1 MONDER2006 – 11/01/2006 - Etudes de sensibilité pour la prospective électrique française à laide du modèle MARKAL Edi Assoumou

1MONDER2006 – 11/01/2006 - http://www.cma.ensmp.fr

Etudes de sensibilité pour la prospective électrique

française à l’aide du modèle MARKAL

Edi Assoumou Gilles GuerassimoffNadia MaïziMarc Bordier

MNDER - 2006


Modèles et prospective:Aide à la décision dans un contexte complexe

Prospective et modélisation MARKAL

La déréglementation

Les choix technologiques Production centralisée et décentralisée, EnR,…

La question environnementale

Le problème des réserves fossiles


Choix de MARKAL

Base technologique très détaillée : Tant pour les technologies actuelles que pour celles du futur

Impact environnemental explicite

Communauté d’utilisateurs dans le cadre de l’ETSAP Energy Technology Systems Analysis Programme de l’AIE (depuis 1980)



Principes du modèle MARKAL

Optimiser un modèle technologique du système énergétique

Sous contrainte De satisfaction de la demande De respect de niveaux d’émissions De part de marché minimale pour les ENR

…..



Principes du modèle MARKAL

Fonction objectif: Minimiser le coût total actualisé du système énergétique

Horizon: Long typiquement 50 ans (Etudes sur 30 à 100 ans)

Décomposés en sous périodes (5 ans)

Variables de décisions: Capacités installées, Niveaux d’activité (technologies & fuels), Niveaux d’investissement ...



Résultats du modèle

Détermine sur tout l’horizon le jeu optimal de technologies respectant les contraintes en connaissance parfaite du futur

Pour chaque période, chaque technologie, chaque fuel: Capacités installées, Niveaux d’activité, d’investissement, d’émissions, de taxes …..



La représentation technologique

Technologies individualisées

Caractéristiques techniques détaillées

Progrès explicite

Construction d’un système énergétique de référence



Technologie OutputsInputs

Coûts, rendement, émissions, durée de

vie,…Les technologies sont les briques élémentaires

TechnologiesOutput Input

Liaison par des vecteurs énergétiques

Assemblage / désagrégation


RESSOURCESRESSOURCES

Imports

Locales

Exports

Prix

de l’é

nerg

ie

CONVERSIONSCONVERSIONS

PROCESS

Transformation du CharbonRaffinageRecyclage

EnrichissementRéseaux de Gaz

PRODUCTIOND’ÉLECTRICITÉ ET

DE CHALEUR

CentraliséDécentraliséRéseaux de

chaleur

SECTEUR DE SECTEUR DE DEMANDEDEMANDE

IndustrieAgricultureRésidentiel

Commercial et Institutionnel

TransportNon Énergétique

Dem

ande

RESERVESRESERVES

STOCKAGESTOCKAGE

Énergies Primaires

Énergies Finales

Émissions

Flux d’énergie

Système Énergétique de Référence

RESSOURCESRESSOURCES

Imports

Locales

Exports

Prix

de l’é

nerg

ie

CONVERSIONSCONVERSIONS

PROCESS

Transformation du CharbonRaffinageRecyclage

EnrichissementRéseaux de Gaz

PRODUCTIOND’ÉLECTRICITÉ ET

DE CHALEUR

CentraliséDécentraliséRéseaux de

chaleur

SECTEUR DE SECTEUR DE DEMANDEDEMANDE

IndustrieAgricultureRésidentiel

Commercial et Institutionnel

TransportNon Énergétique

Dem

ande

RESERVESRESERVES

STOCKAGESTOCKAGE

Énergies Primaires

Énergies Finales

Émissions

Flux d’énergie

Système Énergétique de Référence


La place de l’électricité dans le bilan énergétique

Application: Prospective électrique française

Source: DGEMP, l’énergie en France 2004


La place de l’électricité dans le bilan énergétique


Production electrique

0.4%

4.5%14.0%

79.0%

1.4%

0.7%NucleaireHydrauliqueCharbonGaz naturelFioulAutres ENR

Dominée aujourd’hui par le nucléaire (79%) Des centrales fossiles utilisées pour la pointe et les services réseau



CAPACITE RESIDUELLE

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030

MW

AUTRES ENR

THERM

STOCKAGE

HYDRO

NUCLEAIRE

Quelle structure future?


Quelle structure future?

Sensibilité au prix du gaz

Quelle politique nucléaire ?

Emissions de CO2



Le système électrique de référence


Technologies de Production

Consommation Approvisionnement

IMPCOAL

IMPFUL

IMPGAS

IMPURN

Technologie de demande

EXPELC

Station de Pompage

Charbon

Fioul

Nucléaire

Gaz

Hydraulique

Autres ENR

Charbon

Fioul

Gaz nat.

Uranium

ELC (Électricité)

ELC

ELC

ELC

ELC

ELC

ELC

Pertes du réseau de transport

Demande électrique

(5)

(12)

(13)

(18)

(3)

(27)

(1)


Hypothèses du scénario de base


Taux d’actualisation 8% Horizon 2050 Durée de vie des centrales nucléaires existantes de 40 ans 1 EPR en 2012 ; Aucune contrainte sur les émissions de CO2 21% de production d'électricité d'origine renouvelable en

2010 puis maintien à 18% minimum (2030) puis 16%


Hypothèses de coût des ressources (DGEMP)


DGEMP 2004

Prix du brent $/baril 30

Prix du gaz naturel $/Mbtu 4

prix du charbon $/t 45

Prix FOD $/m3 220.33

Combustible nucléaire 6,23€/MWhe REP et 4,4€/MWhe EPR

Demande d’électricité: DGEMP (2030) + SENAT (H1)

TWh 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 TCAM 2000-2020

TCAM 2000-2030

TCAM 2030-2050

Demande électrique finale 410.70 445.90 481.10 517.50 553.90 590.50 627.10 668.97 711.84 751.72 790.60 1.51% 1.25% 1.17%

Evolution des exportations: DGEMP 2004 TWh 2000 2010 2020 2030

Exportation 70 60 38 0



EVOLUTION DE LA PRODUCTION ELECTRIQUE EN France:2000-2050Scénario de base

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

TW

h

HYD POMP HYD NUC REP NUC EPR CONV THERM EOLIEN AUTRES ENR

Résultat du scénario de base



Résultat du scénario de base: Gaz à 4$/MbtuEVOLUTION DE LA PRODUCTION THERMIQUE: Gaz 4$/Mbtu

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

TW

h

DCN Turb Gaz CH_SC CH_LF Turb Fioul CCG



Sensibilité du scénario de base au prix du gazEVOLUTION DE LA PRODUCTION THERMIQUE: Gaz 3.5$/Mbtu

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

TW

h


Gaz: 3.5$/Mbtu

EVOLUTION DE LA PRODUCTION THERMIQUE: Gaz 4$/Mbtu

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

TW

h


Gaz: 4$/Mbtu

EVOLUTION DE LA PRODUCTION THERMIQUE: Gaz 4.5$/Mbtu

0

20

40

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120

140

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180

200

2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

TW

h


Gaz: 4.5$/Mbtu

EVOLUTION DE LA PRODUCTION THERMIQUE:Gaz 5$/Mbtu

0

20

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200

2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

TW

h


Gaz: 5$/Mbtu



Sensibilité du scénario de base au prix du gaz

PRODUCTION ELECTRIQUE PAR CYCLE COMBINE GAZ

0

20

40

60

80

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120

140

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2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

TW

h

Gaz 3,5 €/Mbtu Gaz 4 €/Mbtu Gaz 4,5 €/Mbtu Gaz 5 €/Mbtu



Sensibilité à la politique nucléaire


0

100

200

300

400

500

600

700

800

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2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

TW

h


EVOLUTION DE LA PRODUCTION ELECTRIQUE EN France:2000-2050Politique nucléaire modérée

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

TW

h




Sensibilité à la politique nucléaireEVOLUTION DE LA PRODUCTION THERMIQUE:

Scénario de base

0

50

100

150

200

250

300

350

2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

TW

h


EVOLUTION DE LA PRODUCTION THERMIQUE:politique nucléaire modérée

0

50

100

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200

250

300

350

2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

TW

h




Sensibilité à la politique nucléaireEVOLUTION DE LA PRODUCTION THERMIQUE

0

50

100

150

200

250

300

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2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

TW

h


Gaz: 3.5$/Mbtu

EVOLUTION DE LA PRODUCTION THERMIQUE

0

50

100

150

200

250

300

350

2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

TW

h


Gaz: 4$/Mbtu


0

50

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150

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300

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2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

TW

h


Gaz: 4.5$/Mbtu


0

50

100

150

200

250

300

350

2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

TW

h


Gaz: 5$/Mbtu



Sensibilité à la politique nucléaire

PRODUCTION ELECTRIQUE PAR LIT FLUIDISE:Politique nucléaire modérée

0

50

100

150

200

250

300

2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

TW

h

Gaz 3,5 €/Mbtu Gaz 4€/Mbtu Gaz 4,5 €/Mbtu Gaz 5 €/Mbtu



Sensibilité à la contrainte environnementaleTaxe CO2 de 20€/tonne & Scenario EPR modéré

EMISSIONS DE CO2

0

50000

100000

150000

200000

250000

2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

Kt

Scénario de base Taxe CO2 20$/t EPR modéré



Sensibilité à la contrainte environnementale


0

100

200

300

400

500

600

700

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900

2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

TW

h


EVOLUTION DE LA PRODUCTION ELECTRIQUE EN France:2000-2050Gaz 4$/Mbtu & Taxe CO2 20€/t

0

100

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300

400

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2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

TW

h

HYD POMP HYD NUC REP NUC EPR CONV THERM EOLIEN PAC AUTRES ENR



Sensibilité à la contrainte environnementaleEffet du prix du gaz

EVOLUTION DE LA PRODUCTION THERMIQUE:Gaz 3.5 $/Mbtu & Taxe CO2 20€/t

0

20

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100

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160

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2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

TW

h

DCN Turb Gaz CH_SC CH_LF Turb Fioul CCG PAC

Gaz 3.5$/Mbtu

EVOLUTION DE LA PRODUCTION THERMIQUE:Gaz 4$/Mbtu & Taxe CO2 20€/t

0

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40

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2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

TW

h


Gaz 4$/Mbtu

EVOLUTION DE LA PRODUCTION THERMIQUE:Gaz 4.5 $/Mbtu & Taxe CO2 20€/t

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2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

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Gaz 4.5$/Mbtu

EVOLUTION DE LA PRODUCTION THERMIQUE:Gaz 5$/Mbtu & Taxe CO2 20€/t

0

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2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

TW

h


Gaz 5$/Mbtu



Sensibilité à la contrainte environnementaleEffet du prix du gazPRODUCTION ELECTRIQUE PAR CYCLE COMBINE GAZ

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2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

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PRODUCTION ELECTRIQUE PAR CYCLE COMBINE GAZ

0

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80

100

120

140

160

180

2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

TW

h



Conclusions

MARKAL permet une prospective technologique détaillée

Le système électrique évolue vers une structure similaire en 2050 avec une période de transition entre 2015 et 2040

Une forte sensibilité au cours du gaz dans le scénario de référence pour les cycles combinés et les lits fluidisés

Une politique nucléaire modérée réduit très fortement la sensibilité des centrales charbons au cours du gaz

Les contraintes environnementales réduisent très fortement la sensibilité des cycles combinés aux cours du gaz

Documents

1 MONDER2006 – 11/01/2006 - Etudes de sensibilité pour la prospective électrique française à laide du modèle MARKAL Edi Assoumou