  présente deux parties :

Dans la première partie

L’utilisateur introduit les paramètres : capacités, composantes de coûts

Les résultats sont indiqués : productions, dépenses, émissions de CO2, etc.

Dans la deuxième partie

Les chroniques horaires de consommation, de production, de stockage - on inclut dans « stockage » la consommation par l’électrolyseur.

 

La première partie

            La consommation d’électricité

Elle se réfère à la consommation en 2013, heure par heure. L’utilisateur a le choix entre deux options : ou bien il introduit la consommation totale annuelle ou bien il introduit un coefficient multiplicateur à appliquer heure par heure à la consommation en 2013 – en réalité deux coefficients multiplicateurs un pour six mois « frais » (du 1er octobre au 1er avril) et l’autre pour les six mois « chauds ».

Il serait possible d'introduire des profils types selon les saisons pour tenir compte de l'évolution de le consommation.

Lignes 83 à 86 (pavé vert) il est possible de voir comment se présente la courbe de consommation de 2013 en pointe et en base. Par exemple pendant les heures où la puissance consommée est supérieure à 70 GW, la part de la consommation qui dépasse 70 GW est de 10 TWh De même, en symétrique, pour la base.

            La production directement destinée à la consommation finale

Elle est égale à la consommation augmentée des pertes en ligne et de la consommation des auxiliaires.

            Les moyens de production

Le nucléaire : on introduit la puissance nominale et un coefficient de disponibilité (qui est technique, indépendant de la consommation). La production doit être supérieure à un minimum. De plus la puissance produite peut varier en une heure à l’intérieur d’une fourchette. Le nucléaire vient "après" éolien, photovoltaïque, hydraulique de fleuve et productions à partir de sources thermiques autres que le gaz fossile (incinération des déchets, cogénération, géothermie).

L’éolien et le Photovoltaïque : on introduit la puissance installée.

Chaque heure, la quantité produite par les éoliennes ou le PV est proportionnelle à la fois à la capacité installée, au nombre d'heures à pleine puissance qui donnerait une production égale à la production réelle pendant un an. S'il y a plusieurs types d'éoliennes on intoduira  pour ce nombre d'heures un moyenne pondérée.

L’hydraulique de fleuve

On suppose que c’est la même, heure par heure, que celle de 2013

Hydraulique de lac, STEP, productions à partir d’énergie thermiques autres que le gaz : pour chacune de ces sources, on introduit le total de la production annuelle.

La production à partir de moyens thermiques autres que le gaz est supposée constante tout au long de l'année, ce qui est proche de la réalité.

            Les moyens de stockage

Ils utilisent les possibilités de production éolienne, PV et nucléaire non employées pour répondre directement à la consommation. Alors les productions à partir de gaz et d’hydraulique de montagne sont nulles. La simulation ne prend pas en compte les fluctuations infra horaires.

Les batteries : elles se chargent si elles ne sont pas déjà à pleine charge et s’il y a des possibilités de production d’électricité non employées directement pour répondre à la consommation. Elles produisent de l’électricité si elles en contiennent et si éolien, PV, nucléaire,  fleuves et sources thermiques autres que le gaz fossile ne suffisent pas. On introduit la capacité, exprimée en GWh, et le rendement. La simulation ne prend pas en considération la décharge spontanée des batteries, sinon par le rendement.

Les Steps : comme les batteries, elles se chargent si elles ne sont pas pleines. A la très grande difféence des batteries, si elles existent déjà, leur coût est à peu près nul. La capacité globale est évaluée ici à 90 GWh restitués. Les Steps fonctionnement le plus souvent  pour équlibrer le réseau à la minute ou au quart d'heure. Ce fonctionnement infra horaire n'apparaît pas dans cette simulation. D'ailleurs, en 2013 les Steps on délivré 6 TWh alors que cette simulation indique 1,4 TWh.

L’effacement temporaire, c'est-à-dire une consommation reportée ou avancée (à l'exemple des chauffe-eau) : elle peut être assimilée à une batterie qui se décharge lorsque la consommation est effacée et se recharge ensuite. Il en est ainsi en particulier des ballons d’eau chaude. La simulation ne reflète pas le fait qu'un effacement doit être compensé dans ulaps de temps de quelques heures.

La méthanation : on introduit la capacité de l’électrolyseur exprimée en GW entrant et le rendement électricité restituée/électricité consommée.

Note : la feuille de calcul ne simule pas heure par heure la production d’électricité à partir du gaz produit par méthanation. Elle se contente de considérer la production totale d'électricité à partir du gaz de méthanation. La  production àpartir de gaz fossile en tient compte.

L’effacement définitif : le consommateur diminue sa consommation d’électricité sans la reporter ; ou bien il consomme moins d’énergie ou bien il remplace l’électricité par autre chose. L'effacement définitif vient avant le recours aux lacs de montagne et avant le déstockage (y compris la production d'électricité à partir de méthane de méthanation).  Le nombre d'heures d'effacement est indiqué. En réalité le nombre d'heures d'effacement ou la quantité effacée seront inférieurs à un maximum contractuel. Ce n'est pas le cas selon cette feuille de calcul.

 
Les résultats en quantités

Les possibilités nucléaires non utilisées pour répondre directement à la consommation : elles sont disponibles pour le stockage ou d’autres usages – production de biocarburant, exportation.

Production à partir de gaz fossile

C’est la consommation diminuée de la production nucléaire, éolienne et solaire destinée directement à la consommation, de l’effacement, de la production hydraulique de fleuves, des productions à partir d’énergie thermique autres que le gaz et de l’électricité « déstockée » via les batteries, les Steps et la méthanation.

La production à partir de gaz 

Ici il s’agit de gaz fossile et de gaz de méthanation ; cette quantité est utile pour vérifier qu’il y a dans le système de production suffisamment de machines tournantes et de moyens très flexibles.

Les possibilités de production disponibles pour autre chose

Elles sont indiquées dans la case « nucléaire, éolien et PV écrêtés ». Ces possibilités non employées pour la consommation finale peuvent être utilisées pour faire du biocarburant, être exportées ou encore ne pas être utilisées.. Si elles sont valorisées, leur valeur vient en déduction des dépenses. Si la quantité d'électricité produite à partir de gaz fossile apparaît en négatif, cela peut dénoter qu'il y a une surcapacité  de production à partir de gaz de méthanation ; alors ce gaz peut être utilisé à autre chose (en quantité, exprimée en TWh thermique à peu près égale à deux fois la quantité d'électricité en TWh él).

La capacité de production à partir de gaz

Elle est calculée de façon à disposer de la puissance nécessaire dans les heures où la puissance demandée aux moyens pilotables (nucléaire, lacs de montagne, thermiques autres que le gaz et gaz) est la plus élevée. Ce calcul ne tient pas compte de ce que pourraient produire les batteries.


Les dépenses

Toutes les composantes des dépenses apparaissent clairement et peuvent être modifiée par l’utilisateur.

Pour le nucléaire on trouvera plus de détails sur la feuille de calcul ad hoc.

On a distingué PV sur sol et PV sur toiture car leurs coûts sont très différents.

On n’a pas distingué éoliennes à terre et en mer. Pour représenter un parc qui contiendrait des éoliennes à terre et en mer, on introduit les composantes de coût qui conduisent au coût de production moyen.

Les coûts au MWh sont, pour le nucléaire, des dépenses rapportées à la production destinée directement à la consommation finale, pour l’éolien et le PV des dépenses rapportées à la production totale sans écrêtement.

En réalité, la notion de coût au MWh est difficile à utiliser car il faut préciser de quels MWh on parle. De plus le coût au MWh d’un moyen de production dépend de la consommation et des capacités de production des autres moyens de production. Seules les dépenses ont un sens clair.

Les dépenses sont calculées sans tenir compte des émissions de CO2 ou en en tenant compte. Dans ce cas le coût du CO2 est de 100 €/tCO2 pour un gaz à 20 €/tep thermique, soit environ 25 €MWh, ce qui donne un gaz à 45 €/MWh th soit 90 €/MWh él.


Deuxième partie : les chroniques horaires

Une ligne  indique les totaux des colonnes de 8760 lignes. ; cette ligne des totaux se situe juste au-dessus des chroniques horaires

            Le calcul des productions par moyen

Dans un premier temps, les productions éolienne et PV sont, chaque heure, proportionnelles aux consommations et production de 2013, à leurs capacités nominales et à leur taux de charge (exprimé par un nombe d'heures) ; ce sont ici des productions avant écrêtement éventuels.

La production nucléaire est calculée en trois temps pour tenir compte, d'une part, de la consommation, de la production éolienne, PV, fleuves et sources thermiques autres que le gaz et, d'autre part, des limites techniques propres au nucléaire : la capacité, une production minimale et une limite de flexibilité.

La colonne N montre la part de la production éolienne PV et nucléaire qui sera stockée ou utilisée pour autre chose ou écrêtée.
La colonne U indique la capacité nucléaire qui n'est pas utilisée pour être directement consommée.
La quantité N et U peut être consommée par les batteries, les Steps ou l'électrolyseurs dans les limites de leurs capacités respectives.   

La colonne O montre ce qu’il faut produire, outre éolien, PV, fleuve, nucléaire et moyens thermiques autres que le gaz,  pour répondre à la demande avant effacement définitif, c’est à dire ce qu’il faut effacer de la demande ou produire avec l’hydraulique de montagne, le déstockage et le gaz fossile.

La colonne P tient compte de l’effacement définitif.

            Consommation et production du stockage et déstockage :

La capacité des batteries et des Steps est limitée en quantité. Pour en tenir compte leur niveau de charge est calculé chaque heure : c'est, dans la limite de la charge maximale, la charge de l'heure précédente augmentée de (N+U) ou diminuée de la quantité colonne O. Les quantités en stock et les quantités reçues sont exprimées en MWh d'électricité restituée.

Pour la méthanation, la limite est la puissance de l’électrolyseur. On suppose que les capacités de stockage d'hydrogène et de méthane sont suffisantes. Il suffit de calculer la consommation d'électricité chaque heure puis la consommation totale sans avoir à répartir par heure la production d’électricité à partir du gaz de méthanation. Le tout est évalué en électricité entrante. On obtient la quantité produite en multipliant l'électricité entrante par le rendement.

La production à partir de gaz fossile

Cf. plus haut comment elle est calculée. Elle n'est pas calculée heure par heure mais seulement pour l'année entière.

Les possibilités de production disponibles après avoir servi la consommation française

C'est la différence entre d'une part la somme de la capacité des éoliennes, PV et nucléaire et d'autre part  la somme des quantités destinées directement à la consommation française et entrant dans les batteries et les Step ou consommées pour faire du méthane.


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

Les batteries

Le rendement de la cellule elle-même approche 95 % ; le rendement du système est nécessairement inférieur. Dans la feuille publiée, on propose 80 % . Le coût des batteries diminue mais on ne prévoit pas qu'il puisse descendre en dessus de 150 €/kWh. On retient ici 200 €/kWh.

Les consommations anticipées ou différées
Elles jouent le même rôle que les batteries. Leur coût est difficile à évaluer. Pour les chauffe-eaau, si l'investissement est supérieur à celui d'un chaffe eau au gaz de 500 euros pour 3 kW pendant 3 heures, cela fait 55 €/kWh.

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 que l'on peut espérer : électrolyse : 85 % ; méthanation : 80 % ; CCGT : 60 % ; soit, en tout : 40 %
   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 électricité entrant dans l'électrolyseur, l'investissement est proche de 1700 €.kW quel que soit le rendement. Soit 4500 à 6600 €/kW sortant selon le rendement.
De son côté l'ADEME fait des prévisions avec un investissement de 2700 €/kW sortant. Dans les annexes de son  étude sur une production d'électricité sans nucléaire et sans énergie fossile, on lit qu'avec un taux d'actualisation de 4 %,  l'investissement coûterait 2645  M€/an pour 17 GW produit soit 156 M€//an ou 156 €/kW/an soit un investissement de 2700 €/kW produit.

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 : on propose ici 1800 €//kW sur terre, 3600 €/kW en mer ; sur la feuille publiée il est de 1800 €/kW. Pour simuler de l'off shore, il suffit de retenir un montant moyen. De même pour le coefficient de charge, qui peut évoluer dans le temps.

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 sur la feuille de calcul le montant de l'investissement, pour connaître le coût de production "en rubant" il suffit de supposer que la capacité nucléaire est très faible (attention alors 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 %. Le coût de production avec les réacteurs actuels, y compris les dépenses "post Fukushima" est très inférieur.  On peut en rendre compte en supposant que l'investissement initial est de 2500 ou 3000 €/kW.



 





Ce que nous coûterait
le programme d'implantation d'éoliennes et de photovoltaïque d'ici 2023



Ce qui a été décidé par l'ancien gouvernement conduit à des dépenses qui ne servent à rien.
Voici donc un calcul qui pourrait aider les nouveaux responsables de la politique de l'énergie en France.

Il est prévu d'augmenter la capacité  éolienne et photovoltaïque d'ici 2023. L'objectif minimum est :
     24,8 GW d'éoliennes (dont 3 en mer) pour 11,7 GW aujourd'hui
     18,2 GW de photovoltaïque pour 6,8 GW aujourd'hui.

On compare ici la situation actuelle et trois façons d'appliquer ce qui a été prévu par l'ancien gourvenement : cela permet d'évaluer combien nous coûterait la réalisation de ce programme, de combien les émissions de CO2 peuvent être diminuées ou non selon la la capacité nucléaire.

           Pour le détail, voir ci-dessous - texte sur fond bleu et la feuille de calcul.

On compare à la situation actuelle trois situations où la consommation d’électricité serait la même qu’aujourd’hui et où les capacités de production éolienne et PV seraient celles du bas de la fourchette de la PPE pour 2023.

1- la capacité nucléaire est constante à 63 GW ; on diminue donc les émissions à partir d’énergie fossile en dépensant 4,5 milliards d’euros par an de plus ; le coût du CO2 évité serait de 380 € par tonne de CO2 évité ; de plus, on produirait trop peu d’électricité à partir de sources pilotables pour stabiliser le réseau.

2- la capacité nucléaire est réduite de sorte que la production d’électricité à partir d’énergie fossile soit la même qu'aujourd'hui ; la capacité nucléaire passerait de 63 à 57,1 GW ; on ne diminuerait pas les émissions de CO2 et cela coûterait plus cher que la situation actuelle car les économies sur le nucléaire sont très faibles, comparées au coût des éoliennes et du PV. La différence de dépenses est de 3,8 milliards d’euros par an pour rien ;

3- la capacité nucléaire est ramenée, comme dans le cas précédent, à 57,1 GW et les possibilités de production d’électricité nucléaire qui ne vont pas directement vers la consommation finale servent à produire du méthane par « méthanation » ; on diminuerait les émissions de CO2 tout en produisant suffisamment d’électricité à partir de gaz, dont une partie est manufacturée. Par rapport à la situation actuelle, l’augmentation de dépenses est de 4,6 milliards d’euros par an. Le coût du CO2 évité est de 770 €/tCO2. Et la technologie de « méthanation » n’est pas encore industrialisée.

    
Ajoutons que d'ici 2020, on continuera d'importer l'essentiel de l'équipementt en éoliennes et PV alors que les réacteurs nucléaires sont produits en France et que les importations d'uranium coûtent quelquqes pourcents seulement de l'électricité produite.




Simulation de la PPE renouvelable (programmation de la production d'électricité renouvelable) à consommation constante

Elle fixe des objectifs pour 2023 de capacité olienne et photovoltaïque

Les hypothèses retenues dans la simulation :

Consommation  476 TWh  - c'est la consommation d'aujourd'hui, après corrections des fluctuations climatiques.
Pertes en ligne : 8 % ; consommation des utilitaires : 25 TWh.

Production
   Les coûts, évalués ici avec un taux d’actualisation de 8 %
            Nucléaire :
                    Le taux de disponibilité est de 84 % ; la flexibilité est plus ou moins 10 % par heure
                    Le coût du nucléaire « historique » se calcule en rapportant les dépenses futures (la maintenance et les travaux "post-Fukushima") aux productions futures : 40 à 50 €/MWh selon la durée de vie prolongée (voir le calcul ici). Le coût du nouveau nucléaire est supposé être de 80 €/MWh. Pour 2023, on retient ici 56 €/MWh. Sur la feuille de calcul on retrouve cette valeur en supposant que l’investissement initial est de 3000 €/kW.
             Photovoltaïque : 1500 €/kW  ; production annuelle équivalente à 1115 h à pleine charge ; coût : 139 €/MWh
             Eolien :    a
ujourd'hui :1800 €/kW ; production annuelle équivalente à 2030 heures à pleine charge ; 86 €/MWh
                             selon la PPE : éolien sur terre et en mer ; en tout en moyenne : 1930 €/kW ; 2170 h ; 86 €/MWh
            A partir de gaz : l’investissement est de 1100 €/kW ; les frais fixes sont de 15 €/kW/an.  Le prix du gaz est 20 €/MWh ; le rendement de 50 %  
             La méthanation : production d'hydrogène servant à produire du méthane avec lequel sera produit de l'électricité. La capacité du processus s'exprime ici par la puissance électrique pouvant être reçue par l'électrolyseur. Le montant de l'investissement est 1700 €/kW d’électricité pouvant être consommée ; le rendement est de 25%.

               Le surcoût de réseau dû à l'intermittence (sous utilisation des infrastructures, dispositifs de régulation infrahoraire...) : 20 €/MWh intermittent

On ne compte pas ici le coût de l’hydraulique.

Les capacités de production  communes à tous les cas examinés
                        Hydraulique :                              fleuves :         43 TWh ;          lacs : 16 TWh                                         
                        A partir d’énergie thermique non fossile :     5 TWh
                        Steps : une capacité de                                     90 GWh restitués.
                        Pas de batteries

La situation de référence : la situation actuelle
            Nucléaire :           63 GW
            Eolien :                 11 GW
            Photovoltaïque : 6,5 GW          
            Pas d’électrolyse pour méthanation
            Capacité de production à partir de gaz : 32 GW.

La production à partir de gaz est                                   30,8 TWh
La production à partir d’éolien et PV est                      29,5 TWh
La production nucléaire directement consommée est 413 TWh ; la possibilité de production nucléaire non utilisée est 50 TWh.

Dépenses de production et de stockage :                         33 493 millions d’euros par an.
Surcoût de dépenses de réseau dû à l'intermittence :     600 millions d'euros par an
Total  des dépenses                                                              34 093 M€/an

*** On rappelle que n'y figurent pas les dépenses de production hydraulique ou à partir de sources thermiques non fossiles. ***

Simulation de la PPE renouvelable pour 2023, bas de la fourchette : trois scénarios  avec maintien ou non  de la capacité nucléaire

         Ce qui est commune aux trois scénarios simulant l'application de la PPE renouvelable
            Eolien
: terrestre : 21,8 GW  ;  en mer 3 GW ; capacité totale : 24,8 GW            
            PV : 18,2 GW supposé ici en toiture
            Production à partir de vent et de soleil : 74 TWh, soit
            Surcoût dû à l'intermittence : 1 480 millions d'euros par an.
 
1- Maintien de la capacité nucléaire à 63 GW et diminution des émissions de CO2

Production à partir d’énergie fossile : 15,2 TWh
Emissions évitées : supposant qu’on arrête les modes de production à partir de fossile les plus émetteurs : 0,8 tCO2 par MWh, soit 12 MtCO2

Dépenses de production et de stockage:                        37 135 M€/an,
Surcroît de dépenses de réseau dû à l'intermittence  :  1480 M€/an
Total des dépenses :                                                          38 615 M€/an

Difficulté : la production à partir de gaz est insuffisante pour stabiliser le réseau : il faudrait produire davantage l'électricitée à partir de gaz, ce qui sera compensé par une augmentation des exportations décarbonées
 

2- Réduction de la capacité nucléaire à 57,5 GW sans diminuer les émissions de CO2

Ici la feuille de calcul permet de trouver ce que devrait être la capacité nucléaire.

Capacité nucléaire : 57,1 GW - soit 5,8 GW de moins que dans la situation de référence .

Les dépenses sont celles du cas précédent diminuées des économies faites sur le nucléaire
    Les économies faites sur le nucléaire
        en frais de gestion annuels :
110 €/kW/an pour 5,8 GW soit 630 M€/an
        en  dépenses proportionnelles à la production :
9 €/MWh  pour 15,7 TWh/an  soit 135 M€/an.
        En tout 765 M€/an.
Dépenses de production et de stockage :                       36 370 M€/an
Surcroît de dépenses de réseau dû à l'intermittence  :   1480 M€/an
Total des dépenses :                                                           37 850   M€ / an


3-Réduction de  la capacité nucléaire et production du méthane sans émissions de CO2
, pour diminuer les émissions de CO2

L’objectif ici est de diminuer la capacité nucléaire et de réduire les émissions de CO2 tout en produisant suffisamment d’électricité à partir de gaz.
La feuille de calcul permet de trouver la capacité d'électrolyse.

Capacité nucléaire :                                           57,1 GW
Capacité de l'électrolyse pour méthanation : 7 GW ; la production de méthane est de 7 TWh.
Production d’électricité à partir de gaz :          30 TWh (comme aujourdhui)
Les 7 TWh produits à partir de gaz manufacturé remplacent une production à partir de gaz, charbon et fioul. Ils évitent l'émissions de 6 MtCO2.

Les dépenses sont alors supérieures à la solution précédente (57,1 GW nucléaire sans électrolyse) de 882 M€. On trouve cela en comparant les dépenses indiquées par la feuille de calcul avec ou sans une capacité d'électrolyse de 7 GW.

Dépenses de production et de stockage :                       37252 M€/an
Surcroît de dépenses de réseau dû à l'intermittence  :  1480 M€/an
Total des dépenses :                                                         38732   M€ / an


Coût de la PPE renouvelable (24,8 GW éolienne et 18,2 GW PV) par rapport à la situation actuelle (11 GW éolienne et 6,5 GW PV)

Ici, le "coût" de la PPE renouvelable est l'augmentation des dépenses rendues nécessaires par l'obligation d'augmenter, par rapport à aujourd'hui, la capacité éolienne et photovoltaïque en supposant que la consommation d'électricité n'augmente pas.

Sans diminuer la capacité nucléaire et en diminuant les émissions de CO2 de 12 MtCO2/an  : 4 522 millions d'euros par an ; 380 €/tCO2 évité
En diminuant la capacité nucléaire de 5,8 GW sans diminuer les émissions de CO2 :                3 757 millions d'euros par an
En diminuant la capacité nucléaire de 5,8 GW et les émissions de CO2 de 6 MtCO2/an :           4 639 millions d'euros par an ; 770 €/tCO2 évité.















L'hypothèse "pas plus de 50 % de nucléaire" dans la consommation d'électricité

comment dépenser 19 milliards d'euros par an de plus sans produire plus d'électricité ni diminuer les émissions de CO2


Si la consommation augmente de 20 %, il serait possible de limiter la part du nucléaire dans la consommation d'électricité à 50 % en réduisant la capacité nucléaire de 63 GW (sa valeur aujourd'hui) à 51 GW et en consommant la même quantité de gaz fossile. Cela nous ferait dépenser chaque année 9 milliards d'euros de plus qu'avec 63 GW nucléaire ; ou 19 milliards de plus que sans éolienne ni photovoltaïque.

On le vérifie en quelques clics à l'aide de la feuille de calcul qui simule heure par heure la consommation d'électricité et un parc de production et de stockage d'électricité. Chacun peut y introduire ses propres hypothèses de capacité, de coût, etc.


Si la consommation d'électricité augmente de 20 % (augmentation de la population, remplacement du fioul et du gaz pour le chauffage, du carburant dans les voitures, domotique, santé, communications, etc.), elle sera de 591 TWh

Voici trois façons de limiter la production à partir de gaz fossile à 34 TWh/an

1- avec la même capacité nucléaire qu'aujourd'hui, soit 63 GW, et 55 GW d'éolien, 27,5 GW de photovoltaïque


2- pour limiter la part du nucléaire à 50 %, une capacité nucléaire réduite à 51,5 GW de nucléaire,  90 GW d'éolien, 45 GW de photovoltaïque et une capacité de production d'hydrogène 
de 12 GW qui consommera une partie de l'électricité dont on n'a pas besoin de suite pour produire de l'hydrogène qui servira à produire de l'électricité plus tard

3-
arrêter progressivement toute production éolienne et PV et augmenter la capacité nucléaire jusqu'à 82 GW et une capacité d'électrolyse de 9 GW.

On ne compte pas ici les dépenses de  production à partir d'hydraulique, de sources thermiques autres que fossile et des Steps. Ces dépenses sont les mêmes dans tous les cas.
Dans les trois hypothèses, les  émissions de CO2.sont les mêmes
Hypothèse 1 : avec la même capacité nucléaire qu'aujourd'hui : dépenses annuelles de 58,3 milliards d'euros
Hypothèse 2 : pour limiter à 50 % la part du nucléaire : dépenses annuelles de 63,3 milliards d'euros
Hypothèse : sans éoliennes ni photovoltaïque : dépenses annuelles de 53,9 milliards d'euros

Refuser l'augmentation de la capacité nucléaire coûte 4,4  milliards d'euros par an. La contraite de "50% de nucléaire" coûte, en plus, 9 milliards par an, soit au total 13 milliards d'euros par an.

Tout cela peut être vérifié, contesté et éventuellement corrigé à l'aide de cette feuille de calcul


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Les hypothèses chiffrées

Consommation : taper 2 dans L19 et 1,2 dans M21 et N 21 la consommation finale est 590,6 TWh
Données physiques communes aux scénarios
Pertes en ligne : 8 % ; auxiliaires : 25 TWh
Nucléaire : production minimum : 10 GW ; flexibilité : plus ou moins 10 % en une heure; coefficicent de disponibilité de 86%
Eolien : il sera en partie sur terre et en partie sur mer ; durée moyenne de fonctionnement  2300 h par an
PV : durée de fonctionnement : 1100 heures
Production à partir de fleuve : 43 TWh ; de lacs de montagne 16 TWh ; de sources therrmiques non fossiles : 5 TWh
Capacité des batteries : 0 GWh (elles sont beaucoup trop chères)
Pas d'effacement temporaire ni définitif
Capacité des Steps : 90 GWh d'électricité restituée
Rendement de la méthanation : 0,25
Surocût de réseau du fait de l'intermittences (sous utilisation des infrastructures, régulations infrahoraires): 20 €/MWh

Les coûts :
Taux d'actualisation : 8%
Nucléaire : investissement : 5000 €/kW ce qui donne un coût en ruban de 77 €/MWh
Eolien : coût moyen de l'investissement sur terre et en mer : 2500 €/kW ; coût de production :  moyen : 105  €/MWh
Photovoltaïque :  sur toiture :  investissement 1500 €/kW ; coût : 139 €/MWh ; sur sol : investissement : 800 €/kW, 76 €/MWh
Méthanation :  investissement 1700 € par kW consommé
production à partir de gaz : investissement 1700 €/kW ; rendement : 50% ;  coût du gaz fossile 20 €/MWh th

Les capacités de productions, les productions, les coûts et les dépenses selon les scénarios

Production à partir de gaz fossile : 33,8 TWh

Même capacité nucléaire qu'aujourd'hui : 63 GW
    
Eolien : 55,5 GW, solaire  : 27,8 GW ;  capacité d'électrolyse de 4 GW
    dépenses de production et stockage  : 61 235 M€/an
    Production éolienne et PV directement consommées : 157 TWh   ; surcoût de réseau : 3 100 M€/an
     dépenses totales :  64 335 M€/an

Pour limiter le nucléaire à 50 % :
     Nucléaire : 51 GW ; éolien : 92 GW ; PV : 46 GW ; pour la méthanation, capacité de l'électrolyseur : 12 GW ;
     La production nucléaire directement consommée est de 296 TWh ; une quantité de  8 TWh sert à produire du méthane.
    dépenses de production et stockage :           68 135 M€/an
    Production éolienne et PV directement consommées : 253 TWh   ; surcoût de réseau : 5 000 M€ /an
      dépenses totales :  73 135 M€/an

Sans éolienne ni photovoltaïque  
     
Nucléaire : 82 GW ; capacité de l'électrolyseur : 9,5 GW  dépenses : 53 899 M€/an
      Surcoût de réseau d^à l'intermittence : 0
       dépenses  totale : 53 899 M€/an

S'interdire une augmentation de la capacité nucléaire :                           dépenses supplémentaires  : 10,4 milliards d'euros par an.
Limiter la proportion de nucléaire dans la consommation  à 50%  :       dépenses supplémentaires : 19 milliards d'euros par an