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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 ?

Une feuille de calcul mise à votre disposition vous permet de répondre  

Combien dépenserons-nous en plus pour pas grand chose ou pour rien du tout :  voir  quelques résultats

         - en limitant le nuclaire à 50 %  : 7 à 10 milliards d'euros par an de plus qu'avec peu d'éoliennes et de photovoltaïque
        
          - avec 80 % d'électricité "renouvelable" :  32 milliards d'euros par an de plus qu'avec peu d'éoliennes et de photovoltaïque si la consommation d'électricité augmente d'ici 2050. Si l'on ne veut pas que la consommation d'électricité augmente, il faut ajouter de très grosses dépenses d'économie d'énergie

            Ne vaudrait-il pas mieux dépenser notre argent en cofinançant du photovoltaïque en Afrique ?

Tout cela peut être vérifié, contesté, contredit... ou approuvé !  

 
La feuille de calcul publiée ici  est donc un outil fort indiqué pour un débat serein et fécond.

Ici une notice d'utilisation simplifiée. Vous pouvez aussi y aller directement


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Pourquoi cette feuille de calcul ?

Sur les capacités, les besoins de stockage, les dépenses, 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.

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

2- à partir de ces hypothèses, il calcule
- la consommation de gaz fossile ou d'importation ; la production de gaz de synthèse pouvant être utilisé hors du système électrique.
- les possibilités de production pouvant être exportées
- les dépenses annuelles de chaque moyen de production (nucléaire, éolienne, PV et gaz) et de chaque moyen de stockage, et le total des ces dépenses

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.

On ne calcule pas ici les "coûts de l'éolien" en comparant le prix de reprise (c'est à dire le prix auquel EDF doit acheter cette électricité) au prix moyen sur le marché de l'électricité. On ne compare pas non plus le prix de reprise au coût de production du nucléaire. On calcule les dépenses de production et éventuellement de stockage du système électrique selon qu'il y a plus ou moins d'éoliennes - ou de photovoltaïque. Si l'on se contente de comparer les coûts de production de chaque moyen, le nucléaire neuf est plus coûteux que les éoliennes sur terre ou, a fortiori, plus coûteux que le photovoltaïque au sol alors que les dépenses avec plus de PV ou d'éoliennes sont supérieures à ce qu'elles sont avec moins de PV ou d'éoliennes.

Pour calculer les dépenses totales d'un  système de production et de stockage d'électricité 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 simplifiée en ceci qu'elle se fonde sur les chroniques horaires d'une seule année, l'année 2013.

Une autre version de cette feuille de calcul s'appuie sur les chroniques horaires de consommation et d'activité éolienne de chacune des années de 2012 à 2017. Les résultats d'une année à l'autre sont proches les uns des autres - sauf une pointe de consommation exceptionnelle en 2012, supérieure de 10 GW à celle de l'année 2013.

Notre outil de simulation indique heure par heure les possibilités de production 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 (en baissant de régime des réacteurs nucléaires ou en écrêtant la production éolienne et photovoltaïque). Il pourrait y avoir de l'importation lorsqu'il est nécessaire de consommer du gaz fossile.

Cette feuille 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 dépendant de la consommation, 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. Cet outil de simulation rend compte de cette contrainte.

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. - cf. une note sur les limites et la pertinence de ce modèle.



Toute remarque est bienvenue.






  Notice d'utilisation simplifiée

La consommation
Deux options : 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
          les possibilités d'effacement définitif : une capacité maximum l'hiver et une autre l'été : pendant une heure, l'effacement 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.
          les déplacements de consommation : indiquer le maximum de consommation pouvant être déplacé avant d'être compensé.

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 fonctionnnement minimum. Aujourd'hui, les limites de flexibilité ne gênent pas.
- pour l'éolien : la capacité installée, dont la capacité en mer, le facteur 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 : la puissance éolienne et photovoltaïque mise sur le réseau est limitée de façon à ce que la puissance délivrée par les machines tournantes soit supérieure à une limite minimale qui préserve la stabilité du réseau. L'utilisateur indique de combien ce minimum peut être diminué par apport d'inertie par des machines qui ne produisent pas d'électricité.
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). Si la capacité nucléaire est inférieure à un certain seuil,  les capacités de production nucléaire et à partir d'hydraulique et de biomasse ne seront pas suffisantes pour apporter l'inertie dont le réseau a besoin. Sans apport d'inertie la production minimale des machines tournantes est aujourd'hui de l'ordre de 30 GW. On suppose que ce minimum est proportionnel à la production annuelle totale.
- pour l'hydraulique, il est recommandé de ne rien changer : 60 TWh par an
La production des lacs est, à chaque heure, proportionnelle à celle de l'année 2013, ce qui rend bien compte de la modulation entre les saisons. Pour  étudier la contribution des lacs au pilotage à court terme (quelques jours), on peut utiliser une autre option - cf. plus loin au sujet de l'utilité d'une capacité de stockage complémentaire.
- pour la biomasse : on introduit la production annuelle et 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, on distingue une production en base et une production pilotable. Il est possible d'introduire la puissance modulable en vérifiant que la production modulable alors calculée correspond  ce qui a été introduit. A défaut, le logiciel calcule la puissance modulable et la puissance totale, qui influe sur les coûts.
- pour la production à partir de gaz, fossile ou de synthèse : le logiciel calcule ainsi la capacité des moyens de production à partir de gaz : le maximum de la puissance appelée est diminué des capacités garanties, qu'il calcule, et des possibilités d'effacement définitif, et il est augmenté de la marge de précaution, introduite par l'utilisateur. Sans indication contraire, le logiciel calcule lui-même la capacité des moyens de pointe (TAC et groupes électrogènes)
La somme de la capacité de pointe et de la capacité effaçable est 60 % de la somme des besoins de capacité à partir de gaz et de la capacité effaçable.
Autre option : l'utilisateur peut choisir de calculer 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.

Le stockage,  la production d'hydrogène pour faire du méthane puis de l'électricité, les possibilités d'exportation
Introduire
pour les batteries, leur capacité (en GWh), leur puissance de charge et leur puissance de décharge (en GW),
la puissance  garantie
par les batteries et les reports de consommation : pratiquement il est inutile que la capacité (en GW) garantie par les batteries et les déplacements de consommation soit supérieure à 8 GW, la capacité garantie par les Steps étant de 5 GW cf. ci-dessous plus d'explication.
pour la production de méthane de synthèse : la capacité de l'électrolyseur ; le rendement du processus qui va de l'électrolyse à la production d'électricité selon qu'il passe par des CCG ou des par des TAC et groupes électrogènes. L'outil de simulation calcule le rendement effectif.
pour l'exportation ou d'autres usages : la capacité des lignes d'interconnexion vers l'étranger ou la capacité des installations consommant l'électricité.

Les coûts et les dépenses - hors hydraulique
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.
Le taux d'actualisation
le coût du CO2
la valorisation des excédents.

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 de méthane de synthèse disponible hors du système électrique
Les quantités exportées, dont 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 (tenant compte du coût de production lorsque ces excédents sont d'origine nucléaire)
Les dépenses par moyen de production et de stockage
Quelques effets connexes : nombre d'éoliennes, surfaces occupées par le photovoltaïque.


 






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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 - compléments à la notice simplifiée

voir ici les améliorations apportées depuis la première publication

Les capacités garanties

La capacité garantie par le nucléaire est calculée avec le coefficient de disponibilité en hiver
La capacité garantie par les éoliennes est indiquée par un coefficient s'appliquant à la puissance installée.
Celle des fleuves est la puissance minimale pendant l'hiver.
La capacité de production à partir de biomasse est calculée à partir des productions totale et de base ; la production pilotable est la différence entre la production totale et la production de base. Deux options sont proposées : ou bien la capacité modulable (en GW) est calculée par le logiciel ; ou bien elle est introduite par l'utilisateur qui vérifie alors que la production pilotable annuelle ainsi calculée est bien égale à ce qu'il a introduit  (voir les comentaires sur la feuille de calcul).
La puissance garantie par les steps, les batteries et les reports : cette puissance est limitée par la puissance de décharge des batteries et la puissance de consommation reportée. Elle est surtout limitée par les quantités (en GWh) pouvrant être déstockées ou reportées. La relation entre puissance et quantités se voit en consultant les chroniques horaires.

La capacité garantie par le détockage : l'examen de la chronique horaire, colonne O, permet de voir la capacité, en GW, pouvant être fournie par le déstockage de moyens de stockage selon la contenance, en GWh, de ces moyens. Les colonnes P et Q sont laissées libres pour faire ces calculs.
Il est possible de tenir compte de l'apport des lacs de montagne. En utilisant l'option 1 (case P122), la colonne O indique alors heure par heure ce qui est demandé à l'ensemble gaz,  déstockage et lacs de montagne.

Pratiquement, tenant compte des capacités de stockage (en GWh) et des puissances de déstockage (en GW) existantes,  de nouveaux moyens de stockage permettront aisément de diminuer dans la limite de quelques GW la puissance demandée aux moyens pilotables ; c'est à dire que le rapport entre cette baisse de puissance, en GW, et le contenu de ces nouveaux moyens de stockage serait supérieur à 1. Pour diminuer la puissance demandée aux moyens pilotables de plus de 8 GW (selon nos estimations), il faudrait une très grosse capacité en GWh, ce qui rendrait les batteries beaucoup plus coûteuses que le procédé passant par la production de gaz de synthèse.

Les calculs

En quantité

Les chroniques horaires colonne par colonne

La consommation finale et les productions sont calculées à partir des chroniques horaires de 2013 données par RTE. Ces chroniques donnent les productions par moyen de production y compris ce qui est produit par les Steps. Elles figurent telles quelles sur la feuille de calcul.

La consommation finale de référence : l'année 2013 

En retirant ce qui est pompé par les Steps et le bilan net des échanges extérieurs, ces chroniques de l'année 2013 donnent heure par heure ce qui est mis sur le réseau pour la consommation, y compris les pertes en ligne. On en retire donc les pertes en ligne (7 %) pour connaître la consommation finale en 2013.

La consommation finale simulée, avant déplacement  de consommation et effacement définitif

La feuille calcule 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.
La consommation totale est la somme des consommations horaires.

Les consommation horaires peuvent être modifiées par les  déplacements de consommation et les effacements définitifs - cf. plus bas.

Les colonnes de 8760 lignes

- les quantités destinées directement à la consommation finale (y compris les pertes en ligne)

- les productions de base mises sur le réseau : ce sont les productions à partir de fleuve, la partie "base" des sources thermiques fossiles et non fossiles et les productions à partir des lacs ; le total de ces productions. Les productions de base sont sans émissions de CO2 sauf un petite quantité de production de base à partir d'énergie fossile (cogénération).

- l'éolien et le photovoltaïque
    - possibilités de production éolienne et photovoltaïque : colonnes I et J : proportionnelles à la production de 2013 dans un rapport qui tient compte de la capacité installée et de l’efficacité des éoliennes et du photovoltaïque. 
     - possibilités de mise sur le réseau sans contrainte relative à la stabilité du réseau : c'est la possibilité de production dans la limite de la différence entre la consommation (augmentée des pertes de réseau et de l'énergie qui maintient en mouvement les machines tournantes qui apportent de l'inertie) (colonne H) diminuée de la production nucléaire minimum (compte tenu de la limite de flexibilité nucléaire) et des productions de base (hydraulique, production de base à partir de gaz et de biomasse) ; dans ce modèle, éolien et le photovoltaïque passent après ;  de fait, cette hypothèse ne limite pas l'utilisation des éoliennes et du PV.
    - production minimum des machines tournantes  : la limite minimale sans apport d'inertie est un peu diminuée par l'inertie des moteurs électriques -cf. cases AP124 et AQ124. Elle est surtout diminuée, comme indiqué par l'utilisateur du modèle (case S40), par l'apport d'inertie de machines tournantes non productrices d'électricité.  
    - quantités d'éolien et photovoltaïque effectivement mises sur le réseau  : c'est la possibilité de mise sur le réseau sans contrainte relative à la stabilité du réseau dans la limite d'un maximum  qui est la différence entre la consommation (colonne H) et la production minimum par les machines tournantes.    

- production nucléaire destinée directement à la consommation finale
    Elle est calculée en plusieurs temps.
     1- la capacité maximum compte tenu du coefficient technique de disponibilité. Celui-ci est modulé au cours de l'année.
     2- la 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 l'hydraulique, la production de base à partir de sources thermiques renouvelables ou fossiles et les quantités produites par éoliennes et  PV 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 flexibilité du nucléaire - de fait ces limites ne jouent pas.

- L'excédent de possibilités de production hors productions pilotables à partir de biomasse et de gaz : colonne N : c'est la différence entre ces possibilités et la consommation.

- L'excédent de possibilités de production sert d'abord à charger les moyens de stockage (dans la limite du niveau de charge et de la puissance de charge), puis est consommé par l'électrolyseur dans la limite de sa capacité, puis peut être exporté ou utilisé à autre chose dans la limite des capacités d'interconnexion ou de consommation. Dans tous les cas, on distingue le total de l'électricité d'origine éolienne et photovoltaïque.

- Ce qui est demandé au déstockage, au déplacement de consommation, à la partie pilotable de biomasse et de gaz et à l'effacement définitif : colonne O : c'est la différence entre la consommation et la production à partir de production de base, d'hydraulique, d'éolienne et photovoltaïque et de nucléaire. Cette colonne O est très intéressante.

- Lorsque la valeur précédente est positive, la quantité est apportée par du déstockage (y compris des reports de consommation) puis par la part modulable de la production à partir de biomasse, puis par les CCG, puis par l'effacement définitif, et enfin par des TACs ou groupes électrogènes.

- Le recours au déstockage diminue la puissance qui est demandée aux machines de production pilotables (gaz et biomasse), qui sont des machines tournantes ; il est donc limité de façon à conserver l'inertie minimum nécessaire à la stabilité du réseau. C'est pourquoi, à chaque heure est calculée une "marge d'inertie" que ne doivent pas dépasser les quantités déstockées.

Sur la production à partir de biomasse
On  la décrit heure par heure car, si la capacité nucléaire est très faible, la production à partir de biomasse sera, avec l'hydraulique de lac, sollicitée pour équilibrer production et consommation.
A la différence du gaz, la quantité en TWh est limitée. On a donc cherché à calculer la capacité nécessaire pour utiliser les possibilités de production. Pour cela on distingue une production "de base"  c'est à dire à peu près constante, et une production
pilotable. On introduit la quantité (en TWh) de la production de base ; la quantité pilotable se calcule par différence, soit QM. On peut introduire la capacité pilotable. La feuille calcule heure par heure la production modulable (qui passe après le déstockage et avant les CCG) et le total annuel des productions horaires ; on ajuste la capacité pilotable de façon que ce total soit égal à QM. Autre option : la capacité pilotable est en GW égale à 80 % de la production modulable exprimée en TWh ; le résultat est moins exact mais cela sans effet sur les émissions de CO2 . Voir colonnes Y à Z, lignes 111 à 125.

- La production à partir de CCG : elle est calculée heure par heure à partir de la capacité des CCG - cf. ci-dessous

- 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.

- On complète avec la production des TAC ou groupes électrogènes.

                 Il serait alors facile de calculer les quantités livrées pendant que sont marginales les productions des TACs, des CCG ou du déstockage.

La capacité de production à partir d'énergie fossile : deux façons de la calculer

1- La feuille calcule ainsi la capacité de production à partir d'énergie fossile : c'est la différence entre la pointe de consommation et la somme des capacités garanties. Elle suppose qu'il n'y a pas de vent au moment précis des la pointe de consommation. On peut ajouter ou retrancher quelques GW du résultat de ce calcul. C'est la méthode "déterministe".

2- On peut la calculer d'une autre façon. La colonne O donne heure par heure ce qui est demandé à l'ensemble déstockage, partie pilotable de la biomasse, CCG, effacement définitif, TAC, groupes électrogènes et importations donc aussi le maximum sur l'année.
En retranchant la puissance que peuvent apporter les moyens de stockage (STEPs, possibilités de modulation journalière de production des lacs et des fleuves), on calcule le besoin de capacité de production des CCG et moyens de pointe. Si l'on ne regarde que les chroniques d'une seule année, il est prudent d'ajouter une marge de précaution.
Si l'on faisait cela sur un grand nombre de simulations, on calculerait la capacité de production à partir de gaz selon une méthode "probabliste"  - ou "Monte Carlo" - en acceptant une faible probabilité de manquer de capacité de production.

Une autre version de cette feuille 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 selon la première méthode (supposant que la production éolienne est nulle lorsque la consommation est maximum) et sur la base de l'année 2013 est suffisante.
Cela donne une indication mais ne remplace pas, bien sûr, l'observation d'un très grand nombre de chroniques selon  une méthode "Monte Carlo".



Le calcul des dépenses
Introduire le taux d’actualisation.

- 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'intertie sans production d'électricité, la feuille calcule le montant de l’investissement, une annuité constante représentant ce montant, les frais fixes annuels, les frais variables et les dépenses totales. La production à partir de gaz (fossile ou manufacturé) complète ce qui est fourni par les autres moyens.

- Le coût du MWh par moyen de production : pour chaque moyen de production ou de stockage on peut calculer un coût du MWh. Celui-ci a une définition différente selon les cas. Pour le nucléaire et la méthanation, c'est le montant des dépenses rapporté à la production nucléaire ou à partir de méthane directement consommée ; pour éolien et PV, c'est le montant des dépenses rapporté aux possibilités de production. Le coût au MWh de la méthanation aide à calibrer la capacité de l’électrolyseur.
 
Note concernant le nucléaire :
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 de 2%) 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.

Les résultats

Les quantités produites, stockées, déstockées

La feuille de calcul donne les résultats suivants

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

- Les quantités qui ont été mises en stock 

- Les quantités déstockées -  y compris les reports de consommation.

On rappelle ici que la recharge des stockages ne peut se faire qu'à partir de capacités de production sans émission de CO2, que leur décharge ne se fait que pour éviter une production qui émet du CO2 et qu'il n'y pas de délai maximum entre la charge et la décharge. Dans la réalité, il se peut que l'on doive décharger alors qu'il n'y a pas d'émission de CO2 et que l'on recharge alors que l'on émet du CO2, cela  pour pouvoir diminuer, un peu plus tard, une pointe de demande. L'écart entre le modèle et la réalité n'a pas d'effet sur les émissions de CO2 - plus exactement, la simulation minimise les mouvements de stockage et de déstockage donc sous-évalue les pertes afférentes, donc la production d'électricité et, éventuellement, les émissions de CO2. Lorsqu'il simule l'année 2013, le modèle calcule que le déstockage est de 3 TWh alors que la production par les Steps fut de 6 TWh.

- Les quantités consommées pour la production de gaz

- La production de gaz de synthèse en tenant compte du rendement de méthanation. ; le coût du procédé de production de gaz de synthèse, par MWh d'électricité produite à partir de ce gaz.

- La production à partir de gaz (et de fioul éventuellement) et la production à partir d'énergie fossile.

- La production de gaz de synthèse au-delà de ce qui est consommé pour produire de l'électricité.

- Les possibilités excédentaires de production d'électricité ; les quantités pouvant être exportées, tenant compte de la capacité des lignes d'interconnexion, ou consommées différemment, notamment pour produire de l'hydrogène ; le facteur de charge de ces lignes ou des appareils consommant l'électricité ; le nombre d'heures où  les exportations ou la consommation ne sont pas nulles. Dans les quantités exportées ou consommées, l'outil de simulation distingue ce qui a été produit par éoliennes et photovoltaïuque d'une part, par le nucléaire d'autre part.



La pertinence du modèle

Une constatation :
Ce modèle réplique fort bien les quatre scénarios  publiés par RTE (printemps 2018).

Le modèle calcule la prodution à partir d'énergie fossile 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 annéen sont des centaines de terawatt-heure.
En reprenant les hypothèses de RTE, cette feuille de calcul retrouve des valeurs qui en diffèrent de moins de 20 TWh.


Dans ce dossier

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

- la pertinence de ce modèle

- la feuille de calcul

- une notice technique






Commentaires sur les limites et la pertinence de ce modèle

Les limites du modèle de simulation

- Il s'appuie sur les chroniques horaires de consommation et de production d'une seule année, l'année 2013. Une autre version s'appuie sur les chroniques horaires de chacune des années 2012 à 2017 ; elle montre qu'il n'y a pas de grosses différences sinon sur les besoins de capacité de pointe.
- Il équilibre fourniture et consommation au pas horaire ; il ne reflète donc pas les fluctuations à l'intérieur d'une heure.
- 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.
- Il donne des éléments pour calculer  la capacité des moyens de pointe  mais ne la calcule pas directement.
- Pour la gestion de l'eau des lacs, qui est très difficile à modéliser, il retient l'hypothèse qu'elle est semblable à celle de l'année 2013. Mais il propose aussi une autre option selon laquelle la gestion de l'eau est contrainte seulement par la quantité produite anuellement sans tenir compte de la capacité des lacs (en GWh) ni des capacité de production (en GW). Les résultats ne sont pas très différents ; la réalité est intermédiaire, certainement assez proche de la gestion de 2013. La seconde option montre heure par heure la demande faite à la fois aux Steps, aux lacs, aux autres désotckage et au gaz - colonne O.


La pertinence du modèle et ses possibilités

Ce modèle réplique bien la situation actuelle, les scénarios de RTE (printemps 2018) et ceux de l'ADEME (2017). On peut donc l'utiliser avec d'autres hypothèses de consommation et de moyens de production.


Quelques particularités :

Ce modèle est accessible car il est pubié et simple d'utilisation.
Il est facile à comprendre car c'est une simple feuille de calcul au format Excel.
Il calcule des variantes en quelques clics et quelques secondes.
Il permet de voir heure par heure ce qui se passe : charge et décharge des stockages, possibilités de production excédentaires.
Il inclut la stabilité du réseau, le moyen de la préserver et la possibilité d'effacement définitif
Pour la biomasse il distingue une production de base et une production pilotable
Il calcule la production de gaz de synthèse disponible hors du système électrique
Il est facile à compléter, par exemple en introduisant d'autres chroniques de consommation.

- Il équilibre heure par heure la fourniture d'électricité (production et déstockage) et la demande

- Il rend compte des possibilités de stockage et de déplacement de consommation ; une chronique horaire permet de voir ce qui est demandé à l'ensemble des moyens de production  pilotables et au déstockage, seule méthode permettant de mesurer l'apport en puissance du stockage pour aider à passer une pointe de demande faite aux moyens pilotables (différence entre la demande et la production des moyens non pilotables)

- Il rend compte des limites d'accès au réseau des productions intermittentes

- Il peut simuler l'effacement définitif pour remplacer l'utilisation de moyens de production de pointe.

- Il calcule heure par heure les possibilités de production excédentaires ; donc, notamment, le facteur de charge des équipements pouvant utiliser ces possibilités excédentaires (exportation, production d'hydrogène, production de chaleur)

- Il permet de se rendre compte des possibilités et des limites de batteries s'ajoutant aux moyens de stockage existants.

- Il calcule les dépenses, permet en quelques clics et en quelques secondes de calculer des coûts marginaux, par exemple de la production d'hydrogène.

- Il permet donc, par exemple, de comparer plusieurs parcs de production répondant à une même demande en émettant la même quantité de CO2 : capacités installées, montant des investissements et des dépenses annuelles.

Par ailleurs, ce modèle est facile à compléter  - par exemple pour mesurer la vitesse de variations d'heure en heure des possibiltiés de production disponibles ; ou encore en introduisant d'autres chroniques de consommation ou d'activité éolienne.



Les principales  modifications apportées à  cet outil de simulation du système électrique

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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 annuelle 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'hydroène ou de la chaleur notamment), on distingue ce qui a été produit par les éoliennes et la 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 dispoible 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 supppose que le réseau français apporte au réseau européen une inertie conrrespondante 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. 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 nuclaire, 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 aute 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. 

- décembre  2017 :
Production à partir de biomasse : on distingue une partie "production de base" indépendante de la consommation et des productions éolienne et PV et une partie "modulable", qui sert à compléter les productions hydraulique, éolienne, PV, nucléaire et biomasse de base, au même titre que les désotckages 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 deuxc 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 irraliste 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