tude ralise pour le compte de lADEME, la DGCIS et lATEE par le groupement ARTELYS, ENEA CONSULTING et le G2ELAB
N de contrat 1294C0121
Coordination technique : Nicolas TONNET Service Recherche et Technologies Avances Direction de la Recherche, et Stphane BISCAGLIA, Anne-Laure DUBILLY Service Rseaux et
Energies Renouvelables, Direction Production et Energies Durables, ADEME Patrick CANAL, ATEE
Johann FAURE, DGCIS
RAPPORT FINAL
TUDE SUR LE POTENTIEL DU STOCKAGE
DENERGIES
21/10/2013
tude sur le potentiel du stockage
dnergies Rapport dtude
tude sur le potentiel du stockage dnergies
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AVANT-PROPOS
Cette tude est finance par lADEME, lATEE et la DGCIS, dans le cadre de rflexions sur le
dveloppement de la filire stockage dnergies. Les travaux ont t mens en collaboration avec
deux contributeurs techniques (ErDF et RTE) et cofinancs par dix acteurs industriels rfrents
(Alstom, Areva, Dalkia, EDF, E-On France, GDF Suez, GrDF, Orange, Saft et Total) reprsents par
l'ATEE. Lensemble des acteurs industriels ont particip activement aux comits de pilotage et ont
contribu ltude par des interviews et la fourniture de donnes. La Direction Gnrale de lEnergie
et du Climat a galement jou un rle important dans laccompagnement de ltude.
Les lments prsents dans ce rapport, ainsi que leur interprtation, sont les rsultats des travaux
raliss par Artelys, ENEA Consulting et le G2Elab et nengagent aucunement les acteurs industriels
du consortium. Notamment, les scnarios de mix nergtique 2030 tudis sont labors partir
dexercices prospectifs raliss indpendamment par RTE et lADEME et ne refltent pas
ncessairement la vision de ces acteurs ni des acteurs privs.
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AUTEURS
Les travaux ont t raliss par les personnes suivantes :
Direction de projet (Artelys) : Arnaud Renaud
Chef de projet (Artelys) : Laurent Fourni Modlisation des systmes nergtiques, quantification, calculs conomiques (Artelys):
Pierre Girardeau, Maxime Chammas, Guillaume Tarel, Alice Chiche, Pierre De Freminville
Prospective sur les technologies de stockage, analyse financire et tudes de cas (ENEA) :
Olivier Lacroix, Loc Rakotojaona, Luc Payen
Comportement physique des rseaux lectriques (G2Elab) : Delphine Riu, Anne-Fleur Kerouedan
Artelys est une entreprise spcialise en optimisation, prvision et aide la dcision. A travers la
ralisation dune centaine dtudes et de projets logiciels dans le domaine de lnergie, Artelys est
devenu un acteur de rfrence en optimisation et analyse technico-conomique de grands systmes
nergtiques. Artelys a notamment dvelopp une suite logicielle, Artelys Crystal, ddie
loptimisation conomique de la gestion et des investissements sur les systmes nergtiques.
ENEA est une socit de conseil spcialise sur les enjeux de lnergie et du dveloppement durable,
leader sur le secteur industriel. De la stratgie la mise en uvre, ENEA accompagne ses clients dans
la transition nergtique, notamment quant leur positionnement sur les filires innovantes telles
que le stockage dnergie.
Le G2Elab est une Unit Mixte de Recherche CNRS associe Grenoble-INP et lUniversit Joseph
Fourier de Grenoble, qui couvre un large spectre de comptences dans le domaine de la Recherche
en Gnie lectrique : nergie lectrique, matriaux, procds et systmes innovants, modlisation et
conception. Avec plus de 100 personnels permanents, 110 doctorants et 50 masters, le G2Elab
s'impose dans ces domaines comme un acteur majeur au niveau national et international .
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TABLE DES MATIERES
Avant-propos .............................................................................................. 2
Auteurs ........................................................................................................ 3
Table des matires ..................................................................................... 4
Synthse de ltude.................................................................................. 10
Lexique ...................................................................................................... 38
1 Orientations : valuation du surplus pour la collectivit ............... 41
1.1 Une approche en deux temps : calcul du surplus global puis dcoupage entre acteurs ......42
1.2 Des scnarios de parc nergtique fixs .........................................................................43
1.3 Une modlisation multi-nergie pour le stockage en nergie finale ..................................43
1.4 Simuler lquilibre entre loffre et la demande au pas horaire ..........................................43
1.5 Sparer la valeur intrinsque du stockage dnergies pour le systme et le choix des
technologies ............................................................................................................................44
1.6 Approche par segments .................................................................................................44
1.7 Projection des cots par technologie ..............................................................................46
1.8 Etudes de cas ................................................................................................................46
1.9 Calcul du gisement ........................................................................................................46
2 Les services fournis par le stockage dnergie ................................ 48
2.1 Services fournis au systme lectrique ...........................................................................50
2.1.1 Arbitrage ...............................................................................................................50
2.1.2 Garantie capacitaire ...............................................................................................52
2.1.3 Services systme ....................................................................................................53
2.1.4 Soutien au rseau ..................................................................................................57
2.1.5 Service consommateur ...........................................................................................58
2.2 Services fournis au systme thermique ...........................................................................60
2.2.1 Arbitrage ...............................................................................................................60
2.2.2 Garantie capacitaire ...............................................................................................63
2.2.3 Soutien au rseau ..................................................................................................64
2.3 Synthse et possibilits de valorisation des services ........................................................65
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2.3.1 Caractristiques techniques requises pour fournir les services ..................................65
2.3.2 Chaines dacteurs concerns (bnficiaires et oprateurs)........................................66
2.3.3 Possibilits de valorisation des services ...................................................................68
2.4 Services et segments .....................................................................................................71
3 Scnarios et hypothses de modlisation ....................................... 72
3.1 Des scnarios de parc lectrique contrasts par une pntration dEnR plus ou moins forte
72
3.2 Une modlisation du parc de production lectrique franais par filire ............................74
3.2.1 Filire nuclaire .....................................................................................................76
3.2.2 Thermique centralis..............................................................................................77
3.2.3 Thermique dcentralis (hors biomasse) .................................................................77
3.2.4 Thermique renouvelable (Biomasse) .......................................................................77
3.2.5 Centrales hydrolectriques rservoir (lacs, cluses) .............................................78
3.2.6 Fil de leau .............................................................................................................78
3.2.7 Stations de transfert dnergie par pompage ...........................................................78
3.2.8 Eolien ....................................................................................................................78
3.2.9 Solaire Photovoltaque ...........................................................................................78
3.2.10 Imports/exports .....................................................................................................79
3.3 Demande dnergie lectrique nationale ........................................................................80
3.4 Une modlisation plus fine du parc de production lorsque ncessaire ..............................81
3.4.1 Segment ZNI ..........................................................................................................81
