retour à la page d'accueil
quelques particularités
de cet outil de simulation
Quelques
résultats
depuis avril 2021
l'outil de simulation réplique
la production d'hydrogène
"en base moins la pointe" et quand
l'électrolyse utlise des possibilités
excédentaires
de production d'électricité.
Et il calcule le total des dépenses de production et
d'électricité
|
Dans ce dossier
Pourquoi
publier cette feuille de calcul
une
notice d'utilisation simplifiée
une notice
d'utilisation
la
feuille de
calcul
la pertinence de ce
modèle de
simulation simplifié
Une version antérieure
du simulateurn moins complète mais plus facile à
charger sur un ordinateur de bureau .
retour à la page
d'accueil
|
Plus ou moins de nucléaire,
d'éolien, de
photovoltaïque, combien
cela coûte-t-il ?
Et quelles autres conséquences ?
Un simulateur du système
de production d'électricité et d'hydrogène mis
à votre disposition
Combien
dépenserons-nous pour notre électricité ? On
entend tout et son contraire.
Pour un débat serein chacun devrait publier l'ensemble de ses
hypothèses et aussi le moyen de calcul qu'il utilise.
C'est ce que nous faisons ici (depuis 2017). Notre outil de simulation
du système électrique simplifié et publié, SimelSP3, est
à votre disposition
C'est la version 3
de la version originale SimelSP.
L'utilisateur introduit la consommation et les moyens de production et
de stockage sauf la consommation à partir de gaz. SimelSP3
calcule heure par heure ce qu'il faut produire à partir de
gaz (ou ce qu'il faut importer) pour répondre à la
demande.
Le profil hoaraire de
consommation : il ne suffit pas de connaître la
consommation anuelle ; il faut faire un hypothèse sur son profil
horaire. SimelSP3 propose
plusieurs profils horaires : celui de l'année 2013, celui de
l''année 2012, celui qui a été
élaboré par l'ADEME pour son étude "100 %
renouvelable", un autre construit à partir de celui-là
mais en modifiant comme le souhaite l'utilisateur le profil de
consommation d'électricité de chauffage ; enfin,
l'utilisateur peut aisément introduire un profil horaire de
consommation de son choix.
Au sujet de la production
d'hydrogène destinée à des usages hors du
système électrique, comme Simel SP2,
SimelSP3 distingue une production
alimentée en électricité "en base moins la pointe"
et une production alimentée à partir des
possibilités de production excédentaires. Il calcule les
besoins de stockage d'hydrogène. SimelSP3
calcule les dépenes totales de production
d'électricité et d'hydrogène et de stockage
d'électricité du système de
production d'électricité et d'hydrogène.
SimelSP3 représente
six destinations de
l'électricité : 1- la
consommation directement alimentée par la production, 2-
la production d'hydrogène "en base moins la pointe" (à
puissance constante sauf effacement), 3-
la mise en
stock ou ce qui est équivalent (batteries, Steps,
déplacements de consommation, flexibilité de la
production hydraulique), 4- la
production d'hydrogène pour faire du méthane qui produira
de l'électricité (procédé P2G2P) ; et
aussi, avec les possibilités de production
d'électricité qui dépassent ces destinations
5-
produire de l'hydrogène qui sera
consommé hors du système électrique 6-
d'autres usages ou l'exportation. Pour chacune des ces destinations de
l'électricité, SimelSP3
distingue l'origine de l'électricité en donnant la
priorité à l'éolien et au photovoltaïque tout
en tenant compte des limites de la flexibilité du
nucléaire.
Pour chacune de ces destinations, SimelSP3 indique
heure par heure les quantités d'électricité
nucléaire d'une part, éolienne et phoovoltaïque
d'autre part.
SimelSP3 pemet
d'évaluer deux des services
rendus
par le stockage et la flexibilité de la consommation et
de la production hydraulique : 1- mieux
utliser les possibilités de
production qui, sans les stockages, seraient excédentaires donc
peut-êre mal valorisées ; ce service se mesure en TWh . 2-
réduire le besoin de capacité de production à
partir de gaz ; ce service se mesure en GW : SimelSP3
calcule ce que doivent être la capacité de
stockage (en GWh), la
flexibilité de la demande (en GWh) et la modulation de la
production hydraulique (en GWh) pour que, ensemble, ils
abaissent le
besoin
de capacité de production (en GW) comme indiqué par
l'utilisateur. Ici une notice expliquant la méthode
: la notice.
SimelSP3 prend en
compte le fait que la stabilité du réseau exige un minimum d'inertie
des machines tournantes de production électrique.
Ici une notice
d'utilisation simplifiée. Vous pouvez
aussi
y aller
directement
|
Une version plus légère du
simulateur
La taille de SimelSP3 est 35200 Ko ; dans le cas où cela
rendrait difficile de le charger sur un ordinateur de bureau, on pourra
utiliser une version simplifiée
de SimelSP3
qui
rend presque les mêmes services et dont la taille est 25000 Ko. ne
permet pas d'évaluer aussi facilement que SimelSP3 dans quelle
mesure le stockage et la flexibilité de la consommation et de la
production hydraulique diminuent le besoin de capacité de
production pilotable. Mais cela peut se retrouver en regardant les
chroniques horaires de ce qui est demandé "à la pointe".
Voici donc un lien
vers cette version simplifiée de SimelSP3 telle
qu'elle était en janvier 2022.
|
| Une nouvelle version,
SimelSP4
simule le marché de l'électr'icité. La
notice décrit comment elle fonctionne et les
résultats qu'elle
fournit. Ceux qui seraient intéressés sont invités
à le faire savoir à
henri.prevot@wanadoo.fr |
|
Pourquoi
publier cette feuille de calcul
une
notice d'utilisation simplifiée
quelques
résultats
la
feuille de
calcul
une notice
d'utilisation ; dans cette notice, le
coût de production de l'hydrogène
la
pertinence de ce modèle de
simulation simplifié
les principales modifications
apportées à ce simulateur
Pourquoi cette
feuille de calcul ?
Sur les capacités, les besoins de stockage, les dépenses,
etc.,
des valeurs
sont
avancées par différents organismes et institutions mais
on a souvent du mal à savoir comment elles
sont justifiées
et, surtout, on est incapable de voir de quoi elles dépendent et
d'étudier d'autre hypothèses.
En comparant les dépenses avec plus ou moins de nucléaire
ou
d'éoliennes ou de photovoltaïque pour une même
consommation et une même
émission de CO2, cette feuille de calcul permet, entre bien
autres
choses, de donner un coût
à la décision d'augmenter
la capacité de
production de l'électricité renouvelable. Pour
être complet, cette évaluation doit être
acompagnée de l'évaluation des dépenses
d'économie d'énergie permettant de diminuer la
consommation d'électricité.
La version initiale a été
complétée pour simuler le
système de production d'électricité et
d'hydrogène (par électrolyse). En effet, on ne
peut raisonner sur l'hydrogène obtenu par électrolyse que
dans le cadre d'une système qui englobe
électricité et hydrogène : c'est SimelSP2.
Puis SimelSP3
simule plus exactement les services rendus par le stockage, y compris
la modulation de la production des lacs et des fleuves et la
flexibilité de la consommation qui rendent les mêmes
services que les batteries et les Steps.
Cet outil de simulation, SimelSP3
1- permet à tout le monde de
choisir ses hypothèses
- sur la consommation
d'énergie,
L'utilisateur
introduit la consommation finale (hors les pertes en ligne) et la
consommation des électrolyseurs qui s'alimentent sur le
réseau électrique à puissance constante - "en
base" - sauf pendant les
périodes de pointe. Quant au profil horaire de consommation,
l'utilisateur a le choix entre plusieurs options : comme en 2013, ou
comme en 2012, ou comme le suppose l'ADEME dan son scénario "100
% renouvelable". Autre possibilité : l'utilisateur peut
spécifier la consommation annuelle pour le chauffage ; alors SimelSP3
calcule la consommation heure par heure en appliquant un coefficient
multiplicateur à la consommation pour le chauffage telle que la
suppose l'ADEME. L'utilisateur peut aussi, cinquième option,
introduire un profil horaire de consommation de son choix.
Cette chronique horaire de consommation peut être modifiée
de deux façons : par des déplacements
de consommation ou par un effacement
définitif. L'utilisateur indique, d'une part la
quantité maximum pouvant être déplacée avant
d'être compensée (en GWh), d'autre part la puissance
maximum pouvant être ainsi déplacée et la puissance
mlaximum pouvant être effacée sans compensation
ultérieure (en GW) ;
- sur la composition
du
parc de production : nucléaire, éoliennes,
photovoltaïque, fleuves, lacs, biomasse, biogaz, fossile non
pilotable
- sur la limite minimum de production des machines tournantes et sur la
possibilité de diminuer cette limite voir
ici ;
- sur deux
procédés de
"stockage", d'une part un ensemble formé par les batteries, les
Steps, la flexibilité de la production hydraulique et les
possibilités de déplacements de consommation et, d'autre
part, la production
d'hydrogène pour produire du gaz de synthèse qui sera
utilisé pour
produire de
l'électricité ;
- sur le coût
des
différents procédés de production et de stockage ;
- sur la capacité des lignes
électriques qui permettent
d'importer ou d'exporter ou sur la capacité des
équipements pouvant consommer les
excédents de production électrique notamment pour
produire de l'hydrogène ;
- sur le coût d'un électrolyseur :
- sur le surcoût de la distribution selon la capacité de
production intermittente (éolien et photovoltaïque).
2- à partir de ces hypothèses, il calcule notamment
- la consommation de
gaz fossile ou d'importation ; la production de gaz de synthèse
pouvant être utilisée hors du système
électrique.
- les possibilités de production pouvant être
exportées ou utilisées à produire de
l'hydrogène ou de la chaleur
- les dépenses annuelles de
chaque moyen de production (nucléaire, éolienne, PV et
gaz) et de chaque moyen de stockage, et le total des ces
dépenses pour répondre à la demande finale
d'électricité
Pour ce calcul, les
dépenses d'équipement (CAPEX) sont réparties en
annuités constantes sur la durée de vie de
l'équipement -
c'est la méthode LCOE, levelised cost of energy, très
généralement utilisée, notamment par la Cour des
Comptes.
- la dépense totale de
production d'électricité et d'hydrogène
le coût de production d'hydrogène peut se
calculer en faisant un hypothèse sur la valeur de
l'électricité (en base ou excédentaire). Selon un
autre raisonnement, il peut se calculer par différence entre les
dépenses totales avec ou
sans hydrogène pour une même consommation finale
d'électricité
On
calcule les
dépenses de
production et éventuellement de stockage du système de productoin
d'électricité et d'hydrogène selon
qu'il y a plus ou moins d'éoliennes ou de photovoltaïque ou
autre.
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 photovoltaïque ou
d'éoliennes sont supérieures à ce qu'elles sont
avec moins de photovoltaïque ou
d'éoliennes.
|
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. Pour une même consommation
annuelle et pour un même parc de production, les résultats
d'une
année à l'autre sont proches les uns des autres - sauf
sur la puissance nécessaire des moyens de production de pointe,
qui peut être très différente selon la pointe de
froid et selon qu'il y a ou non du vent pendant les pointes de froid.
Pour ne pas compliquer inutilement, SimelSP3
propose
seulement de se référer à une année
moyenne,
2013, et à une année marquée par un épisode
de grand froid, 2012, et à d'autres profils bâtis à
partir des hypothèses de l'étude de l'ADEME "100 %
renouvelables".
SimelSP3 montre
comment l'électricité interagit avec les autres formes
d'énergie.
SimelSP3
indique
heure par heure et pour l'ensemble de l'année les
possibilités de production à bas coût disponibles
pour autre chose que la
demande française
d'électricité. Cette disponibilité peut être
utilisée pour produire du biocarburant par exemple, ou pour
être exportée ou pour produire de l'hydrogène ou de
la chaleur ou, à défaut, être
abandonnée.Pour chacune des destinations de
l'électricité produite, SimelSP3
donne la priorité à l'éolien et au
photovoltaïque en tenant compte des limites de la
flexibilité du nucléaire.
Il
arrive, rarement, que la production nucléaire doive diminuer en
une heure plus que la limite autorisée : lorsque le
nucléaire est seul à recharger les stocks, au moment
où ceux-ci sont pleins ; en réalité, la production
nucléaire sera alors progressivement réduite, ce que SimelSP3
ne peut pas reproduire.
SimelSP3 peut
simuler un effacement définitif à l'initiative du
fournisseur sans préavis pour quelques minutes ou plusieurs
semaines. Tel est le cas de consommateurs équipés de chauffages hybrides.
Dans le cas d'une forte proportion d'éolienne et de
photovoltaïque, la valeur d'un MWh ainsi effacé est
supérieure à 400 €/MWh.
SimelSP3
peut
simuler les services rendus par de très grosses capacités
de stockage : meilleure utilisation des sources intermittentes et
diminution du besoin de capacité pilotable.
La
relation entre la capacité du stockage au sens large (y compris
la
flexibilité de la production hydraulique et celle de la
consommation),
exprimée en GWh, et la diminution du besoin de capacité
de production à
partir de gaz, exprimée en GW, n'est pas intuitive. SimelSP3
la calcule et permet de la visualiser heure par heure.
SimelSP3 simule
deux sources d'électricité pour électrolyse : sur
excédents et "en base moins la pointe" : la
consommation d'électricité est constante mais s'efface
lorsque le
sytème doit faire appel aux TAC ou groupes
électrogènes. SimelSP3
calcule aussi le besoin de capacité de stockage
d'hydrogène - il n'en calcule pas encore le coût
faute d'information.
SimelSP3
calcule le total des dépenses de production
d'électricité et d'hydrogène et les
dépenses de stockage d'électricité, ce qui
permet de calculer un "coût de l'hydrogène" en
comparant les dépenses totales avec plus ou moins
d'hydrogène. Attention ! Ce "coût de l'hydrogène"
ainsi calculé, peut être fallacieux - cf. la page "hydrogène".
SimelSP3 calcule aussi le besoin de capacité de stockage
d'hydrogène pour pouvoir délivrer l'hydrogène en
flux constant.
SimelSP3
popose une option qui tient compte de
la contrainte qui limite
l'entrée des productions éolienne et photovoltaïque car
ces moyens de production n'apportent pas au réseau
électrique l'inertie mécanique dont il a besoin pour sa stabilité. Si la
capacité nucléaire installée est supérieure
à une certaine valeur, elle
est suffisante pour apporter l'inertie dont le réseau a besoin.
Sinon, il faut apporter au réseau l'inertie de machines
tournantes qui ne produisent pas d'électricité - ou, si
c'est possible, des dispositifs électroniques ad hoc.
SimelSP3 guide
l'utilisateur pour déterminer le besoin de
capacité
de production à partir de gaz et de groupes
électrogènes. Il propose une valeur en tenant
compte de la baisse du besoin de capacité rendue possible par le
stockage et il donne des informations pour y ajouter une "marge"
ou en retrancher une "défaillance".
Au
total, cet outil de simulation est facile à
utiliser. Si l'on introduit les hypothèses de l'ADEME ou de RTE,
il fournit des résultats très proches de ceux que
publient ces organismes ; il donne beaucoup d'autres informations ; il
permet d'étudier d'autres hypothèses. Comme tout est
visible et transparent, il permet d'éviter le très
fâcheux syndrome de la "boîte noire". - cf. une note sur les
limites et la
pertinence de ce modèle.
|
|
Pour aller
directement à SimelSP3
|
Notice d'utilisation simplifiée de SimelSP3
Simel
SP3 simule le système
de production d'électricité et d'hydrogène
Les données à
introduire
La consommation
La
consommation finale
Le profil horaire de la consommation annuelle : SimelSP3 propose cinq options :
l'année 2013, l'année 2012, un profil
horaire élaboré par l'ADEME, un profil qui distingue la
consommation
d'électricité de chauffage ;
l'utilisateur peut aussi introduire un profil de son choix. voir ici.
La consommation
pour produire de l'hydrogène avec des
électrolyseurs qui s'alimentent à puissance constante sur
le réseau
sauf pendant les heures où il est fait appel aux moyens de
production dont le coût marginal est le plus élevé
(alimentation "en base moins la pointe"). Ici, il
s'agit de ce que serait la consommation si l'électrolyseur
fonctionnait à puissance constante.
Les
possibilités d'effacement définitif : une
capacité
maximum l'hiver et une autre l'été : pendant une
heure, l'effacement de la consommation intervient en remplacement de
production de pointe
(TAC ou groupes électrogènes) dans une limite qui est
proportionnelle à la capacité maximale d'effacement et
à la consommation totale.
Les
déplacements de
consommation : indiquer le maximum de consommation pouvant
être
déplacée avant compensation; indiquer
aussi la puissance pouvant être effacée - attention !
cette donnée n'indique nullement la baisse du besoin de
capacité de production à partir de gaz
La capacité de
l'électrolyse qui utilise les excédents pour
produire de l'hydrogène consommé hors du système
électrique
La capacité d'utilisation
des excédents non utilisés pour produire de
l'hydrogène.
Entre la consommation et la
production
- la diminution souhaitée
du besoin de capacité de production à partir de gaz
(ou de groupes électrogènes) rendue possible par
l'ensemble des Steps, des batteries, et des flexibilités de la
consommation et de la production hydraulique voir
plus bas
- pour
les batteries, les STEPs, la flexibilité de la production
hydraulique : leur capacité (en GWh), leur puissance de
charge et leur puissance de décharge (en GW) ; la
flexibilité de la production hydaulique se mesure par
l'écart de la production horaire à la moyenne glissante
de la producon horaire sur trois semaines.
- pour la production
d'hydrogène destiné à produire de
l'électricité
délivrée sur le réseau :
procédé P2G2P : la
capacité de
l'électrolyseur ; le rendement du processus P2G2P qui va de
l'électrolyse à la production d'électricité
selon qu'il passe par des CCG ou par des TAC.
Pour aller
directement à SimelSP3
La production
Introduire les composantes des moyens de production
d'électricité
-
pour
le nucléaire : la capacité installée et,
en pourcentage, la capacité disponible en moyenne et au
maximum dans l'année (l'hiver) ; la flexibilité maximum
et le fonctionnement minimum. La flexilité du nucléaire :
1-
la production horaire minimum 2- la limite
maximum de l'augmentation de production horaire d'une heure
à la suivante, exprimée en un pourcentage de la
capacité disponible ; 3- la limite
maximum de la diminution de la production horaire d'une heure à
la suivante, en pourcentage de la production effective ;
- pour l'éolien :
la
capacité installée sur terre et en mer, les
facteurs de charge (en nombre d'heures par an) sur terre et en mer ;
- pour le photovoltaïque,
le facteur de charge et le pourcentage sur toiture ;
- pour préserver la
stabilité du réseau électrique : une option
permet d'en tenir compte. La
puissance éolienne et photovoltaïque mise sur le
réseau et la décharge des stockages sont alors
limitées de façon que la
puissance délivrée par les machines tournantes soit
supérieure à une limite minimale qui préserve la
stabilité du réseau. L'utilisateur indique cette limit
minimale sans dispositif spécifique et de combien un dispositif
spécifique permet de la dminuer : apport d'inertie par des
machines qui ne produisent pas d'électricité ou d'une
autre façon.
Dans
la situation actuelle
une inertie mécanique est apportée par les machines de
production car ce sont des machines tournantes (hydraulique, gaz,
biomasse et nucléaire). Cette inertie est proportionnelle aux
capacités de production couplées au réseau.
Lorsque la capacité éolienne et photovoltaïque
devient importante, l'inertie de machines tournantes couplées au
réseau n'est pas suffisante pour préserver la
stabilité du réseau. Sans apport d'inertie la
capacité minimale des machines tournantes couplées au
réseau est aujourd'hui de l'ordre de 30 GW pour une productoin
de 450 TWh. SimelSP3
suppose que toute la
capacité nucléaire
disponible est
couplée au réseau et que la capacité des CCG et
des
TAC
couplées au réseau est proportionnelle à leur
production.
- pour l'hydraulique
- sans les Steps, qui sont traitées comme un moyen de
stockage tel que les batteries
SimelSP3
distingue une partie "de base", qui
est la moyenne glissante des productions horaires pendant trois
semaines, et une fluctuation, heure par heure, autour de cette
production "de base". La fluctuation est traitée comme un moyen
de stockage. La moyenne glissante sur trois semaines a le même
profil que durant l'année 2013. L'utilisateur introduit la
production annuelle ; la capacité garantie, qui est le minimum
en hiver de la production de base. En tant que moyen de stockage,
l'utilisateur introduit l'ampleur de la flexibilité, en GWh, une
capacité en GW de stockage et une autre de déstockage.
- pour la biomasse solide :
on
introduit la production annuelle et aussi la partie de cette production
qui
est "en base".
La
production à
partir de biomasse est limitée par la capacité de
l'équipement et par la quantité de biomasse. Par
ailleurs, s'il y a peu de nucléaire, cette production sera
sollicitée pour pallier les fluctuations éoliennes et
solaires. C'est pourquoi, SimelSP3
distingue une production en base et une
production pilotable. La production pilotable heure par heure
est proportionnelle à ce qui est fourni par les CCG. Le calcul
de la capacité de production demande la coopération de
l'utilisateur - cf. les commentaires sur la feuille de calcul et
ci-dessous.
-
pour le biométhane : on introduit la production annuelle
à
partir de biométhane ; on introduit aussi le coût du MWh
thermique du
biométhane.
- pour
la production à partir de gaz, fossile ou gaz de synthèse
ou
biométhane : ajouter ou retrancher quelques GW au
résultat du calcul fait par SimelSP3 :
SimelSP3
calcule ainsi la
capacité des moyens de production à partir de gaz,
c'est à dire les CCG d'une part, les moyens de pointe (TACs et
éventuellement groupes électrogènes) d'autre part
: c'est
la différence entre, d'une part, le maximum de la production
horaire
demandée aux moyens pilotables autres que le nucléaire
et, d'autre
part, la diminution du besoin de capacité de production à
partir de gaz
rendue possible par l'ensemble des stockages et des flexibilités
; à
cette différence l'utilisateur peut ajouter une "marge" on faire
l'hypothèse d'une
"défaillance".
SimelSP3 calcule
aussi la différence entre la demande
horaire maximum et la somme a) des
"capacités garanties" par le
nucléaire, l'hydraulique, l'éolien, la biomasse et de b) la baisse
du
besoin de capacité rendue possible par les stockages et les
flexibilités. Ce deuxième calcul peut aider l'utilisateur
à choisir "la
marge" ou la "défaillance".
Sans indication
contraire, le logiciel calcule lui-même la capacité des
moyens de
pointe (TAC et groupes électrogènes). Autre
option : l'utilisateur peut choisir d'ajuster la capacité de
pointe de façon à minimiser les dépenses sachant
que les CCG coûtent plus cher mais ont un meilleur rendement que
les moyens de pointe.
-
pour la production
d'hydrogène qui
produira du méthane pour produire de
l'électricité mise sur le réseau électrique
(procédé P2G2P), la capacité de
l'électrolyse et le rendement du procédé selon que
l'électricité est produite par des CCG ou des TACs.
- pour la production
d'hydrogène qui ne
sert pas à produire de
l'électricité mise sur le réseau électrique, la capacité de
l'électrolyse.
.
Au total, pour la production
d'hydrogène consommée hors réseau électrique,
introduire
la
consommation d'électricité "en base moins la pointe" : ce
qu'elle serait sans effacement
la
capacité de l'électrolyse alimentée par les
"excédents", c'est-à-dire les possibilités de
production éolienne, photovoltaïque et nucléaire qui
ne sont pas consommées directement ou indirectement pour fournir
la consommation finale et la production d'hydrogène "en base
moins la pointe".
- Pour l'exportation ou d'autres
usages : la somme de la capacité des lignes
d'interconnexion vers l'étranger et de
la capacité des installations consommant
l'électricité pour autre chose que la production
d'hydrogène.
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. Les valeurs publiées utilisées sont les
coûts indiqués par RTE pour 2035 auxquelles ont
été ajoutés les coûts de raccordement au
réseau.
- le coût de réseau de l'électricité
intermittente
- le taux d'actualisation
- les coûts du MWh thermique de biométhane et de gaz
fossile
- le coût du CO2
- la valorisation en €/MWh des
excédents du système de production
d'électricité et d'hydrogène c'est-à-dire
les possibilités de production nucléaire, éolienne
et photovoltaïque non utilisées pour la consommation finale
d'électricité et pour la production d'hydrogène
"en base moins la pointe".
- les coûts de production d'hydrogène ; le coût de
transport d'électricité vers l'électrolyse.
Les résultats fournis par
la feuille de calcul
- La production
d'électricité à partir d'énergie fossile,
produite en France ou importée : cette simulation ne dit pas
où l'électricité est produite
- La production d'hydrogène
- Les quantités exportées ou consommées pour autre
chose que la production d'hydrogène en distinguant les
quantités
produites par éoliennes ou photovoltaïque et les
quantités produites par les réacteurs nucléaires
- Les consommations effacées définitivement sans
préavis mais selon un contrat passé avec le consommateur
- Les productions par moyen de production
- Les dépenses annuelles
de
production hors hydraulique ; les mêmes augmentées du
coût du CO2 ou/et diminuées de la valorisation des
possibilités de production excédentaires (tenant compte
du coût marginal de production lorsque ces excédents sont
d'origine
nucléaire)
- Les dépenses par moyen de production et de stockage
- Les dépenses de transport et distribution : le surcoût
selon la
capacité de production éolienne et photovoltaïque
- Les dépenses totales de production d'électricité
et d'hydrogène
- Les éléments permettant de calculer un coût de
production de l'hydrogène comme la différence entre les
dépenses totales avec plus ou moins d'hydrogène -
attentoin : le résultat peut être fallacieux : -
cf. la page
"hydrogène".
- Quelques effets connexes : nombre d'éoliennes,
surfaces occupées par le photovoltaïque.
- Les besoins de flexibilité
Ce que doivent être
la
capacité du stockage, les possibilités de
déplacement de consommation (en GWh) et la modulation de la
production hydraulique (en GWh) pour diminuer le besoin de
capacité
de production (en GW) comme indiqué par l'utiilsateur.
- L'équilibre entre nucléaire et productions
intermittentes :
Pour chacune des six
destinations de l'électricité, la part de
nucléaire et celle des productions intermittentes (éolien
et photovoltaïque). Ainsi pour : 1- la consommation finale, 2- les
quantités "stockées" (au sens large), 3- la consommation
pour produire du gaz de synthèse (procédé P2G2P),
4- la production d'hydrogène consommé hors du
système électrique, 5- les autres utilisation de
l'électrcité, 6- les possibilités
abandonnées.
Les variatons heure par heure de la production nucléaire : le
nombre de fois où l'augmentaton ou bien la diminution de la
production horaire varie en une heure d'une quantité
supérieure à une quantité donnée - par
exemple une production en une heure supérieure ou
inférieure de 7 GWh ou de 5 GWh à celle de l'heure
précdente.
Pour aller
directement à SimelSP3
|
|
retour à la page
d'accueil
Dans ce dossier
-quelques
résultats
Pourquoi
publier cette feuille de calcul
une
notice d'utilisation simplifiée
une notice
d'utilisation
la
feuille de
calcul
la pertinence de ce
modèle de
simulation simplifié
retour à la
page d'accueil
Dans ce dossier
quelques
résultats
Pourquoi
publier cette feuille de calcul
une
notice d'utilisation simplifiée
une notice
d'utilisation
la
feuille de
calcul
la pertinence de ce
modèle de
simulation simplifié
retour à la
page d'accueil
retour à la
page d'accueil
Dans ce dossier
quelques
résultats
Pourquoi
publier cette feuille de calcul
une
notice d'utilisation simplifiée
une notice
d'utilisation
la
feuille de
calcul
la pertinence de ce
modèle de
simulation simplifié
|
relue et
complétée le 15 décembre 2022
Une feuille de calcul : SimelSP3
qui simule un
parc de production d’électricité et calcule
les dépenses de production
Notice technique
- compléments à la notice
simplifiée
voir ici les
améliorations apportées depuis la première
publication
Les
capacités garanties - y compris l'effacement et la
diminution du besoin
de capacité rendue possible par le stockage
Le besoin de capacité de
production à partir de gaz est calculé de deux
façons différentes : ou bien à partir de
chroniques
horaires de consommation et d'activité éolienne, ou bien
comme la différence entre de la consommation de pointe et une
"capacité garantie" - calculée ainsi.
- La
capacité garantie par le nucléaire est calculée
avec le coefficient de disponibilité nucléraire en hiver
- La capacité
garantie par les éoliennes est indiquée par un
coefficient s'appliquant à la puissance installée.
- L'hydraulique des fleuves et des lacs apporte sa contribution de deux
façons : par une production moyenne lissée sur trois
semaines, appelée ici "production de base" et par
une flexibilité autour de cette moyenne. La capacité
garantie est le minimum, en hiver, de la production de base.
- Les steps, les batteries et les
possibilités de déplacement de consommation et la
flexilibilité de la production hydraulique diminuent
ensemble le besoin de capacité de production ; cette diminution
ne peut pas être attribuée à tel ou tel moyen.
L'utilisateur introduit donc une seule valeur, en GW.
- La capacité d'effacement : les électrolyseurs
alimentés sur le réseau s'effacent pendant les heures
où, pour répondre à la demande, il est
nécessaire de produire de l'électricité avec des
TAC. Les consommateurs qui ont déclaré qu'ils pouvaient
s'effacer sont supposés avoir, avant effacement, le même
profil de consommation que la consommation totale.
Les calculs
En quantité
Les chroniques
horaires colonne par colonne
La consommation finale avant
déplacements et effacements est calculée heure par
heure
à partir de la consommation annuelle totale et du profil horaire
de consommation. L'utilisateur a le choix entre 5 options Voir ici.
Avec l'option 4, il introduit aussi la consommation
d'électricité pour le chauffage.
Dans sa version d'origine, SimelSP
calculait heure par heure une
consommation proportionnelle à celle de 2013 avec un coefficient
de proportionnalité qui est selon le choix de l'utilisateur,
ou bien le même toute
l'année si l'utilisateur choisit d'introduire la consommation
annuelle.
ou bien différent
pour six mois frais chauds (du 1er avril au 30 septembre) d'une part,
six mois frais d'autre part.
Les colonnes de
8760 lignes, une par heure
La consommation
Les quantités destinées
directement à la
consommation finale et à la consommation des
électrolyseurs alimentés sur le réseau (y
compris les pertes en ligne) ; ces quantités sont
comptées sans déplacement ni effacement. La consommation
finale est colonne E : elle reprend ce qui est calculé sur la
feuille "chroniques horaires" à partir du profil horaire de
consommation choisi parmis plusieurs possibilités. SimelSP3
ajoute les pertes en ligne, la consommation pour produire de
l'hydrogène "en base moins la pointe" et aussi la consommation
d'énergie qui maintient en
mouvements les masses tournantes ne prodisant pas
d'électricité ou tout autre dispositif dont la mission
est de préserver la
stabilité du réseau : le tout, colonnes E à H.
Les quantités consommées pour
produire de l'hydrogène hors du système électrique
et autre chose, ou pour être exportées, et les
possibilités de production abandonnées sont
calculées dans les colonnes R à AD.
Les moyens de
production
On répartit
les moyens de production
en deux catégories
la
catégorie A : l'ensemble des "moyens de base",
de l'éolien, du photovoltaïque et du nucléaire
la catégorie B : les
moyens de production pilotables de biomasse, de gaz (quelle que soit
l'origine du gaz) ou de fioul.
On appelle ici moyens "de base" l'ensemble
formé de la
partie "base" des
sources thermiques fossiles et non fossiles et la partie "base" de la
production hydraulique. Les moyens "de base" ne sont pas pilotables.
La production hydraulique
est décomposée heure par heure entre
une partie "de base" et une modulation. La partie de base est, heure
par heure, la moyenne mobile sur trois semaines d'une production
horaire qui
serait proportionnelle à la production hydraulique horaire
l'année
2013. La modulation entre dans les quantités "stockées"
ou déstockées"
d'un "stock" formé par les batteries, les Steps, la
flexibilité de la
consommation et celle de la production hydraulique .
La production à partir de biomasse solide
a une
partie "de base". Il peut y avoir une production thermique fossile "de
base" (en cogénération par exemple).
Les productions,
heure par heure, pour la consommation finale et l'électrolyse
"en base moins la pointe"
Les moyens sont appelés dans cet
ordre : les moyens de base, l'éolien et le photovoltaïque,
le nucléaire, le "déstockage", la partie pilotable de la
production à partir de biomasse, les CCG, l'effacement
définitif de la consommation, les moyens de pointe (TACs et
groupes électrogènes).
On rappelle que la capacité de
"stockage" est la somme des capacités, en GWh, des Steps, des
batteries, de la flexibilité de la consommation et de la
flexibilité de la production hydraulique.
- les moyens de base : la production est calculée dans
les colonnes AU à AX
- L'éolien et
le photovoltaïque directement utilisés par la consommation
finale
- possibilités de production
éolienne : elles sont calculées heure par heure sur la
feuille "chroniqus hor". SimelSP3 calcule heure par heure la
possibilité de production
éolienne sur terre en se référant à la
production en 2013 ou en 2012. Les chroniques de l'éolien en mer
sont celles qui ont été retenues dans une étude
faite par une équipe du CIRED. colonne I
- possibilités de production
photovoltaïque : colonne J : proportionnelles
à la production de 2013 dans un rapport qui tient compte de la
capacité
installée et de l’efficacité du
photovoltaïque.
- possibilités de mise sur le
réseau avant de tenir compte de la contrainte relative à
la stabilité du
réseau : elles sont limitées 1- par le
besoin de la consommation (colonne H) et les possibilités de
production de base (colonne AX) 2- par les
limites de la flexibilité de la production nucléaire et 3- par la
limite minimale d'inertie des machines tournantes de production, pour
préserver la stabilité du réseau. Le
résultat est colonne BG.
| - La
stabilité du réseau : préserver un minimum
d'inertie mécanique : la LMCMT : limite minimale de
capacité des machines tournantes
Ou bien on considère que la stabilité
du réseau ne crée pas de contrainte
spécifique ; ou bien on considère que l'inertie des
machines couplées sur le réseau doit être
supérieure à un minimum, la LMCMT : voir case S38 pour le
choix de
l'option.
Cette inertie est exprimée en capacité
de production, en supposant que pour une même capacité,
l'inertie des turbo-alternateurs est la même pour tous les modes
de production.
Dans le cas où cette inertie doit être supérieure
à un minimum, on suppose ici qu'à chaque instant la
capacité
nucléaire
couplée au réseau est la capacité installée
multipliée par le coefficient de disponibilité à
cet instant (quelle que soit la production réelle à cet
instant) et que la
capacité des CCG et des TAC couplées au réseau est
égale à la puissance effectivement
produite (elles sont découplées si elles ne produisent
pas). Une masse tournante connectée sans produire de
l'électricité (c'est-à-dire un compensateur
synchrone) ou encore, éventuellement, des dipostifis
électroniques dits "inertie virtuelle", abaissent la LMCMT. Le
simulateur
indique ce que doit être la LMCMT
sans dispositif spécifique permettant de la réduire ;
l'utilisateur dit de
combien un dispositif spécifique la réduit.
Elle est aussi réduite du montant de l'inertie des moteurs
couplés au
réseau. La LMCMT est calculée heure par
heure colonne BF.
SimelSP3 limite l'accès au réseau de
l'éolien et du
photovoltaïque et la puissance délivrée par le
déstockage de façon à laisser suffisamment de
place aux machines
tournantes pilotables : colonnes BD à BL.
Ce que serait,
sans effacement définitif, le total des productions et
déstockages qui desservent directement
la
consommation finale et l'électrolyse "en base moins la pointe"
est colonne
H. Ce total est la somme de : 1- la production "de base" :
l'hydraulique de base, la biomasse et la production thermique de base, colonne AX ;
2- le
déstockage, colonne S ; 3- une production nucléaire
directement consommée,
colonne M, dont la capacité de production
disponible est colonne AY ; 4- une production à partir
d'éolien et de
photovoltaïque colonne BG ; 5- la production pilotable à
partir de biomasse pilotable et de CCG, colonne AG ; 5-
L'effacement définitif, colonne AM ; 6- la production à
partir de TAC ou goupes électrogènes, colonne
AO. L'inertie, exprimée en
capacité de
production, est égale, exprimée en capacité de
production, à AX+AY+AG+AO. Elle doit
être supérieure à la limite minimum, qui est en BF.
Donc BG<H-BF+AY-M-S.
Comme ces grandeurs dépendent les unes des autres, sur un
tableur excel il faut veiller à
éviter les"références croisées". C'est
pourquoi pour calculer BG à
l'heure n on utilise parfois des valeurs de l'heure n-1. |
- La production nucléaire directement utilisée par la
consommation finale
Elle
est
calculée
en plusieurs temps.
1- la
capacité maximum, compte tenu du coefficient technique de
disponibilité, qui est modulé en cours d'année, et
de la limite d'augmentation de la production d'une heure à
l'autre. Colonnes AY et AZ.
2- la puissance mise sur le réseau est
limitée par la différence entre d'une part la
consommation
et, d'autre part, la somme des quantités produites par
les moyens de base et les
quantités
produites par éoliennes et photovoltaïque et pouvant
être mises
sur
le réseau ; mais la puissance
nucléaire mise sur le
réseau doit être supérieure à un minimum et
respecter des limites de diminution de la puissance heure par heure.
Colonnes K à M.
Calculer une
production nucléaire supérieure à un minimum
Le calcul est un peu compliqué. Il a
été fait pour répondre à des questions
souvent posées à propos des contraintes imposées
à la production nucléaire par la priorité
donnée à la production éolienne et
photovoltaïque.
La production d'électricité a cinq destinations :
consommation directe, mise en stock (y compris la flexiblité de
la consommation et celle de la production hydraulique), processus
P2G2P, électrolyse pour produire de l'hydrogène à
consommer hors du système électrique, autres utilisations
ou exportation. Pour chacune de ces destinations, l'ensemble
éolien et photovoltaïque a la priorité sur le
nucléaire, sous réserve de respecter un limite minimale
de production nuclaire.
La production
nucléaire durant l'heure n doit être supérieure
à (1-p) fois ce qu'elle était l'heure
précédente. Pour respecter la
limite, SimelSP3 procède
ainsi : les cinq destinations de la
production nucléaire sont notées i, de 1 à
5. La production nucléaire pour la destination i doit être
telle que la production durant l'heure n pour l'ensemble des
destinations j telles que j est inférieure ou égale
à i soit supérieure à (1-p) fois la production
pour
les destinations jusqu'à i durant l'heure n-1. C'est un
approximation qui peut conduire à ce que la production
nucléaire soit ponctuellement inférieure au minimum
exprimé en pourcentage de la capacité nominale. Ces cas
isolés sont éliminés : colonnes CR et CS.
- La
production des moyens de catégorie A (voir ici) pouvant être
consommée directement
C'est la somme des possibilités de base (colonne AX) et de tout
ou partie des possibilités de production éolienne et
photovoltaïque (colonne BG) et nucléaire (colonne M). En
tout : colonne BC.
Lorsque les
possibilités de production de catégories A
dépassent les besoins de la consommation
Si les possibilités de production hydraulique et thermique "de
base" (colonne AX), nucléaire (colonne AZ), éolien et PV
(colonnes I et J), au total colonne BB, dépassent les
besoins de la consommation finale et de la consommation
des
électrolyseurs alimentés "en base moins la pointe" -
l'une et l'autre avant déplacement ou effacement (colonne H) -,
alors la
différence est la colonne N :
BB-H
Ce premier "excédent" sera mis en stock ou servira à
autre chose.
La
définition du stockage
:
Ici le "stockage" est la somme des possibilités,
en GWh, des batteries, des Steps et des flexibilités de la
consommation
et de la production hydraulique. Il y a "mise en stock" "ou
déstockage"
lorsque la production hydraulique est supérieure à sa
moyenne glissante
sur trois semaines ou lorsqu'une consommation
d'électricité se fait
avant qu'elle soit réellement utilisée (le cas des
chauffe-eau) ou
encore lorsque les heures de fonctionnement d'une usine sont
modifiées.
La capacité du stockage en GWh est le maximum de la somme
algébrique
des écarts à la moyenne sur N heures consécutives,
quel que soit N.
La production à partir de gaz de
synthèse produit à partir des excédents
(P2G2P) n'entre
pas dans cette
définition du stockage.
|
Lorsque les moyens de production de catégorie A ne suffisent pas à
répondre aux besoins de la consommation
La
colonne O : lorsque la partie des capacités de
production (colonne BB ; voir-ci-dessus) qui peut entrer sur le
réseau (colonne BC) ne suffit
pas à répondre la consommation finale et au besoin de
l'électrolyse "en
base moins la pointe" (colonne H), l'une et l'autre avant
effacement; la différence est colonne O :
c'est H-BC.
Pour équilibrer le réseau
heure par heure : lorsque la valeur inscrite colonne O est positive, la
quantité manquante est
apportée par du
"déstockage" (au sens large donné ici, colonne S), puis
par la part pilotable de la production
à partir de biomasse et les CCG (qui consomment du gaz de
synthèse, du biométhane et du gaz fossile) (ensemble,
colonne AG),
puis par
l'effacement
définitif (colonne AM) et enfin par des TACs (colonne AO).
La pointe : SimelSP3
montre ce qui se passe "à la pointe de la pointe" : nombre
d'heures où la demande faite aux moyens pilotables est
supérieure à un certaine valeur légèrement
inférieure au maximum et quantités, en MWh ,
correspondantes : colonnes CT à CX.
Le recours au
stockage ou au déstockage
Chaque heure, les
quantités susceptibles d'être mises en stock sont colonne
N. L'appel au déstockage est colonne O.
Le débit de stockage ou
de déstockage est limité
par la capacité de charge et de décharge. Ces limites de
débit sont la
somme des débits maximum de chaque composante du stockage.
Les
quantités mises en stock
ou prélevées pendant une heure sont évidemment
limitées par l'état du
stockage au début de cette heure là. L'utilisateur doit
introduire
l'état du stock en début d'année et l'ajuster de
façon qu'il soit égal
à la situation en fin d'année. Le plus souvent, cela
conduit à supposer
que les stocks sont pleins en début d'année.
Si l'utilisateur de SimelSP3
a choisi l'option qui donne une limite minimum d'inertie des machines
tournantes de production (cellule S38), cela peut limiter la
quantité
déstockée chaque heure. Comme le débit de
déstockage dépend lui-même de la puissance
éolienne et
photovoltaïque qui entre sur le réseau, on butte sur des
"références croisées". La difficulté
est surmontée comme expliqué ci-dessous.
Pour éviter
les références
croisées, le logiciel calcule à chaque heure une "marge
d'inertie",
c'est à dire de combien la décharge des batteries aurait
pu être
supérieure à ce qu'elle a été sans violer
la règle d'inertie minimale.
Cette réserve d'inertie peut être utilisée pendant
l'heure suivante.
Cela crée des phénomènes de
"pompage" qui sont évités si l'on
retient, à chaque heure, la moyenne des "réserves
d'inertie" des deux
heures précédente.
|
- La
production à partir de gaz et de biomasse pilotable, et
l'importation
La
capacité de production à partir de gaz :
CCG et TAC et l'importation
La somme de la capacité de production
à partir de gaz et d'importation (cellule R62) est la
différence entre, d'une part, le maximum de la colonne O (cellule R81) et, d'autre part, la
somme de la capacité de production à partir de biomasse
pilotable (voir ci-dessous, cellule
AG124), de la capacité effaçable
définitivement (cellules Q53 et S52,) et de la diminution du
besoin de capacité rendue possible par le stockage (cellule K56)
si elle est supérieure à la somme des débits de
déstockage (cellule K55). Ce résultat peut être
modifié en introduisant soit une marge soit une
défaillance (cellule Q55).
SimelSP3 calcule aussi le besoin de capacité de production
à partir de gaz en supposant que laproduction éolienne
est quasiment nuelle lorsque la consommation est maximale.(cellule M78)
Une
autre
version de
ce simulateur permet
d'utiliser les chroniques de consommation et les
chroniques d'activité éolienne des années 2012
à 2017, ce qui permet 36
combinaisons. La consommation de 2012 combinée à
l'activité éolienne de 2015 (extrêmement faible
certains jours d'hiver) conduit
à penser que la capacité de production
calculée en supposant que
la production éolienne est nulle lorsque la consommation est
maximum) et sur la base de l'année 2013 est suffisante.
On peut également construire d'autres chroniques de consommation
à partir de celles qui ont été
élaborées par l'ADEME
Cela donne une indication mais ne remplace pas, bien sûr,
l'observation d'un très grand nombre de chroniques
selon une méthode "Monte Carlo".
|
Si l'importation est nulle, l'utilisateur
peut introduire la capacité des TAC ou laisser SimelSP3
répartir cette capacité de production entre CCG et
TAC (option 1 ou 2 cellule N55).
Les
productions à partir de biomasse pilotable, de CCG et de TAC
La capacité de production pilotable
à partir de biomasse solide ayant été
trouvée comme dit ci-dessous, SimelSP3 calcule les
productions horaires à partir de biomasse pilotable (colonne AH)
et la production à partir de CCG (colonne A J) en
répartissant heure par heure le total de ces productions
(colonne AG) en proportion de la capacité de production
pilotable à partir de biomasse et de la capacité des CCG.
Le cas de la biomasse solide
Il n'est pas assurément utile qu'un simulateur simplifié
distingue une biomasse solide pilotable et une biomasse solide non
pilotable ; cela a été fait car je ne pense pas qu'une
biomase solide soit facilement pilotable.
SimelSP3
distingue une production à partir de biomasse solide
qui est "en base", et une autre qui est pilotable, ce qui crée
quelques
difficultés de calcul car, contrairement au gaz, la ressource en
biomasse solide est limitée. L'utlisateur
introduit la production totale à partir de biomasse cellule M41,
dont la production en base, cellule M43.
SimelSP3
commence par calculer heure par heure le total de la production
pilotable à partir de biomasse et de gaz (quelle que soit
l'origine du
gaz) et des quantités effacées : colonne AF,
différence entre la
colonne O (ce qui manque) et S (ce qui est restitué par le
"stockage"). Puis, sur une hypothèse de
capacité de production totale à partir de biomasse
- introduite par l'utilisateur en AE125, -
SimelSP3 calcule
la capacité de production pilotable à partir de biomasse comme
la différence entre la capacité totale et la
capacité de production de base (calculée à partir
de la production
annuelle en base, introduite cellule M43, avec un facteur de charge
de 8760 h par an) ; puis il calcule ce que serait alors la
capacité
de
production totale des CCG (dont la capacité est donnée
par ailleurs cf.
ici)
et de production pilotable à partir de biomasse : c'est le
maximum de
la production horaire. Puis il calcule heure par heure ce que serait
la production avec une telle capacité (colonne AG) et
la répartit entre l'un et l'autre à proportion des
capacités de
production qui ont servi à faire le calcul. Le maximum horaire
de la
production pilotable à partir de biomasse indique ce que doit
être la
capacité de production. A partir de là, SimelSP3 indique
en case AE124 une capacité de production à partir de
biomasse. L'utilisateur de SimelSP3
ajuste la capacité de production introduite en AE125 de
façon qu'elle soit égale à la valeur
calculée en AE124.
|
- L'effacement
définitif de la
consommation finale - colonne AN
L'effacement définitif intervient
après le déstockage et la production à partir de
biomasse et de CCG. Chaque heure, il est inférieur
à une
valeur proportionnelle à la consommation totale pendant cette
heure et
à la capacité effaçable maximum.
L'hypothèse est faite que le profil de cette consommation
très partiellement effaçable est le même que celui
de la consommation en général.
SimelSP3 calcule
par ailleurs, heure par heure, l'effacement des électrolyseurs
alimentés en base sur le réseau.
- La production des
TACs
SimelSP3
calcule chaque heure, colonne AO, la somme de la production des TACs et
des quantités qui sont déchargées du "stockage" pour écrêter
les pointes de ce qui est demandé aux TACs si les moyens de
stockage sont suffisamment chargés avant qu'on en ait ainsi
besoin. SimelSP3
ne représente pas cette recharge avant les pointes car, pour
lui, les stocks sont rechargés seulement par le
nucléaire, l'hydraulique, l'éolien et le
photovoltaïque. Mais, on l'a vu, la diminution du besoin de
capacité de production est introduite par l'utilisateur. Les
quantités déstockées pour écrêter la
pointe de la production à partir de gaz sont faibles ; avant
d'être déstockées, ces quantités ont
été produites en totalité à partir de gaz.
Elles sont calculées colonne CU. Elles sont très faibles.
Lorsque
les possibilités de production de catégorie
A dépassent ce qui peut aller directement à la
consommation
Les moyens de production de catégorie A sont les moyens autres que
les moyens pilotables à partir de gaz et de biomasse. Leurs
possibilités de production est colonne BB. Ce qui est
directement utilisé par la consommation finale et de
l'électrolyse "en base moins la pointe" est en BC.
Appelons ici "surplus" la
différence, heure par heure, entre BB et BC.
Chaque heure, selon SimelSP3, le
surplus a cinq destinations possibles : dans l'ordre :
recharger les stocks (ici la
définition du stockage),
produire de
l'hydrogène qui servira à poduire du méthane
pour produire de l'électricité, procédé
P2G2P, dans la limite de la
capacité de de procédé - introduite par
l'utilisateur cellule N50.
produire de
l'hydrogène qui sera utilisé hors du système
électrique
un autre usage
ou l'exportation.
être
abandonné.
Stockage et P2G2P - possibilités de
production excédentaires
Il est habituel de considérer le
procédé P2G2P comme un moyen de "stockage".
Cela se comprend dans la mesure où, comme le stockage, il permet
de
mettre un écart entre le moment où
l'électricité est produite et le momeni
où elle est consommée. Néanmoins le stockage
et le P2G2P ont des
caractéristiques très différentes. Chaque moyen de
stckage est
d'abord limité, vu
son coût, par une limite de capacité en GWh qui lui est propre. Ces
moyens ont aussi des limites de puissance de stockage et de
déstockage
qui leur sont propres. La limite du P2G2P qui lui est propre est une
limite de capacité en GW et sa
limite en GWh ne dépend pas de lui mais de l'ensemble du
système de
production et de consommation d'électricité et
d'hydrogène. Par
ailleurs, comme déjà dit,
la capacité du stockage, en GWh, inclut les flexibilités
de la
consommation et de la production hydraulique, limitées
elles-mêmes,
comme les batteries et les Steps, en GWh et en GW.
|
Dans
chaque cas SimelSP3 calcule
les quantités venant des éoliennes ou photovoltaïque
d'une
part, de nucléaire d'autre part. La priorité est
donnée à l'éolien et
au photovoltaïque tout en respectant les limites de
flexibilité du
nucléaire : colonnes BN à CF. Voir ici comment est
traitée la
limite de variabilité de la production nucléaire
On calcule alors les possibilités
de production abandonnées, la production nucléaire totale
et la production éolienne et photovoltaïque totale.
- La
variabilité de la production d'hydrogène et les
besoins de stockage d'hydrogène :
Les colonnes BT à BV calculent le nombre de fois où la
production varie en une heure d'une quantité supérieure
à une valeur donnée.
- Le besoin de stockage d'hydrogène : case
L82. SimelSP3
calcule
ce que doit être la capacité de stockage
d'hydrogène pour une livraison
d'hydrogène à flux consant : colonnes BW à BZ. Il
calcule heure par
heure la consommation totale d'électricité "sur
excédents" et en "base
moins la pointe" puis il en retire, heure par heure, une livraison
constante, puis il calcule les quantités contenues dans un
stockage
virtuel de contenance nulle - certaines valeurs sont donc
négatives ;
il note la valeur maximale et la valeur minimale des quantités
contenues par ce stock virtuel. La différence entre les deux
permet de calculer ce que
doit être, au minimum, la contenance d'un stockage réel,
en comptant les pertes en ligne de l'électricité et le
rendement de l'électrolyse.
Le calcul des dépenses
Introduire le taux d’actualisation
(cellule P67)
Une "banque de coûts" est
donnée en feuille 2. Il est facile de "copier-coller" dans la
feuille de calcul le jeu d'hypothèses de son choix, ou
d'introduire d'autres hyothèses
- Pour nucléaire, éolien sur
terre ou en mer, PV
sur sol, PV sur toiture, production à partir de
biomasse,
déplacement
de consommation, batteries, électrolyse et méthanation et
aussi
production à partir de CCG ou de moyens de pointe et enfin
apport d'inertie sans production d'électricité, SimelSP3 calcule
le
montant de
l’investissement, une annuité
constante
représentant ce montant, les frais fixes annuels, les frais
variables et les
dépenses totales.
- Pour la production à partir de gaz
(gaz fossile ou biométhane) par des CCG et des TAC, le
coût variable est une moyenne pondérée du
coût de biométhane et du coût du gaz fossile (hors
CO2). Ce coût variable est calculé par SimelSP3.
- Introduire aussi, à titre
indicatif, un surcoût de réseau de distribution
causé par l'intermittence lorsque la capacité des moyens
éolien et PV dépasse 30 GW.
- Le coût du MWh par moyen de
production, LCOE : pour chaque
moyen de
production ou de stockage SimelSP3
calcule
un coût du MWh. C'est le montant des dépenses
rapporté aux possibilités de production. Le coût
au MWh du processus P2G2P, avec ou sans passage par la production de
méthane,
aide à calibrer la capacité de l’électrolyseur.
- Le coût de production
d'hydrogène consommé hors du système
électrique
Ce coût peut être calculé
de deux façons différentes : ou bien directement à
partir des coûts fixes et du coût de
l'électricité payé par l'électrolyse ou
bien comme la différence des dépenses totales de
production d'électricité et d'hydrogène avec une
même consommation finale d'électricité et plus ou
moins d'hydrogène.
Avec la première option, il faut connaître le coût
de l'électricité payé par l'électrolyse et
aussi le facteur de charge de l'électrolyse (introduits sur la
feuille 2). Avec la seconde option, il suffit de connaître les
dépenses fixes de l'électrolyse (le montant de
l'investissement est introduit sur la feuille 1, case N77). Dans les
deux options, il faut aussi introduire le rendement de
l'électrolyse et les dépenses d'acheminement de
l'électricité (sur la feuille 2).
Selon la première option, SimelSP3
calcule les dépenses à partir du coût de
l'électricité, du facteur de charge et de
l'efficacité de l'électrolyse.
Selon la seconde option, SimelSP3
calcule les dépenses totales de production
d'électricité et d'hydrogène en ajoutant aux
dépenses de production d'électricité les
dépenses fixes de production d'hydrogène, le coût
marginal de l'électricité consommée et les
dépenses d'acheminement de l'électricité et en
retranchant la valorisation de l'électricité
excédentaire.
Une "calculette" permet de calculer aisément le coût de
production de l'hydrogène évalué en comparant deux
situations où la consommation finale d'électricité
est la même et avec plus ou moins d'hydrogène : il suffit
de recopier "à la main" les dépenses totales (case R77)
et la production d'hydrogène (case M82) de chaque situation. Le
coût de l'hydrogène est donné case R93. La
calculette est dans le pavé des cases de N88 à R93.
Note sur
l'efficacité de l'électrolyse "sur excédents"
L'efficacité d'une électrolyse dépend
de la régularité de son alimentation en
électricité. SimelSP3
calcule la variabilité de l'alimentation, ce qui donne des
éléments pour mieux approcher le coût de production
de l'hydrogène.
Note concernant le coût du nucléaire :
L'utilisateur introduit les données qu'il
estime justes. Pour le nouveau
nucléaire, on calcule le coût total, y compris
l'investissement initial, les futurs travaux de jouvance et les
coûts de
démantèlement (notés en valeurs actuelles avec un
taux d'actualisation prudemment fixé à 2% comme le
recommande la Cour des comptes) et on les rapporte à la
durée
de vie prévue. Pour le nucléaire existant, il est plus
exact de retenir seulement les dépenses futures et une
durée de
vie, à partir d'aujourd'hui, de 15 ou 25 ans. On peut
utiliser le logiciel permettant de calculer
le coût du MWh nucléaire.
|
|
La pertinence du
modèle
Une constatation :
Ce modèle réplique fort bien les quatre
scénarios publiés par RTE - depuis le printemps
2018 jusqu'en 2023.
SimelSP
calcule la production à partir de gaz comme la
différence,
heure par heure entre la
consommation et la part des
possibilités de production autres que le gaz qui peut entrer sur
le réseau. C'est-à-dire la différence entre des
nombres qui, sur une année sont des centaines de terawatt-heure.
En reprenant les hypothèses de RTE, SimelSP
retrouve des valeurs qui en diffèrent de moins de 10 TWh. |
Dans ce dossier
-
une présentation de la
feuille qui calcule n'importe quel parc de production
- la pertinence de SimelSP3
- la
feuille de
calcul
- une notice technique
retour à
la
page d'accueil
retour à
la
page d'accueil
La
nouvelle
variante SimelSP2
|
Commentaires sur
les limites et la pertinence de ce
modèle
Les limites de SimelSP
- SimelSP3
équilibre fourniture et consommation au pas horaire ; il ne
reflète donc pas les fluctuations à l'intérieur
d'une heure.
- SimelSP3
ne recherche pas lui-même des optimums. C'est l'utilisateur qui
les recherche en faisant des essais. Chaque essai demande seulement
quelques secondes et il n'est pas nécessaire de rechercher la
situation exactement optimale car les optimums sont assez "plats".
- Il calcule les dépenses en situation stabilisée ; il ne
donne donc pas directement la somme des dépenses pour passer
d'une situation à l'autre mais il donne la possibilité de
les calculer aisément.
- Pour la gestion de l'eau des lacs, qui est très difficile
à modéliser, il retient l'hypothèse que la moyenne
glissante des productions horaiere sur trois semaines est la même
que durant l'année 2013 et que la production réelle peut
s'écarter de cette moyenne dans une certaine limite.
- Il ne reflète pas très didèlement les mouvements
de stockage-déstockage pour deux raisons. 1- les stocks ne sont
pas rechargés par de l'électricité produite
à partir de gaz alors que dans la réalité ils
peuvent être ainsi rechargés pour être bien
chargés au moment des plus fortes "pointes", de façon
à diminuer le besoin de capacité de production à
partir de gaz.
Cela n'a pas d'effet sensible sur les résultats annuels. 2-
comme l'inertie des CCG et TAC est fonction de leur production, la
décharge des stocks est limitée de façon à
leur laisser suffisamment de place pour apporter l'inertie dont a
besoin la stabilité du réseau. Le calcul oblige à
s'écarter un peu de la réalité sans guère
affecter les résultats annuels. Cela n'empêche pas de
connaître heure par heure l'évolution de la puissance
demandée aux moyens pilotables, y compris le déstockage.
La pertinence du modèle
et ses possibilités
SimelSP3
comme la version précédente Simel SP2 réplique
bien la situation actuelle, les
scénarios de RTE (depuis le printemps 2018 jusqu'en 2023) et
ceux de l'ADEME (2017),
ceux d'une étude datant de 2019 faite par le FAERE sur une
production sans
nucléaire ni émission de CO2 et qui a fait l'objet d'une
publication à la fin de 2020.
SimelSP3 calcule
l'effet su le besoin de capacité de production à partir
de gaz des stockages et des flexibilités de la consommation et
de le production hydraulique.
Il
permet d'étudier des jeux d'hypothèses que ne
calculent pas les instances officielles.
Il permet de calculer le coût de production de l'hydrogène
- comme la différence de dépenses de production
d'électricité et d'hydrogène selon que l'on
produit plus ou moins d'hydrogène.
C'est tout le contraire d'une boîte noire : tous les flux,
production, consommation, stockage, sont visibles heure par heure ;
toutes les formules mathématiques sont visibles.
Comme il est publié, il peut être discuté et -
surtout- il peut servir d'instrument dans les débats sur
l'avenir de l'électricité.
Dans d'autres versions ... voir ici
Les principales modifications
apportées à cet outil de simulation du
système électrique
mars 2024
La notice a été relue et échenillée. Sur
l'utilisation de la biomasse, les calculs ont été
ôtés de la première page.
février 2024
On introduit sur la feuille 1 le rendement de l'électrolyse qui
produit de l'hydrogène consommé hors du système
électrique (il était introduit en feuille 2). Le calcul
du coût de production du MWh d'électricité (cases O
et R 71) a été revu.
septembre 2023
Le calcul des dépenses de production à partir de
gaz a été revu. La production des CCG et celle des TAC
est faite avec du gaz fossile et du biométhane. Le coût du
gaz tient compte de la proportion de gaz fossile et de
biométhane. Une erreur sans grande incidence a été
corrigée.
mai 2023
Le calcul du besoin de capacité de stockage d'hydrogène a
été complété pour inclure le besoin de
stockage de l'hydrogène produit "en base moins la pointe". Le
coût d'investissement de l'électrolyse est introduit par
l'utilisateur sur la première feuille (et non plus sur la
feuille 2). Le calcul des dépenses fixes de production
d'hydrogène a été revu.
janvier 2023
La mise sur le réseau du simulateur a connu quelques
problèmes techniques qui l'ont légèrement
déformé. Les défauts ont affecté le calcul
de la demande de pointe et celui de la capacité de stockage qui
diminue le besoin de capacité de production à partir de
gaz. Ces défauts ont été corrigés.
décembre 2022
La façon dont SimelSP3 tient
compte des limites de flexibilité de la production
nucléaire a été corrigée. Rien de
changé pour répondre directement à la demande
finale. Mais des modifications ont été apportées
dans le calcul des productions nucléaires mises en
stock ou consommées par le processus P2G2P ou produisant de
l'hydrogène pour
consommation hors du système électrique our d'autres
usages (dont l'exportation). La notice technique a
été réécrite.
début décembre 2022
Dans SimelSP3,
il est précisé que les limites de la flexibilité
du nucléaire s'appliquent à la production
nucléaire consommée directement par la consommation
finale. La production nucléaire totale respecte la limite
d'augmentation de puissance en une heure mais elle ne respecte pas la
limite de diminution de puissance en une heure. Pour
représenter cette limite, il faudrait pouvoir limiter
l'utilisation des possibilités de production
excédentaires de l'éolien et du
photovoltaïque. A faire.
octobre 2022
SimelSP3,
est légèrement modifié :
dans la production hydraulique, la distinction entre une production "de
base" et les modulations autour de cette production de base est faite
dans la page 1, ce qui simplie beaucoup la page "stockage". Par
ailleurs, sur la page 1, on distingue les Steps et les
possibilités de modulation de la production hydraulique.;
l'utilisateur introduit non plus des temps de charge ou de
décharge mais la puissance maximum de charge ou de
décharge.
septembre 2022
La notice technique est complétée pour présenter SimelSP3.
Cette variante calcule ce que doit être (en GWh) l'ensemble
formé du stockage, des possibilités de
déplacement de la consommation et de la moudlation de la
production hydraulique pour diminuer
le besoin de capacité de production comme indiqué par
l'utilisateur.
Sur SimelSP2: on a remplacé l'expression "puissance
garantie par le stockage" par "diminution du besoin de capacité
de production ou d'importation" et l'utliisateur introduit une seule
valeur pour l'ensemble des moyens de stockage et des
possibilités de déplacement de la consommation.
février 2022
SimelSP2 calcule ce
que doit
être la capacité de stockage d'hydrogène pour
livrer
un flux constant d'hydrogène produit sur excédents.
janvier 2022
une amélioration
significative : les "excédents" peuvent être
employés de deux façons
différentes : pour produire de l'hydrogène
consommé hors du système électrique ou d'une autre
façon, exportation ou autre. On appelle ici "excédent"
les possibilités de production nucléaire, éolienne
et photovoltaïque qui dépassent ce qui est
consommé pour répondre à la demande de la
consommation finale et de l'électrolyse alimentée "en
base moins la pointe" - voir ci-dessous à "avril 2021". Le
calcul des dépenses totales de production
d'électricité et d'hydrogène a été
revu ; il tient compte de la valorisation de la partie des
"excédents" qui n'est pas utilisée pour produire de
l'hydrogène. Quelques lignes permettent de calculer le coût de production de
l'hydrogéne comme la différence de dépenses
totales de productoin d'électricité et d'hydrogène
avec plus ou moins d'hydrogène.
décembre 2021
la notice technique a été modifiée pour
présenter la nouvelle version SimelSP2 .
octobre 2021
Trois nouvelles colonnes permettent d'étudier la pointe de ce
qui est demandé aux moyens pilotables : pour diminuer de n GW la
capacité de pointe demandée aux moyens pilotables en
supposant qu'il n'y a pas d'effacement définitif, SimelSP2
calcule ce que doit être la capacité de stockage par Steps
batteries et déplacement de consommation, ces derniers
étant traités comme des batteries. Cela permet
d'évaluer la capacité en GW que peut garantir une
contenance de batteries, en GWh.
septembre 2021
On publie une variante SimelSP2
qui propose plusieurs profils horaires de consommation et offre
à l'utilisateur la possibilité d'introduire une chronique
de consommation qu'il aura copiée ailleurs ou
élaborée lui-même.
avril 2021 :
On peut ajouter à la consommation finale une consommation
servant à produire de l'hydrogène. On suppose que cette
consommation est constante sauf qu'elle s'efface lorsque il est
nécessaire, pour répondre à la consommation
finale, de faire fonctionner des TAC ; c'est production "en base lmoins
la pointe". Cette possibilité
d'effacement s'ajoute à celle de la consommation
d'électricité par l'industrie ou le chauffage hybride. Si
une part des possibilités de production excédentaires est
utilisée pour produire de l'hydrogène, Simel SP calcule
les dépenes totales de production d'électricité et
d'hydrogène.
mars 2021
On distingue la production à partir de biomasse et la production
à partir de biogaz ; cela permet de tenir compte du fait que le
coût de l'énergie consommée et le coût des
moyens de production sont dans un cas et dans l'autre très
différents.
- février 2021
Ce qui a trait à la production à partir de biomasse ou
biogaz est simplifié.
- septembre 2020
Une feuille "coûts" donne diverses hypothèses sur
les composantes du coût du nucléaire, de l'éolien
et de photovoltaïque. On y a ajouté les valeurs
médianes des hypothèses faites par RTE pour
l'année 2050.
Sur la "feuille 2", se trouve le calcul du coût de production
d'hydrogène et de méthane.
- juin 2020
Quelques colonnes ont été ajoutées pour aider
à calculer ce que doit être une capacité de
stockage (en GWh) pour diminuer la capacité de production
à partir de gaz (en GW), c'est-à-dire pour réduire
la pointe de ce qui est demandé à l'ensemble des
moyens pilotables. : colonnes BK à BO.
- mai 2020
Le besoin de déstockage dépend de la puissance
délivrée par les éoliennes et photovoltaïque
et le déstockage doit être limité de
façon à laisser aux machines tournantes de
production assez de place pour préserver la stabilité du
réseau. Il se crée parfois des
oscillations qu'il faut amortir.
-avril 2020
Le besoin d'inertie pour stabiliser le réseau est
représenté par une limite minimale de capacité des
machines tournantes couplées au réseau. Pour le
nucléaire, on retient la capacité disponible quelle que
soit la production effective ; pour la
production à partir de gaz, on fait l'hypothèse que la
capacité couplée au réseau est proportionnelle
à la puissance effectivement délivrée. Avant cette
correction, SimelSP supposait que l'inertie du nucléaire est
proportionnelle à sa production. Une autre version suppose que
l'inertie des CCG est proportionnelle à la capacité
installée.
D'autre part, le simulateur calcule la variation, heure par heure ou
sur
des périodes de 4 heures, de la puissance demandée au
nucléaire.
- mars 2020
Les productions éoliennes sur terre et en mer sont
calculées selon deux profils horaires de production
différents.
Une feuille est ouverte pour donner une banque de coûts de
production. Il est facile de les introduire dans la feuille de calcul
par un simple copier- coller.
- décembre
2019
Sur la gestion de l'eau des lacs, on a conservé l'option -
irréaliste - selon laquelle la gestion se fait sous la
seule contrainte de la production totale en un an car cette option est
utile
pour "encadrer" ce qui est possible. Mais cette option
n'apparaît plus sur le premier écran (elle apparaît
lignes 121-123 colonnes N à P).
Le calcul de
l'apport d'inertie des équipements qui consomment de
l'électricité a été
légèrement modifié, mais cela n'a qu'un effet
marginal.
- novembre 2019
Dans les quantités exportées ou consommées en
France hors du système électrique (pour produire de
l'hydroène ou de la chaleur notamment), on distingue ce qui a
été produit par les éoliennes et le
photovoltaïque d'une part, par le nucléaire d'autre part.
C'est utile pour pouvoir compter dans les dépenses le coût
marginal de production de l'électricité nucléaire.
On peut vouloir produire du gaz méthane à partir
d'éoliennes et de
photovoltaïque au-delà de ce dont on a besoin pour produire
de l'électricité. L'outil de simulation calcule la
production de gaz disponible hors du système électrique.
A
partir de là, il est très facile de calculer le
coût de production de ce gaz de synthèse.
- octobre 2019
La stabilité du
réseau électrique : elle est
assurée désormais par un
minimum d'inertie mécanique, ce qu'il est très
facile de se représenter. Aujourd'hui, avec le niveau de
consommation actuel, si le réseau français était
isolé ce minimum serait égal à l'inertie des
machines tournantes produisant 30 GW. On suppose que le réseau
français apporte au réseau européen une inertie
conrrespondant à la consommation française.
L'accès au réseau de l'éolien et du PV est donc
limité de façon à laisser la place à une
production de 30 GW par des machines tournantes. C'était une approximation car
l'inertie des machines tournantes couplées au réseau
dépend de leur capacité de production, non de leur
producion ; cela a
été corrigé en avril 2020.
Si la capacité de celles-ci est inférieure, il est
possible d'apporter une inertie complémentaire.
- juillet 2019 :
Une "banque de coûts
de production" : sur une nouvelle feuille, on a
reporté les
composantes du coût de production 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 autre en
été ; on calcule, heure par heure la quantité
effaçable . La consommation est effacée lorsque les CCG,
après le déstockage, et tous les moyens de production
sans
émission de CO2,
ne suffisent pas à répondre à la demande.
L'effacement définitif intervient entre les CCG et les TAC.
- décembre 2017 :
Production à partir
de bioénergie : on distingue une partie "production de
base"
indépendante de la consommation et des productions
éolienne et PV et une partie "pilotable", qui sert à
compléter les productions hydraulique, éolienne, PV,
nucléaire et bioénergie de base, au même titre que
les
déstockages et la production à partir de gaz.
Production à partir
de gaz : on introduit une production "de base" à partir
de gaz : aujourd'hui, c'est la production en
cogénération, qui ne dépend pas des besoins du
système électrique.
- septembre 2017 :
Pour la
stabilité du réseau la part de l'éolien et
du PV est limitée à un pourcentage qui dépend du
niveau de la consommation. Trois options sont proposée selon que
cette limite est celle d'aujourd'hui ou qu'elle est plus ou moins
repoussée. Cela a été modifié en
octobre 2019.
Le coefficient de
disponibilité du nucléaire est modulé
selon la saison.
Pour la gestion de l'eau
des lacs on propose deux options : ou bien elle se fait
sous la seule contrainte de la production totale annuelle (en ignorant
les limites de flux et de contenance des lacs) ou bien
elle est semblable, heure par heure, à celle de l'année
2013. La première option est
irréaliste mais
elle permet de connaître heure par heure la puissance
demandée à l'ensemble des moyens pilotables.
18 mai 2017 :
Première publication de l'outil de simulation du système
électrique
|
L'évolution de
SimelSP : SimelSP2, SimelSP3, et futures variantes
La
version initiale SimelSP
Pour le profil horaire de la consommation, SimelSP propose deux
options :
L'une et l'autre s'appuient sur les consommation finales heure par
heure observées en 2013
option 1 : on
introduit la
consommation annuelle en
nombre de TWh
option 2 : on introduit un
pourcentage d'augmentation par rapport
à aujourd'hui pour les six mois frais et un autre pour l'autre
semestre
SimelSP
reste
accessible ici car plusieurs
jeux d'hypothèses
présentés sur ce site ont été
réalisés avec cette version du simulateur.
Une nouvelle variante, SimelSP2 pour pouvoir choisir le
profil horaire de consommation
L'utilisateur introduit la
consommation anuelle et, pour ce qui est du profil horaire, a
plusieurs options.
Ou bien le profil horaire est celui de l'année 2013 ;
ou bien il est celui de l'année 2012 ;
ou bien il est celui de la chronique horaire élaborée
par l'ADEME pour sa "vision 100% renouvelable" ;
ou bien, quatrième option, l'utilisateur introduit, en plus de
la consommation annuelle totale, la consommation
d'électricité pour le chauffage ; la chronique horaire
est construite à partir de la chronique de l'ADEME en appliquant
heure par heure un facteur multiplicateur d'une part à la
consommation pour le chauffage et d'autre part aux autres utilisations
de façon que la consommation totale et la consommation pour le
chauffage soient égales aux valeurs introduites par
l'utilisateur
;
enfin, cinquième option, l'utilisateur peut introduire la
chronique horaire de consommation qu'il aura recopiée ailleurs
ou construite lui-même.
Voici
le
lien vers SimelSP2 ou, plutôt vers SimelSP3
La nouvelle
version SimelSP3
pour représenter le système
électricité-hydrogène et calculer l'ensemble des
dépenses de production
et pour
mesurer l'effet, sur le besoin de
capacité de production,
du stockage et de la flexibilité de la
consommation et de la production hydraulique
Un
système intégré de production
d'électricité et d'hydrogène
Simel SP3 simule deux utilisations
différentes des excédents. L'une d'entre elles est la
production d'hydrogène. De plus, il distingue la consommation
finale et une consommation pour produire de l'hydrogène à
puissance constante sauf lorsqu'il faut faire fonctionner les
TAC. Il calcule les dépenses fixes de production
d'hydrogène et les dépenses totales de production
d'électricité et d'hydrogène. La comparaison des
dépenses pour une même consommation finale et plus ou
moins d'hydrogène permet de calculer le coût de production
de l'hydrogène. Ces calculs sont sur la "feuille 2".
Un
moyen de calculer dans quelle mesure la flexibilité de la
consommation, celle de la production hydraulique, les batteries et les
Steps diminuent ensemble
le besoin de capacité de
production partir de gaz (ou de fioul)
SimelSP3
calcule ce
que doit être le total, en GWh, de la capacité des
stockages, des
possibilités de déplacement de consommation et de la
flexibilité de la production hydraulique pour
qu'ensemble ils diminuent le besoin de capacité de production de
moyens pilotables
(en GW) comme indiqué par l'utilisateur. Ensuite
l'utilisateur introduit
lui-même les possibilités du
stockage par Steps ou batteries et des déplacements de
consommation (en GWh) et, pour chacun, les débits de charge et
de décharge (en GW). La flexibilité de la production
hydraulique (fleuves et lacs) et la capacité des Steps sont
comptées séparément.
La "flexibilité" de la production hydraulique est, chaque heure,
la différence entre la production horaire et
la moyenne glissante des productions horaires pendant trois semaines.
La
flexibilité de la production hydraulique fournit au
système électrique le même service qu'une
capacité de stockage.
Pour cela, une feuille ad hoc
est
ajoutée, la feuille "stockage".
La flexibilité de la consommation a le même effet qu'une
capacité de stockage. Connaissant la baisse du besoin de
capacité de production
pilotable, que l'utilisateur introduit case K56, SimelSP3
calcule une capacité de "stockage", c'est-à-dire
ici la somme des
capacités de stockage et de
l'amplitude de la flexibilité de la production hydraulique et de
la consommation, le tout exprimé en GWh. L'utilisateur
répartit
cette somme entre les moyens : flexibilité de la consommation,
batteries et Steps et
flexibilité de la production hydraulique.
La feuille 1 est légèrement modifiée : la
production hydraulique (fleuves et lacs) heure par heure est
décomposée en deux parties : une partie "de base" qui est
la moyenne glissante sur trois mois des productions horaires
calculées avec le même profil horaire que pendant
l'année 2013 et une partie "flexible" qui est la
différence entre la production horaire ainsi calculée et
la moyenne glissante des productions horaires.
La colonne O donne alors ce qui est demandé à l'ensemble
formé par le "stockage" défini ci-dessus, la partie
flexible de la production à partir de gaz et l'effacement
définitif. La valeur horaire
maximum, notée en R80 donne donc ce que devrait être la
capacité de production à partir de gaz en l'absence de
tout moyen de "stockage".
Les étapes du calcul sont les suivantes - feuille "stockage"
- La colonne D est la copie de la colonne O de la feuille 1 : heure par
heure, ce qui est demandé à l'ensemble des productions
pilotables autres que le nucléaire, au déstockage et
à l'effacement définitif.
- La case E12 donne la capacité de production à partir de
gaz : c'est la difféence entre ce qu'elle serait en l'absence de
stockage et la diminution du besoin de capacité rendu possible
par le "stockage".
- On suppose qu'il existe une capacité de stockage de grande
capacité ; on
introduit cette capacité, en GWh : c'est un intermédiaire
de calcul ; sa valeur n'a pas d'incidence sur le résultat, si du
moins elle est d'une taille suffisante. En revanche les puissances de
charge et de décharge sont celles des moyens réels de
"stockage" au sens large, c'est à dire la somme des puissances
de charge et décharge de la flexibilité de la
production hydraulique et de la consommation, des batteries et des
steps.
- Heure par heure, le stockage est chargé par les
possibilités de production de base et à partir de gaz qui
ne sont pas
utilisées par la consommation, cela dans la limite de la
capacité de charge ; cette quantité est
multipliée par 0,8 pour tenir compte des pertes de
charge-décharge : colonne I.
- Lorsque ces capacités de production sont inférieures
à la demande, le stockage est déchargé de la
différence dans la limite de sa capacité de
décharge, colonne J.
- Heure par heure, les quantités déchargées sont
diminuées des quantités mises en stock - colonne K.
- Dans les colonnes L et suivantes, heure par heure sont
indiquées les sommes glissantes de plusieurs heures
consécutives : 2 heures, 3 heures, 6 heures, 12 heures, 17
heures, 24 heures et jusqu'à 6 mois. Dans les sommes
glissantes des premières heures ou premiers jours de
l'année, figurent les valeurs des dernières heures ou
derniers jours de l'année.
- Pour chaque laps de temps est indiqué le maximum. De colonne
en colonne, c'est-à-dire pour des périodes de plus en
plus longues, le maximum commence à augmenter puis se stabilise.
- Si une capacité de stockage est supérieure au maximum
de tous ces maximums, elle est compatible avec la diminution de la
capacité de production à partir de gaz introduite par
l'utilisateur. Le maximum de ces maximums est donc la capacité
de stockage qui diminue le besoin de capacité de production
pilotable comme demandé par l'utilisateur.
- Le calcul du besoin de stockage par laps de temps différents
permet d'évaluer le temps de décharge d'un stockage en
fonction de sa contenance (en GWh) ; par exemple s'il faut 96 GWh
pour apporter jusqu'à 19 GW pendant 12 heures et s'il faut
132 GWh pour "tenir" 17 h, il faudra 36 GWh pour "tenir" entre 12h et
17
h.
Une version avec une production à partir de charbon : elle
pourra simuler la situation de pays ou de groupes de pays qui en
produisent
Une version qui simule un marché de l'électricité
où le prix est égal à chaque instant au coût
marginal du système - c'est fait, et disponible à la
demande
Une représentant l'utilisation des excédents de
production pour produire de la chaleur ; aujourd'hui et aussi longtemps
que des exportations permettront de remplacer une production à
partir de gaz, poduire de la chaleur à partir d'excédents
n'est intéressant que si la chaleur produite est injectée
directement dans un réseau de chaleur ; plus tard, le paysage
pourrait changer vu que, à l'échelle européenne,
il n'y a pas d'exportation.
Voici le lien vers SimelSP3
Voir aussi la notice simplifiée de
SimelSP3
retour en haut de la page
retour à la page
d'accueil
|
La version SimelSP4
représente le
fonctionnement d'un marché concurrentiel
le nucléaire est appelé après ou avant
éolien etphotovoltaïque
possibilité d'exportation de nucléaire et d'importation
d'éolien et de photovoltaïque
Ceux qui seraient
intéressés sont invités à le faire savoir
à
henri.prevot@wanadoo.fr
C'est une extension de SimelSP3 ; elle y ajoute ceci :
- la possibilité de
donner la priorité au nucléaire sur éolien et
photovoltaïque ou l'inverse
- le calcul des
exportations de nucléaire en tenant compte de la
possibilité d'exportation du "désir" de nucléaire
des pays voisins et le calcul des importations d'éolien et
de photovoltaïque
- la simulation d'un marché concurrentiel
laformation du prix sur un
marché concurrentiel,
les recettes, les coûts, les résultats économiques
de chaque moyen de production et de stockage
Si le nucléaire est appelé avant
éolien et photovoltaïque, il est "en base". L'utilisateur
répond donc à la question "nucléaire en base ?"
par "oui" ou "non".
Si "oui", la possibilité de production éolien et
photovoltaïque est calculée heure par heure comme le besoin
de la consommation diminué des productions de base que sont
l'hydraulique de base, les productions de base à partir de
biomasse et d'énergie fossile et aussi la possibilité de
production nucléaire, calculée à partir du Kd,
coefficient de disponibilité.
Si la réponse est "non", le nucléaire est
appelé après éolien et photovoltaïque comme
dans SimelSP3. La production d'éolien et photovoltaïque est
calculée en tenant compte du fait que la production
nucléaire
doit être supérieure à un minimum.
Que la réponse soit "oui" ou "non", les variations de puissance
du nucléaire d'une heure à la suivante sont
limitées comme avec SimelSP3.
Le calcul des
importations d'éolien et de photovoltaïque et
de l'exportation de nucléaire
SimelSP4 peut calculer les exportations du nucléaire depuis un
marché où la part du nucléaire est relativement
forte, un marché dit Fr et, réciproquement, les
importations d'éolien et de photovoltaïque en provenance
d'un
marché où ces productions sont fortes, marché
dit Al.
L'exportation de
nucléaire depuis Fr vers Al ; autres utilisation des
excédents
La simulation du marché Al par SimelSP3 donne heure par heure le
besoin de production d'électricité à partir de gaz
; cette poduction pourrait être remplacée par une
importation d'électricité nucléaire. La simulation
du marché Fr donne heure par heure les possibilités
excédentaires de production nucléaire. La confrontation
heure par heure des deux chroniques horaires montre ce qui peut
être
exporté de Fr vers Al, dans la limite de la capacité des
lignes d'interconnexion.
Les excédents
de possibilités de production de Fr peuvent aussi être
employés à autre chose, par exemple la production de
chaleur dans la limite de la capacité des équipements
alimentés en électricité.
Ainsi, avec SimelSP4 les possibilités de production
excédentaires 1- sont utilisées
pour produire de l'hydrogène, ou bien 2- sont
exportées pour remplacer une production
d'électricité coûteuse, ou bien 3 sont utilisées pour autre
chose, ou bien 4-
sont abandonnées.
L'importation
d'éolien et de photovoltaïque par Fr en provenance de Al
La simulation du marché Al par SimelSP3 donne aussi, heure par
heure, les
possibilités excédentaires de production d'éolien
et de photovoltaïque. Elles peuvent être exportées
vers Fr
dans la limite de la capacité des lignes d'interconnexion.
SimelSP4 ajoute simplement ces possibilités d'exportation aux
possibilités de production éolienne et
photovoltaïque. Celles-ci, ainsi augmentées, sont
appelées avant ou après les possibilités
nucléaires, selon l'option choisie, pour répondre aux
besoins de la consommation, puis sont mises en stock puis,
éventuellement, produisent de l'hydrogène pour
produire de l'électricité. L'importation d'éolien
et de photovloltaïque augmente les possibilités de
production excédentaires.
La
simulation du marché de l'électricité
Le prix proposé sur
le marché de chaque moyen de
production et de déstockage
- Les fournitures d'électricité
proposées à un prix nul :
Ce sont les fournitures
dont le coût marginal est nul et les fournitures
d'électricité dont la production n'est pas pilotable :
éolien, photovoltéïque, hydraulique "de base" et
productions non pilotables à partir de biomasse ou
d'énergie fossile (comme
l'électricité produite en même temps que de la
chaleur, en cogénération).
Rappel : la
production hydraulique comprend deux parties : une partie "de base" qui
est, heure par heure, la moyenne horaire glissante sur trois semaines,
et une partie pilotable qui est l'écart entre la production
totale et la production de base. La partie pilotable est traitée
comme le mouvement de charge et décarge d'un stockage.
- Les fournitures d'électricité pilotables
proposées à un prix égal à leur coût
marginal
Ce sont le
nucléaire, la production à partir de gaz avec des CCG ou
des TACs, la production pilotable à partir de biomasse.
Pour la
production à partir de gaz, la valeur retenue est
calculée
à partir de la moyenne
pondérée des coûts des différents types de
gaz et en tenant compte du rendement de production
d'électricité et du coût du CO2. Tous ces
coûts du gaz et du CO2 sont introduits comme dans la version
SimelSP3.
- Les fournitures d'électricité par déstockage
Le "stockage" est
l'ensemble des batteries, des steps et de la flexibilité de la
consommation et de celle de la production hydraulique.
- Si le déstockage a
pour but de mieux utiliser les possibilités de production
éolienne, photovoltaïque et nucléaire, le prix est
intermédiaire entre le coût marginal du nucléaire
et celui de la production à partir de CCG. Faute de savoir
comment
est déterminé le prix proposé pour le
déstockage, celui-ci est introduit dans SimelSP4 par
l'utilisateur.
- Si le déstockage a
la même fonction qu'une production à partir de TACs, son
prix est égal au coût marginal de la production à
partir de TACs. Si la capacité des TACs est nulle, le prix
demandé par le déstockage est introduit par l'utilisateur
de SimelSP4.
Le prix proposé pour
un effacement définitif est introduit par l'utilisateur de
SimelSP4 ; il est intermédiaire entre les coût marginaux
de l'électricité produite par CCG ou par TAC.
- En cas de défaillance
Lorsque les moyens de
production et de stockage ne suffisent pas à répondre
à la demande, le prix monte jusqu'à ce que la demande
s'adapte aux possibilités de fourniture
d'électricité. Ce niveau de prix est de plusieurs
milliers d'euros par MWh. Il est introduit par l'utilisateur de
SimelSP4.
Les
quantités
fournies par chaque moyen de production et de
stockage ; les durées de "marginalité"
- Les quantités
produites et directement consommées : Simel SP4 (comme
SimelSP3) calcule heure par heure les
productions directement livrées à la consommation par le
nucléaire, l'hydraulique de base, la production à partir
de biomasse en base ou de biomasse pilotable,
à partir d'énergie fossile consommée en base,
à partir de gaz (fossile, biométhane méthane de
synthèse et hydrogène) produite par des CCG ou des TACs.
- Les quantités
déstockées : SimelSP4 calcule heure par heure les
quantités
déstockées si celles-ci ont été produites
par éolien ou photovoltaïque ou nucléaire ; il
calcule aussi les
quantités déstockées lorsque celles-ci ont
été stockées pour pouvoir diminuer le besoin de
capacité de pointe ; alors cette électricité a pu
être produite à partir de nucléaire, de biomasse ou
de gaz.
- Les quantités de
consommation effacées définitivement :
elles sont assimilées à une production.
SimelSP4 donne le nombre d'heures de marginalité de chacun de
ces moyens
Les
recettes
Le prix issu du
marché de l'électricité
SimelSP4 repère, à chaque heure, les moyens qui
permettent de livrer de l'électricité : moyens de
production ou déstockage. Le prix sur le marché est le
coût margianl de celui de ces moyens dont le coût marginal
est le plus élevé.
Les
recettes de chaque
moyen de production ou de stockage
SimelSP4 multiplie heure par heure la production de
chaque moyen par le prix de marché :
- ceux
qui sont proposés à un prix nul : hydraulique "de base",
photovoltaïque, biomasse non pilotable, énergie fossile non
pilotable.
- les différents
moyens de
"stockage" : stockage en batteries et steps et flexibilités de
consommation de
production hydraulique : les recettes sont réparties entre les
différents modes de stockage
- la production à partir de biomasse pilotable et de gaz (gaz
fossile, biométhane, gaz de synthèse, hydrogène)
par CCG,
- l'effacement définitif
- la "pointe" : la production des TAC et le déstockage de
pointe. Les recettes sont réparties entre chaque mode.
Les
recettes totales de
l'hydraulique et celles de la biomasse sur le marché
intérieur
- La fourniture d'électricité hydraulique se fait 1- en base ou 2-
de façon pilotable comme un moyen de stockage
et déstockage et encore 3- "en
pointe" c'est-à-dire pour diminuer les besoins de
capacité de TAC. Simel SP4 additionne les recettes de chacun de
ces moyens de production.
- La biomasse est utilisée en base ou de façon pilotable.
SimelSP4 calcule les recettes de chaque mode et en fait la somme.
Les
recettes d'exportation et autres valorisation des excédents
Les "excédents" sont le
total des possibilités de production hydraulique,
éolienne, photovoltaïque, nucléaire et des
productions non pilotables à partir de biomasse et
d'énergie fossile qui
dépassent les besoins de la consommation finale et de la
production
d'hydrogène à puissance constante sauf effacement.
-
L'exportation d'électricité nucléaire :
l'utilisateur donne un
prix à cette exportation ; il se rapporte au coût
marginal d'une production à partir de gaz par CCG.
- Les autres utilisations des excédents : ces excédents
sont d'origine nucléaire ou éolienne ou
photovoltaïque ; leur prix est introduit dans SimelSP4 par
l'utilisateur ;
il est vraisemblablement très bas.
Les recettes ainsi calculées sont dimnuées du coût
marginal du nucléaire.
Les dépenses
Les dépenses de production et de
stockage hors hydraulique
Comme SimelP3, SPR calcule les dépenses
annuelles
de production autre qu'hydraulique : éolienne,
photovoltaïque, à partir de biomasse, de gaz fossile, de
gaz des synthèse, de biométhane ou hydrogène. Le
calcul se fait à partir de la capacité exprimée en
GW, du montant de l'investissement par GW de capacité, de la
durée de vie, d'un taux d'actualisation, des dépenses
annuelles de fonctionnement, du coût de l'énergie et de la
quantité produite exprimée en GWh/an ou de la
capacité de stockage exprimée en GWh.
Les dépenses de la production et du
stockage hydraulique
L'utilisateur introduit les coûts fixes des Steps. Pour les
barrages SimelSP4 propose de distinguer les coûts fixes pour une
fourniture au fil de l'eau et les coûts fixes pour une modulation
de la production - par exemple une surdimension des canalisations
et des
turbines. L'utilisateur introduit aussi les coûts variables de
stockage et déstockage.
Des valeurs sont
proposées ici "pour mémoire", à titre illustratif.
Les
résultats de chaque moyen de production et de stockage
SimelSP4 calcule les résultats
économiques
- de chaque "fonction" :
fourniture "à prix nul" ; nucléaire ; "déstockage"
(ensemble, batteries, steps, flexibilités) ; production à
partir de biomasse pilotable ; à partir de CCG ;
effacement définitif ;
production de "pointe".
- de chaque moyen : éolien, photovoltaïque, hydraulique
(pour production de base, stockage-déstockage et "pointe"),
nucléaire, flexibilité de la consommation, batteries,
Steps, biomasse (ensemble, "de base" et pilotable), CCG, TAC,
effacement
définitif .
Le
prix moyen de l'électricité ; le coût moyen de
l'électricité - sans ou avec valorisation des
possibilités excédentaires
|
|
|
|