image/svg+xml UN MIX ÉLECTRIQUE100% RENOUVELABLE ? ANALYSES ET OPTIMISATION

Ce site présente un résumé en 6 points des enseignements de cette étude menée par l'ADEME :

L’étude prospective à vocation scientifique et exploratoire qui vous est présentée a pour objectif de mieux comprendre les clés de fonctionnement d’un système électrique 100% renouvelable en France métropolitaine. Sur le réseau électrique, la production d’électricité et la consommation doivent s’égaliser à chaque instant. Or les énergies renouvelables comme le photovoltaïque ou l’éolien produisent au gré de la météo. Alimenter le mix électrique français avec 100% d’EnR est-il possible ?

Les analyses s'appuient sur un modèle permettant de déterminer les parcs renouvelables optimaux région par région, et de vérifier heure par heure que l'équilibre entre la production et la demande peut être réalisé. L’horizon d’un tel mix électrique serait probablement très éloigné (post-2050) et l'étude ne s'intéresse pas à la trajectoire temporelle d'évolution du système électrique actuel. Plusieurs scénarios prospectifs ont donc été construits et optimisés, de manière à balayer un champ des possibles.

100%ÉNERGIES RENOUVELABLES

Que retenir de cette étude ?

 Que plusieurs mix électriques semblent techniquement possibles pour atteindre 80 ou 100% de renouvelables, en satisfaisant la demande chaque heure de l'année.

 Qu’un tel mix 100% renouvelable nécessiterait des adaptations très importantes du système électrique, mais que son coût global serait vraisemblablement du même ordre de grandeur qu'un mix 40% renouvelable.

Décryptage.

LA COMBINAISON DES TECHNOLOGIES EST ESSENTIELLE

L'étude identifie plusieurs mix électriques 100% renouvelables possibles. Ils sollicitent tous différentes énergies renouvelables, dont les productions sont complémentaires. La répartition géographique des moyens de production est optimisée : plus de solaire dans le sud,
où l'ensoleillement est plus important ; plus d'éolien là où le vent souffle plus fort. On tire ainsi parti des potentiels les plus intéressants (et donc les moins chers économiquement).
53%de l'énergie produite est d'origine éolien terrestre
96 GW Éolien terrestre
10 GW Éolien en mer
63 GW Solaire
21 GW Hydraulique
4 GW Biomasse
< 1 GW Géothermie
< 1 GW Énergies marines renouvelables
36 GW Stockage
261 TWh Éolien terrestre
42 TWh Éolien en mer
82 TWh Solaire
61 TWh Hydraulique
34 TWh Biomasse
1 TWh Géothermie
< 1 TWh Énergies marines renouvelables
Pour déterminer un mix électrique pour 2050, il est nécessaire de s’appuyer sur quelques hypothèses pour lesquelles il existe une marge d'incertitude. En fonction de ces hypothèses prospectives, l’optimisation aboutit à plusieurs mix différents. 3 scénarios vous sont présentés ci-dessous en plus du scénario central : Si le coût de développement du réseau devient plus contraignant, le mix électrique se recentre autour des lieux de consommation.
Si l’acceptabilité sociale des renouvelables est plus modérée, l’éolien terrestre est moins installé, au profit des énergies moins visibles, comme les énergies marines, l’éolien en mer et le solaire sur toiture.

Si les technologies émergentes (énergies marines notamment) voient un fort progrès technologique et un gain important sur leurs coûts, ces dernières peuvent prendre une place plus importante dans un mix électrique 100% renouvelable.
Si le coût de développement du réseau devient plus contraignant, le mix électrique se recentre autour des lieux de consommation.
96 GW Éolien terrestre
10 GW Éolien en mer
63 GW Solaire
21 GW Hydraulique
4 GW Biomasse
< 1 GW Géothermie
< 1 GW Énergies marines renouvelables
36 GW Stockage
101 GW Éolien terrestre
7 GW Éolien en mer
74 GW Solaire
21 GW Hydraulique
4 GW Biomasse
< 1 GW Géothermie
< 1 GW Énergies marines renouvelables
44 GW Stockage
48 GW Éolien terrestre
25 GW Éolien en mer
93 GW Solaire
21 GW Hydraulique
4 GW Biomasse
< 1 GW Géothermie
6 GW Énergies marines renouvelables
41 GW Stockage
76 GW Éolien terrestre
11 GW Éolien en mer
45 GW Solaire
21 GW Hydraulique
5 GW Biomasse
< 1 GW Géothermie
13 GW Énergies marines renouvelables
34 GW Stockage

UN SYSTÈME ÉLECTRIQUE INTELLIGENT ET FLEXIBLE

Dans le mix 100% EnR, la grande majorité de la production étant assurée par des moyens variables et non pilotables, il est nécessaire de mettre en place davantage d'intelligence pour piloter une flexibilité à différents horizons temporels :
- Le pilotage de la demande apporte une flexibilité journalière. Il consiste à piloter certains usages comme l'eau chaude sanitaire ou la charge des véhicules électriques en adéquation avec les besoins de gestion du système électrique.
- Le stockage comprend des moyens hydrauliques (station de transfert
d’énergie par pompage), des batteries et des stockages à air comprimé (compressed air energy storage). Il permet des transferts d’énergie sur la journée ou la semaine.
- Le power to gas to power (stockage de la surproduction grâce à sa transformation en gaz) apporte une flexibilité sur une échelle de temps plus longue : globalement le gaz de synthèse est produit au printemps et à l’été, pour une utili-
sation en hiver, via des turbines à combustion. Il permet une flexibilité inter-saisonnière.

 L'animation ci-dessous vous présente ces leviers dans l'espace d'une journée moyenne en France en 2050, ainsi qu'à plus long terme. Le pilotage de la demande permet ainsi de reporter certaines consommations à des instants où la production sera plus disposée à y répondre. Le stockage créé par la surproduction venant compléter la production lorsque la demande en électricité n'est pas couverte totalement par la production.
Le pilotage de la demande apporte
une flexibilité journalière
  • Stockage Stockage
  • Déstockage Déstockage
  • Production
    renouvelable
  • Demande
  Cet onglet vous présente la journée du 7 juin. La première vue représente la production renouvelable et la demande.
En cliquant sur suivant on constate que la demande pilotée s'est ajustée pour être maximale sur les pics de production. En dernier lieu, le stockage/déstockage de court terme apparaît : on stocke sur les heures où la production dépasse la demande, et on déstocke sur les heures où la production n'est pas suffisante pour satisfaire la demande. On atteint ainsi l'équilibre.
  • Power to Gas<br/>(Stockage) Power to Gas
    (Stockage)
  • Gas to Power<br/>(Déstockage) Gas to Power
    (Déstockage)
  Cet onglet vous présente le bilan mensuel de stockage et déstockage du power to gas to power en gigawatt (GWh). Globalement, on stocke sur les mois de printemps et d'été (on produit du gaz de synthèse) et on déstocke sur les mois d'hiver (on utilise du gaz dans des turbines à combustion).

UN MIX ÉLECTRIQUE ROBUSTE AUX ALÉAS MÉTÉOROLOGIQUES

Principalement composé de ressources éolienne et photovoltaïque, le mix électrique a été testé sur 7 années d'ensoleillement et de vent. Il permet par exemple de passer un hiver froid (pointe de puissance de type hiver 2012) ou encore une semaine où le vent tombe. Quatre journées ont été sélectionnées pour illustrer cette robustesse:
Le mix a été testé sur 7 années de température, d'ensoleillement et de vent

Une journée sans vent - 28 février

Le vent souffle peu sur cette journée. On constate que la courbe de demande (pilotée) s'est concentrée sur les heures de midi, où la production solaire est importante. Les moyens de déstockage sont fortement sollicités. On observe un solde globalement exportateur sur cette journée : le système électrique n'a pas besoin de puiser dans l'énergie des pays voisins malgré la pénurie de vent.

Données à -h
- GW Stockage
- GW Déstockage
- GW Éolien terrestre
- GW Éolien en mer
- GW Solaire
- GW Énergies marines renouvelables
- GW Hydraulique
- GW Géothermie
- GW Biomasse
- GW Import
- GW Export
- GW Demande

Une journée froide - 3 février

Cette journée présente une pointe extrême de consommation, à 96 GW. C'est toutefois une journée où l'éolien produit beaucoup d'énergie et contribue à la moitié de la production en pointe. A noter que sur certaines heures, on a à la fois du stockage et du déstockage. C'est un effet de la régionalisation du modèle (certaines régions sont excédentaires et d'autres déficitaires).

Données à -h
- GW Stockage
- GW Déstockage
- GW Éolien terrestre
- GW Éolien en mer
- GW Solaire
- GW Énergies marines renouvelables
- GW Hydraulique
- GW Géothermie
- GW Biomasse
- GW Import
- GW Export
- GW Demande

Une journée sans soleil - 7 novembre

Sur cette journée d'hiver sans grand ensoleillement, le système s'appuie sur l'énergie éolienne : on stocke en début de journée, lors des fortes productions éoliennes, et l'on déstocke en fin de journée lorsque l'éolien ne produit plus beaucoup.

Données à -h
- GW Stockage
- GW Déstockage
- GW Éolien terrestre
- GW Éolien en mer
- GW Solaire
- GW Énergies marines renouvelables
- GW Hydraulique
- GW Géothermie
- GW Biomasse
- GW Import
- GW Export
- GW Demande

Une journée avec beaucoup de vent - 26 août

Lors de cette journée très venteuse, le système reconstitue ses stockages. Le surplus de production est stocké et permettra de passer les journées compliquées à venir.

Données à -h
- GW Stockage
- GW Déstockage
- GW Éolien terrestre
- GW Éolien en mer
- GW Solaire
- GW Énergies marines renouvelables
- GW Hydraulique
- GW Géothermie
- GW Biomasse
- GW Import
- GW Export
- GW Demande

LE DÉVELOPPEMENT DU RÉSEAU EST NÉCESSAIRE ET PERMET DE MUTUALISER LES POTENTIELS

Le réseau joue un rôle de mutualisation des potentiels. Dans un mix renouvelable, son importance croit : par rapport à aujourd’hui le besoin en lignes inter-régionales augmente de 36%. Même si les moyens de productions du mix 100% EnR sont très décentralisés, le réseau permet d’acheminer l’électricité parfois produite en surplus localement au gré de la météo pour compenser des déficits de production ailleurs sur le territoire : c’est le « foisonnement »
Le modèle proposé ne repose pas sur l'autarcie électrique de la France, qui est déjà largement interconnectée avec ses pays voisins en 2014. Les interconnexions avec les pays voisins sont donc prises en compte, en veillant à ce que les échanges soient équilibrés. Dans la modélisation,
ces derniers ont des mix électriques à 80% renouvelables.Toutes les importations d'électricité sont compensées par des exports d'électricité renouvelable produite en France.
Toutes les importations d'électricité sont compensées par des exports d'électricité renouvelable produite en France
  • Europe du Nord --> France 17,83 TWh
  • Ibérie --> France 8,41 TWh
  • Europe centrale --> France 11,95 TWh
  • Europe du Sud --> France 7,98 TWh
  • Royaume-Uni & Irlande --> France 9,95 TWh
  • France --> Europe du Nord 6,39 TWh
  • France --> Ibérie 15,62 TWh
  • France --> Europe centrale 4,97 TWh
  • France --> Europe du Sud 13,43 TWh
  • France --> Royaume-Uni & Irlande 15,71 TWh

UNE ÉVALUATION DE L'IMPACT ÉCONOMIQUE

Sur la base des hypothèses retenues, le mix 100%EnR est ainsi estimé à seulement 2% de surcoût par rapport à un mix 40% renouvelable. Les paramètres qui influent le plus sur son coût sont :
- l'acceptabilité sociale des énergies renouvelables,
- les progrès technologiques,
- la maîtrise de la demande d'énergie.
Des valeurs défavorables pour ces différents paramètres génèrent des surcoûts de l'électricité compris entre 5% et 14%. A contrario, l'accès à un financement à faible taux d'intérêt permet une baisse de 14% de ce coût.
5%

C'est le surcoût de l'électricité en cas de faible maîtrise de la demande.


2%

C'est le surcoût du scénario 100% renouvelable par rapport à un scénario 40% renouvelable

Ce coût prend en compte l'ensemble des coûts de production de l'électricité, de réseau et de stockage et se décompose de la manière suivante:
- moyens de production renouvelables (65% du coût),
- développement du réseau (27% du coût),
- stockage et flexibilité de la demande (8% du coût).

L'ÉQUILIBRE DE LA PRODUCTION ET DE LA DEMANDE EST ATTEINT TOUTE L'ANNÉE, SUR UNE BASE HORAIRE

L'année horaire est simulée de début juin à fin mai pour des raisons techniques liées à l'optimisation. Ce découpage permet de simuler un hiver complet et d'implémenter une gestion réaliste et cohérente de l'hydraulique (lacs et barrages principalement).
  Utilisez l'animation ci-dessous pour explorer plus en détails le mix électrique envisagé pour une journée précise ou suivant une période donnée en utilisant le bouton lecture/pause et en déplaçant l'étiquette indiquant le jour où se place le curseur de lecture. L'animation présente les flux d'échange d'électricité entre les régions françaises, et la répartition des différentes énergies, heure par heure.
Données à -h
Région importatrice
Intensité des échanges
Région exportatrice
Données à -h
   
Données à -h
- GW Stockage
- GW Déstockage
- GW Éolien terrestre
- GW Éolien en mer
- GW Solaire
- GW Énergies marines renouvelables
- GW Hydraulique
- GW Géothermie
- GW Biomasse
- GW Import
- GW Export
  - GW Demande