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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
2MONDER2006 – 11/01/2006 - http://www.cma.ensmp.fr
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
3MONDER2006 – 11/01/2006 - http://www.cma.ensmp.fr
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)
Prospective et modélisation MARKAL
4MONDER2006 – 11/01/2006 - http://www.cma.ensmp.fr
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
…..
Prospective et modélisation MARKAL
5MONDER2006 – 11/01/2006 - http://www.cma.ensmp.fr
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 ...
Prospective et modélisation MARKAL
6MONDER2006 – 11/01/2006 - http://www.cma.ensmp.fr
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 …..
Prospective et modélisation MARKAL
7MONDER2006 – 11/01/2006 - http://www.cma.ensmp.fr
La représentation technologique
Technologies individualisées
Caractéristiques techniques détaillées
Progrès explicite
Construction d’un système énergétique de référence
Prospective et modélisation MARKAL
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Technologie OutputsInputs
Coûts, rendement, émissions, durée de
vie,…Les technologies sont les briques élémentaires
TechnologiesOutput Input
Liaison par des vecteurs énergétiques
Assemblage / désagrégation
9MONDER2006 – 11/01/2006 - http://www.cma.ensmp.fr
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
10MONDER2006 – 11/01/2006 - http://www.cma.ensmp.fr
La place de l’électricité dans le bilan énergétique
Application: Prospective électrique française
Source: DGEMP, l’énergie en France 2004
11MONDER2006 – 11/01/2006 - http://www.cma.ensmp.fr
La place de l’électricité dans le bilan énergétique
Application: Prospective électrique française
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
12MONDER2006 – 11/01/2006 - http://www.cma.ensmp.fr
Application: Prospective électrique française
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?
13MONDER2006 – 11/01/2006 - http://www.cma.ensmp.fr
Quelle structure future?
Sensibilité au prix du gaz
Quelle politique nucléaire ?
Emissions de CO2
Prospective et modélisation MARKAL
14MONDER2006 – 11/01/2006 - http://www.cma.ensmp.fr
Le système électrique de référence
Application: Prospective électrique française
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)
15MONDER2006 – 11/01/2006 - http://www.cma.ensmp.fr
Hypothèses du scénario de base
Application: Prospective électrique française
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%
16MONDER2006 – 11/01/2006 - http://www.cma.ensmp.fr
Hypothèses de coût des ressources (DGEMP)
Application: Prospective électrique française
DGEMP 2004
Prix du brent $/baril 30
Prix du gaz naturel $/Mbtu 4
prix du charbon $/t 45
Prix FOD $/m3 220.33
Combustible nucléaire 6,23€/MWhe REP et 4,4€/MWhe EPR
Demande d’électricité: DGEMP (2030) + SENAT (H1)
TWh 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 TCAM 2000-2020
TCAM 2000-2030
TCAM 2030-2050
Demande électrique finale 410.70 445.90 481.10 517.50 553.90 590.50 627.10 668.97 711.84 751.72 790.60 1.51% 1.25% 1.17%
Evolution des exportations: DGEMP 2004 TWh 2000 2010 2020 2030
Exportation 70 60 38 0
17MONDER2006 – 11/01/2006 - http://www.cma.ensmp.fr
Application: Prospective électrique française
EVOLUTION DE LA PRODUCTION ELECTRIQUE EN France:2000-2050Scénario de base
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HYD POMP HYD NUC REP NUC EPR CONV THERM EOLIEN AUTRES ENR
Résultat du scénario de base
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Application: Prospective électrique française
Résultat du scénario de base: Gaz à 4$/MbtuEVOLUTION DE LA PRODUCTION THERMIQUE: Gaz 4$/Mbtu
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2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
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h
DCN Turb Gaz CH_SC CH_LF Turb Fioul CCG
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Application: Prospective électrique française
Sensibilité du scénario de base au prix du gazEVOLUTION DE LA PRODUCTION THERMIQUE: Gaz 3.5$/Mbtu
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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
Gaz: 3.5$/Mbtu
EVOLUTION DE LA PRODUCTION THERMIQUE: Gaz 4$/Mbtu
0
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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
Gaz: 4$/Mbtu
EVOLUTION DE LA PRODUCTION THERMIQUE: Gaz 4.5$/Mbtu
0
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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
Gaz: 4.5$/Mbtu
EVOLUTION DE LA PRODUCTION THERMIQUE:Gaz 5$/Mbtu
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2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
TW
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DCN Turb Gaz CH_SC CH_LF Turb Fioul CCG
Gaz: 5$/Mbtu
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Application: Prospective électrique française
Sensibilité du scénario de base au prix du gaz
PRODUCTION ELECTRIQUE PAR CYCLE COMBINE GAZ
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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
21MONDER2006 – 11/01/2006 - http://www.cma.ensmp.fr
Application: Prospective électrique française
Sensibilité à la politique nucléaire
EVOLUTION DE LA PRODUCTION ELECTRIQUE EN France:2000-2050Scénario de base
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2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
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HYD POMP HYD NUC REP NUC EPR CONV THERM EOLIEN AUTRES ENR
EVOLUTION DE LA PRODUCTION ELECTRIQUE EN France:2000-2050Politique nucléaire modérée
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2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
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HYD POMP HYD NUC REP NUC EPR CONV THERM EOLIEN AUTRES ENR
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Application: Prospective électrique française
Sensibilité à la politique nucléaireEVOLUTION DE LA PRODUCTION THERMIQUE:
Scénario de base
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2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
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DCN Turb Gaz CH_SC CH_LF Turb Fioul CCG
EVOLUTION DE LA PRODUCTION THERMIQUE:politique nucléaire modérée
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2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
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DCN Turb Gaz CH_SC CH_LF Turb Fioul CCG
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Application: Prospective électrique française
Sensibilité à la politique nucléaireEVOLUTION DE LA PRODUCTION THERMIQUE
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2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
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DCN Turb Gaz CH_SC CH_LF Turb Fioul CCG
Gaz: 3.5$/Mbtu
EVOLUTION DE LA PRODUCTION THERMIQUE
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2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
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DCN Turb Gaz CH_SC CH_LF Turb Fioul CCG
Gaz: 4$/Mbtu
EVOLUTION DE LA PRODUCTION THERMIQUE
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2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
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DCN Turb Gaz CH_SC CH_LF Turb Fioul CCG
Gaz: 4.5$/Mbtu
EVOLUTION DE LA PRODUCTION THERMIQUE
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TW
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DCN Turb Gaz CH_SC CH_LF Turb Fioul CCG
Gaz: 5$/Mbtu
24MONDER2006 – 11/01/2006 - http://www.cma.ensmp.fr
Application: Prospective électrique française
Sensibilité à la politique nucléaire
PRODUCTION ELECTRIQUE PAR LIT FLUIDISE:Politique nucléaire modérée
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Gaz 3,5 €/Mbtu Gaz 4€/Mbtu Gaz 4,5 €/Mbtu Gaz 5 €/Mbtu
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Application: Prospective électrique française
Sensibilité à la contrainte environnementaleTaxe CO2 de 20€/tonne & Scenario EPR modéré
EMISSIONS DE CO2
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Kt
Scénario de base Taxe CO2 20$/t EPR modéré
26MONDER2006 – 11/01/2006 - http://www.cma.ensmp.fr
Application: Prospective électrique française
Sensibilité à la contrainte environnementale
EVOLUTION DE LA PRODUCTION ELECTRIQUE EN France:2000-2050Scénario de base
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HYD POMP HYD NUC REP NUC EPR CONV THERM EOLIEN AUTRES ENR
EVOLUTION DE LA PRODUCTION ELECTRIQUE EN France:2000-2050Gaz 4$/Mbtu & Taxe CO2 20€/t
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HYD POMP HYD NUC REP NUC EPR CONV THERM EOLIEN PAC AUTRES ENR
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Application: Prospective électrique française
Sensibilité à la contrainte environnementaleEffet du prix du gaz
EVOLUTION DE LA PRODUCTION THERMIQUE:Gaz 3.5 $/Mbtu & Taxe CO2 20€/t
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DCN Turb Gaz CH_SC CH_LF Turb Fioul CCG PAC
Gaz 3.5$/Mbtu
EVOLUTION DE LA PRODUCTION THERMIQUE:Gaz 4$/Mbtu & Taxe CO2 20€/t
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TW
h
DCN Turb Gaz CH_SC CH_LF Turb Fioul CCG PAC
Gaz 4$/Mbtu
EVOLUTION DE LA PRODUCTION THERMIQUE:Gaz 4.5 $/Mbtu & Taxe CO2 20€/t
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DCN Turb Gaz CH_SC CH_LF Turb Fioul CCG PAC
Gaz 4.5$/Mbtu
EVOLUTION DE LA PRODUCTION THERMIQUE:Gaz 5$/Mbtu & Taxe CO2 20€/t
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DCN Turb Gaz CH_SC CH_LF Turb Fioul CCG PAC
Gaz 5$/Mbtu
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Application: Prospective électrique française
Sensibilité à la contrainte environnementaleEffet du prix du gazPRODUCTION ELECTRIQUE PAR CYCLE COMBINE GAZ
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Gaz 3,5 €/Mbtu Gaz 4 €/Mbtu Gaz 4,5 €/Mbtu Gaz 5 €/Mbtu
PRODUCTION ELECTRIQUE PAR CYCLE COMBINE GAZ
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Gaz 3,5 €/Mbtu Gaz 4 €/Mbtu Gaz 4,5 €/Mbtu Gaz 5 €/Mbtu
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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