Voici où trouver la feuille de calcul qui simule production et consommation d'électricité


cette page a été relue le 22 septembre 2017 en introduisant deux modifications à la version antérieure :
- le coefficient de disponibilité du nucléaire est modulé entre été et hiver-
- la gestion de l'eau des lacs est calquée, heure par heure, sur l'année 2013 .
Ces modifications ont très peu d'effet sur ce qui nous importe, c'est-à-dire  la comparaison entre les jeux d'hypothèses

Quelques résultats des simulations de la production et de la consommation d'électricité
selon plus ou moins de nculéaire, plus ou moins d'éoliennes et de photovoltaïque


Chacun peut introduire ses propres hypothèses dans le programme de simulation

Avec les hypothèses retenues ici :

- Ce que nous coûterait le programme d'implantation d'éoliennes et de photovoltaïque d'ici 2023 : dépenses inutiles de 3 à 4 milliards par an
- La contrainte  de ne pas augmenter la capacité nucléaire : dépenses inutiles de 6 à 7 milliards d'euros par an
- L'hypothèse "pas plus de 50 % de nucléaire" dans la consommation d'électricité   : dépenses inutiles de 11 à 13 milliards par an
- L'hypothèse "100 % électricité renouvelable"   : plus de 50 milliards de dépenses inutiles

Ce ne sont pas des affirmations gratuites : le détail des hypothèses et des résultats est donné dans cette note ; le logiciel qui permet de passer des unes aux autres est également publié. Le lecteur peut donc les contrôler et éventuellement, les contester. Il peut aussi introduire ses propres hypothèses.

Voyez donc ici  la feuille de calcul mise à votre disposition.

Cette feuille de calcul ne tient pas compte de la contrainte qui, dans l'état actuel de la technique, limite l'accès au réseau de l'électricité éolienne ou PV. Cette contrainte, telle qu'elle est aujourd'hui, n'aurait d'effet en France que si la capacité nucléaire était inférieure à 40 GW.






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.

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

On compare à la situation actuelle deux 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.
Avec un taux d'actualisation de 8 %  ou de  5 %

1- la capacité nucléaire est constante à 63 GW ; on diminue donc les émissions à partir d’énergie fossile de 13 MtCO2 en dépensant 4,4 milliards d’euros par an de plus. Si le taux d'actualisation est de 5 %, c'est une augmentation des dépenses de 3,5 milliards et 290 €/MWh

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 GW et il faudrait investir, non seulement en éoliennes et photovoltaïque mais auss en moyens de production à partir de gaz. On ne diminuerait pas les émissions de CO2, les économies sur le nucléaire (qui sont très faibles) seraient égales aux dépenses d'investissement de capacité de production à partir de gaz. Au total, les dépenses, par rapport à la situation actuelle, seraient supérieures de 4,4 milliards d’euros par an pour rien ;
      Si le taux d'actualisation est de 5%, c'est 2,4 milliards d'euros par an.

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 quelques pourcents seulement de l'électricité produite.




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

La PPE fixe des objectifs pour 2023 de capacité éolienne et photovoltaïque.

On présente ici deux hypothèses :
1-  la capacité nucléaire est inchangée ; donc les émissions de CO2 diminuent. De compbien, à quel coût ?
2- la capacité nucléaire diminue et les émissions de CO2 ne changent pas. Quelle est l'augmentation de dépenes par rapport au statu quo ?

Les hypothèses retenues dans la simulation :

Consommation  470 TWh  - c'est proche de la consommation d'aujourd'hui,
Pertes en ligne : 7 % ; consommation des utilitaires : 25 TWh.

Production
  
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.              
                        Capacité garantie
de production par les lacs  et par les Steps : 10
                        Pas de batteries
                        Nucléaire  : le taux de disponibilité technique est de 75% ; il est modulé selon la saison et peut atteindre 81%  ; 
la flexibilité est de plus ou moins 30 % de la capacité installée par heure ; la production minimum est 10 GW.
                        A partir de gaz, fossile ou manufacturé : le logiciel calcule la puissance maximum (vue au pas horaire) demandée aux moyens de production pilotable et au déstockage ; il en retire les puissances garanties et ajoute une marge qui tient compte du fait que la pointe réelle est supérieure à celle qui est observée, une année, au pas horaire.

   Les coûts, évalués ici avec un taux d’actualisation de 8 % (ou 5 %)
            Nucléaire :
            Comme on  compare les dépenses selon que l'on maintient ou qu'on diminue la capacité nucléaire existante, le résultat de la comparaison est indépendant de la valeur que l'on retient pour les dépenses causées par le nucléaire existant. Ici elles sont calculées avec un coût d'investissement de 5000 €/kW ; les économies faites en diminuant la capacité actuelle sont calculées comme une baisse des dépenses de  fonctionnement, sans aucune économie sur l'investissement.
             Photovoltaïque : sur toiture : 1500 €/kW  ; production annuelle équivalente à 1100 h à pleine charge ; coût : sur toiture 142 €/MWh (ou 113 € à 5%)
             Eolien :    a
ujourd'hui :1800 €/kW ; production annuelle équivalente à 2030 heures à pleine charge ; 86 €/MWh  (ou  66  €/MWh à 5 %)
                             selon la PPE : éolien sur terre et en mer ; en tout en moyenne : 1930 €/kW ; 2170 h ; 86 €/MWh (ou 66 €/Mh)
            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 lesdépenses de l’hydraulique de fleuve ou de barrage ni les dépenes de production à partir de sources thermiques renouvelables, ni le coût des Steps ; ces dépenses sont les mêmes dans les différents jeux d'hypothèses.

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 : 31,8 GW.

La production à partir de gaz est                                   30 TWh
La production à partir d’éolien et PV est                      29,4 TWh
La production nucléaire directement consommée est 414 TWh ; la possibilité de production nucléaire non utilisée est 46,5 TWh.

Les dépenses : on note G€ le milliard d'euros
Dépenses de production et de stockage :                         43,3 G€/an  (ou 34,1 G€/an avec un taux d'actualisation de 5%)
Surcoût de dépenses de réseau dû à l'intermittence :     0,6 G€ par an
Total  des dépenses                                                              43,9 G€ par an    (ou 33,5 G€ par an
avec un taux d'actualisation de 5%)

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

         Ce qui est commun aux trois scénarios simulant l'application de la PPE renouvelable
            Eolien
: terrestre : 21,8 GW  ;  en mer 3 GW ; capacité totale : 24,8 GW    ; durée équivalente : 2170 h  , investissement : 1930 €/kW     
            PV : 18,2 GW supposé ici en toiture ; durée 1100 heures par an
            Production à partir de vent et de soleil : 73.7TWh
            Surcoût dû à l'intermittence : 1, 5 G€ par an.


1- Maintien de la capacité nucléaire à 63 GW et diminution des émissions de CO2

Production à partir d’énergie fossile : 17,2 TWh
Emissions évitées : supposant qu’on arrête les modes de production à partir de fossile les plus émetteurs : 0,8 tCO2 par MWh, soit 13 MtCO2

Production nuclaire                                                              335 TWh
Capacité de production à partir de gaz                              30 GW
Dépenses de production à partir de gaz                             3,9 G€/an (ou 3,1 G€/an)

Dépenses de production et de stockage :                        46,8 G€/an (ou  35,5  G€/an à 5 %)
Surcroît de dépenses de réseau dû à l'intermittence  :    1,5 G€/an
Total des dépenses :                                                            48,3 G€/an   (ou 37 G€/an à 5 %), soit 4,4 G€ (ou 3,5 G€) de plus que dans la situation présente

2- Réduction de la capacité nucléaire sans diminuer les émissions de CO2

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

Capacité nucléaire :                                                            57 GW, soit 6 GW de moins que dans la situation précédente
Capacité de production à partir de gaz :                          34,7 GW
Dépenses de production à partir de gaz :                        4,9 G€/an (ou 3,9 G€/an)

Les dépenses sont celles du cas précédent diminuées des économies faites sur le nucléaire, et augmentées du surcoût de production à partir de gaz.
    Les économies faites sur le nucléaire
        en frais de gestion annuels :
110 €/kW/an pour 5,9 GW soit 649 M€/an
        en  dépenses proportionnelles à la production :
9 €/MWh  pour 15,4 TWh/an  soit 138M€/an.
        En tout, pour le nucléaire : 787 M€/an.
    L'augmentation des dépenses de production à partir de gaz : 1 G€/an (ou 0,8 G€/an)

En  tout, il se trouve que les économies sur le nucléaire équilibrent l'augmentation des dpéenses de production à partir de gaz.

Les dépenses sont de producton et de stockage d'électricité sont donc à peu près les mêmes que si l'on n'avait pas  diminué  la capacité nucléaire.


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 causée 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.

Ou bien cette augmentation obligée de la capacité éolienne et PV s'accompagne d'une diminution de la capacité nucléaire de sorte que les émissions de CO2 restent inchangées, ou bien la capacité nucléaire est maintenue à son niveau actuel. Dans les deux cas, les dépenses seront les mêmes. Si l'on maintient la capacité nucléaire, les émissions seront diminuées par rapport à la situation actuelle.

L'augmentation des dépenses par rapport à la situation actuelle  serait

Sans diminuer la capacité nucléaire et en diminuant les émissions de CO2 de 13 MtC
O2 /an
ou bien en diminuant la capacité nucléaire sans diminuer les émissions de CO2
        si le taux d'actualisation est de 8 %  : 4,4 milliarsds d'euros par an
        si le taux d'actualisation est de 4 % :   3,5 milliards d'euros par an

Le coût du CO2 évité si l'on maintient la capacité nucléaire est de 400 €/tCO2. Si l'on diminue la capacité nucléaire, les dépenses supplémentaires ne servent à rien.







La loi de transition énergétique veut limiter la capacité et la production nucléaire
combien de dépenses inutiles ? De 7 à 14 milliards d'euros par an



Supposons que la consommation augmente de 20 % et que l'on ne veuille pas consommer plus de gaz fossile qu'aujourd'hui

1- Si l'on ne veut pas augmenter la capacité nucléaire, c'est possible avec plus d'éolien et de phtovoltaïque : cela obligerait à dépenser 7 à 8 milliards d'euros par an de plus que sans élienne ni photovoltaïque.

2- si l'on veut limiter la part du nucléaire dans la consommation d'électricité à 50 %, c'est possible avec encore plus d'éolien et de phtovoltaïque : cela nous ferait dépenserde 12 à 14  milliards de plus (selon le coût du financement) qu'avec plus de nucléaire et 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. On ne veut pas que la production à partir de gaz fossile dépasse 33 TWh


1- si on s'interdit d'augmenter la capacité nucléaire, qui est de 63 GW : 45,5 GW d'éolien, 22,7 GW de photovoltaïque


2- pour limiter la part de la consommation nucléaire à 50 %, une capacité nucléaire réduite à 52 GW ,  75 GW d'éolien, 37,5 GW de photovoltaïque et une capacité d'électrolyse de
11 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 du méthane puis de l'électricité plus tard. Comme la capacité de pointe doit rester la même quelle que soit la production éolienne et photovoltaïque, qui peut être nulle, la capacité de production à partir de gaz doit être augmentée en même temps que la capacité nucléaire est diminuée.

3-
si on arrête  progressivement toute production éolienne et PV : une capacité nucléaire de 80 GW et une capacité d'électrolyse de 5 GW.


****
Les hypothèses chiffrées

Consommation : elle augmente de 20 %  ; elle est 513 TWh

Données physiques communes aux scénarios

Pertes en ligne : 8 % ; auxiliaires : 25 TWh
Nucléaire : production minimum : 10 GW ; flexibilité : plus ou moins 30 % en une heure; coefficicent de disponibilité, en moyenne 75 %, pouvant atteindre 85% penant les mois d'hiver.
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 ; le PV est sur toiture
Production à partir de fleuve : 43 TWh ; de lacs de montagne 16 TWh, gérés comme en 2013 ; de sources therrmiques non fossiles : 5 TWh
Capacité des batteries : 0 GWh
Pas d'effacement temporaire ni définitif
Capacité des Steps : 90 GWh d'électricité restituée
Rendement de la méthanation : 0,25
Surcoût de réseau du fait de l'intermittence (sous utilisation des infrastructures, régulations infrahoraires): 20 €/MWh.

Les coûts :
Taux d'actualisation : 8%   (ou 5 %)
Nucléaire : investissement : 5000 €/kW ce qui donne un coût en ruban de 80 €/MWh à 8% , 60,5 €/MWh à 5%
Eolien : coût moyen de l'investissement sur terre et en mer : 2500 €/kW ; coût de production :  moyen : 105  €/MWh (ou  80)
Photovoltaïque :  sur toiture :  investissement 1500 €/kW ; coût : 142 €/MWh (ou 113) ; sur sol : investissement : 800 €/kW, 78 €/MWh ( ou 62)
Méthanation :  investissement 1700 € par kW consommé
production à partir de gaz : investissement 1100 €/kW ; rendement : 50% ;  coût du gaz fossile 20 €/MWh th

Supposons que l'on se donne pour but de limiter la production d'électricité à partir de gaz fossile à 30 TWh/an

  Si la capacité nucléaire est la même qu'ajourd'hui, soit 63 GW,  alors que la consommation aura augmenté de 20%
    
Eolien : 45,5 GW, solaire  : 22,5 GW ;  capacité d'électrolyse de 4,5 GW
    dépenses de production et stockage  : 56,7 G€/an   (ou 43,3 G€/an)
    Production éolienne et PV directement consommée : 128 TWh   ; surcoût de réseau : 2,6 G€/an
     dépenses totales : 59,3 G€/an  (ou 45,9 G€/an si le taux d'actualisation est de 5 %)

Pour limiter le nucléaire à 50 % :
     Nucléaire : 52 GW ; éolien : 75 GW ; PV : 37,5 GW ; pour la méthanation, capacité de l'électrolyseur : 10,5 GW ;
     La production nucléaire directement consommée est de 268 TWh ; une quantité de 9 TWh sert à produire du méthane.
    dépenses de production et stockage :           61,7 G€/an  (ou  47,2 G€/an)
    Production éolienne et PV directement consommée : 208 TWh   ; surcoût de réseau : 4,2 G€ /an
    
Dépenses totales :  65,9  G€/an  (ou 51,4 G€/an)
   

Sans éolienne ni photovoltaïque  
     
Nucléaire : 80 GW ; capacité de l'électrolyseur : 5 GW  dépenses : 51,6 GM€/an (ou  39,2 G€/an)
      Surcoût de réseau dû à l'intermittence : 0
       dépenses  totales : 51,6 G€€/an (ou 39,2 G€/an)

S'interdire une augmentation de la capacité nucléaire :                           dépenses supplémentaires  : 7,7 milliards d'euros par an (ou  6,7 G€/an)
Limiter la proportion de nucléaire dans la consommation  à 50%  :       dépenses supplémentaires : 14,3 milliards d'euros par an  (ou  12,2 G€/an)











L'hypothèse "100 % électricité renouvelable"


comment dépenser inutilement 40 à 50 milliards d'euros par an ou bien plus  pour ne plus avoir de nuclaire


Ce paragraphe sera réécrit car l'hypothèse "électricité 100% renouvelable" doit absolument tenir compte du fait que l'accès au réseau d'électricité intermittente est bornée aujourd'hui par une limite technique, pour des raisons impérieuses de stabilité du réseau. Il est possible d'envisager sur le papier une très forte consommation d'électricité éolienne et PV à condition qu'une bonne partie de cette production passe par des batteries ou serve à produire de l'hydrogène puis du méthane puis de l'électricité.

Ces limites d'accès au réseau seront peut-être repoussées, mais il ne serait pas acceptable de les ignorer, comme le fait le scénario de l'ADEME.

C'est pourquoi est publiée sur ce site une feuille de calcul qui permet d'en tenir compte.

La différence de dépenses entre une solution sans nucléaire ni énergie fossile et une soluation avec nucléaire, sans éolienne ni photovoltaïque ni énergie fossile dépend de l'évolution de la consommation et de la limite technique de pénétration de l'éolien et du PV sur le réseau. De toutes façons elle se chiffre en dizaines de milliards d'euros par an, jusqu'à plus de 100 milliards d'euros par an si la consommation d'électricité augmente.