Bienvenue aux lecteurs de l'article "coût de la diminution de la capacité nucléaire"
paru dans la Revue de l'énergie de janvier février 2018

Les hypothèses  retenues pour évaluer les capacités et les dépenses de production et de stockage d'électricité

et les principaux résultats

Sur l'évolution de la consommation d'électricité

- L'efficacité d'un stockage pour mieux utiliser les moyens de production intermittente est  faible et elle diminue très vite avec la capacité du stockage. - L'efficacité d'un stockage pour éviter des capacités de production à partir de fossile (installations dites "de pointe") dépend avant tout de la puissance que peut garantir une capacité de 1 MWh. et de la capacité de la batterie exprimée en MWh - Un stockage permet de diminuer les dépenses si 1 MWh permet de diminuer de 0,2 MW ou plus la capacité des moyens de production à partir d'énergie fossile - Cette efficacité apparente ne doit pas faire illusion : le stockage massif, même intersaisonnier, ne pourra jamais faire en sorte qu'une solution avec éoliennes et photovoltaïque soit moins coûteuse qu'une solution sans éolienne ni photovoltaïque.

Eoliennes et photovoltaïque sont des moyens de production intermittente. Pour que la production corresponde à la demande, il faut stocker de l'électricité ou amener la demande à s'adapter à la production éolienne et solaire. On atteint vite les limites des possibilités de modification de la demande. Tous les espoirs se portent donc sur le stockage. Ces espoirs sont si intenses qu'on imagine volontiers qu'ils seront rapidement exaucés.

Dans la suite, je traite de la sitation en France métropolitaine. Il va sans dire que cela ne s'applique pas à des régions dépourvues de réseau électrique et qui ne disposent pas de l'électricité nucléaire.

Lorsque l'électricité sert à produire de la chaleur ou de l'énergie mécanique, au lieu de stocker de l'électricité, il est plus facile de stocker de la chaleur (par exemple dans un ballon d'eau chaude) ou de remplacer l'électricité par un produit qui se stocke, gaz, fioul, carburant liquide. Ce produit qui se stocke peut d'ailleurs être produit à l'aide d'électricité ; ainsi pour l'hydrogène ou le biocarburant de seconde génération.

Les moyens qui permettent de fournir de l'électricité après avoir consommé de l'électricité sont notamment les batteries, les steps, la production d'hydrogène pour produire du méthane à partir duquel sera produit de l'électricité. On peut classer ces moyens en deux catégories : ceux qui sont limités par la quantité d'énergie en stock, exprimée en GWh ; ceux qui sont limités par la capacité de consommation de l'électricité, exprimée en GW. Dans la première catégorie, les batteries et les Steps ; on y inclut aussi les possibilités de déplacement de consommation, assimilées à des batteries de rendement égal à 1 ; dans la deuxième catégorie, la production d'hydrogène pour faire du méthane puis de l'électricité, où la limite est la capacité de l'électrolyseur. Les moyens de la première catégorie sont aussi limités, mais subsidiairement, par une capacité de charge et de décharge.

Les batteries sont contraintes par une autre limite : le délai entre le moment où elles reçoivent de l'électricité et le moment où elles la restituent, si l'on veut éviter de perdre trop d'énergie.

Comme le rendement des moyens limités en quantité est bien meilleur que celui dont la capacité est limité en puissance (70 ou 80 % contre 20 ou 30 %), la simulation utilisée ici donne la priorité aux moyens limités en quantité.
Elle rend compte des limites de capacité, en GWh ou en GW. Elle ne rend pas compte de la perte d'énergie entre la charge et la décharge. Ses résultats sont donc plus favorables aux batteries que la réalité.

Les trois services rendus par les batteries

- une contribution au réglage primaire : les batteries peuvent réagir très rapidement ; elles sont donc utiles pour corriger instantanément  et à tout instant les débuts de déséquilibre entre la fourniture l'électricité et la demande ; pour rendre ce service, il suffit de quelques GWh et de quelques GW.

- une contribution à la fourniture d'électricité lorsque la demande tend à excéder les moyens de production : cela peut arriver lorsque la consommation est particulièrement forte et aussi lorsque la production éolienne et PV est particulièrement faible. Ces moments étaient qualifiés de "pointe de consommation" ; désormais il faut parler de "pointe de la demande faite aux moyens pilotables". Le stockage peut y contribuer à condition qu'il ne soit pas vide au moment où l'on en a besoin. Ce service rendu par le moyen de stockage se mesure en GW.

- utiliser les possibilités de production inemployées pour éviter qu'elles soient perdues ou très mal valorisées ; ce faisant, les possbilités de stockage diminuent le besoin de consommer de l'énergie fossile. Ce service se mesure en GWh/an ou TWh/an.

La simulation ignore le premier service. Elle calcule le troisième. Quant au second, l'utilisateur doit introduire la capacité garantie par le stockage ; la simulation calcule alors la capacité de production à partir d'énergie fossile et l'ensemble des dépenses.

Un exemple :

On prend le cas suivant : - cf. la troisième colonne de nombres du tableau ci-dessus : consommation d'aujourd'hui ; une proportion de 80% de l'électricité est produite à partir d'énergies renouvelables ; il n'y a pas de stockage autre que les 90 GWh de Steps : la consommation accepte des déplacements limités à 60 GWh ; il existe  une capacité d'électrolye de 14 GW pour produire du méthane servant à produire de l'électricité. La capacité éolienne est 126 GW. La production à partir d'énergie fossile est 24,8 TWh par an.
On ajoute un moyen de  stockage pouvant être intersaisonner de 100 GWh.

    Effets du stockage sur la consommation d'énergie fossile et sur la capacité éolienne

L'effet d'une nouvelle capacité de stockage sur la consommation d'énergie fossile dépend énormément des capacités existantes, sachant que les déplacements de consommation peuvent être traités comme des moyens de stockage. Par exemple, sans déplacement de consommation une nouvelle capacité de 100 GWh (pouvant être intersaisonnière avec une rendement de 80%) diminuerait la production à partir d'énergie fossile de 8,6 TWh. Si les possibilités de déplacement de consommation avant compensation sont de 60 GWh, 100 GWh nouveaux diminueraient la production à partir d'énergie fossile de 3 TWh seulement. Dans le premier cas, 100 GWh permettraient de diminuer la capacité éolienne de 14 GW sans augmenter la production à partir d'énergie fossile ; dans le deuxième cas, de 5 GW seulement. Le déplacement de consommation est poins coûteux que les batteries.

    Effets du stockage sur la capacité de production à partir d'énergie fossile

La diminution de la capacité éolienne n'a pas d'effet sensible sur les capacités de production garanties. En revanche un nouveau moyen de stockage peut apporter une garantie de puissance.
La puissance garantie dépend de la façon dont cette capacité de stockage est gérée. Cela diminue d'autant la capacité de production à partir d'énergie fossile. Encore faut-il que la contenance du stockage soit suffisante pour que la puissance garantie puisse être délivré pendant tout le temps où le système en a besoin. Cela dépend de la forme du pic de la demande faite aux moyens pilotables. Le raport GW/GWh  diminue très vite lorsque le nombre de GW augmente. Il semble qu'il devienne trop bas lorsque la capacité dépasse 5 GW.

    Effet du stockage sur l'ensemble des dépenses de production et de stockage

Le stockage permet donc de diminuer la capacité éolienne et la capacité de production à partir d'énergie fossile (dans la lmimie indiquée plus haut). On suppoe qu'il existe une possibilité de déplacement de consommation de 60 GWh avant compensation.

- Si ce stockage coûte ce que que coûteront bientôt les batteries (200 €/KWh), il ne devient intéressant que si la capacité garantie par 100 GWh est supérieure à 30 GW.
- Mais la baisse du coût du stockage ne pourra jamais rendre un scénario avec éolienne et photovoltaïque moins coûteux qu'un scénario sans éolienne ni photovoltaïque. Par exemple, si le coût du stockage était divisé par cinq, 100 GWh permettrait de diminuer les dépenses d'un scénario 80% EnR de 1 à 2 milliards d'euros par an. Mais les dépenses seraient encore supérieures de 18 à 20 milliards d'euros par an à celles d'un scénario sans éolienne ni photovoltaïque si la consommation n'augmente pas, de 30 milliards d'euros par an si celle-ci augmente de 50 %.


L'efficacité d'un stockage pour mieux utiliser les moyens de production intermittentes est  faible et elle diminue très vite avec la capacité du stockage.
L'efficacité d'un stockage pour éviter des capacités de production à partir de fossile (installations dites "de pointe") dépend avant tout de la puissance que peut garantir une capacité de 1 MWh.
Un stockage permet de diminuer les dépenses si 1 MWh apporte une puissance garantie supérieure à 0,2 MW.
Cette efficacité apparente ne doit pas faire illusion : le stockage massif, même intersaisonnier, ne pourra jamais faire en sorte qu'une solution avec éoliennes et photovoltaïque soit moins coûteuse qu'une solution sans éolienne ni photovoltaïque.

Toute dépense que l'on pourrait éviter chez nous, c'est un investissement utile ailleurs qui n'est pas financé ! 10 milliards d'euros par an de plus sans diminuer les émissions de CO2, c'est 300 TWh de solaire dans le Sahel, qui éviteraient l'émission de 200 MtCO2. Les émissions que l'on n'évite pas ont autant d'effet sur le climat que des émissions directes.

Comparaison avec les coûts retenus par RTE