Programmation de l’extension du service d’électrification rurale - Approche méthodologique

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Programmation de l’extension du service d’électrification rurale

-Approche méthodologique

02 mars 2009

Programme d’électrification rurale par raccordement au réseau SBEE

Facilité Energie projet N°61

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Contexte

La première étape de la mission de maîtrise d’œuvre du programme d’électrification rurale par raccordement au réseau électrique de SBEE porte sur :

la caractérisation de l’offre et de la demande en énergie électrique en zone rurale, en particulier pour les 297 localités pré-sélectionnées

La sélection finale des villages à électrifier parmi la liste des 297 localités à partir d’une optimisation socio-économique et technico-économique

Le programme se déroule dans un objectif de « Réduction de la pauvreté à travers le développement de services énergétiques modernes ».

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Objectifs

Définir un cadre méthodologique axé sur 2 ambitions majeures:

Définition pertinente des investissements

Maximiser l’impact de ces investissements

Contribuer au renforcement des capacités en matière de planification

Transfert de connaissances

Vision à long terme

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2 approches possibles :

Approche « financière »: projets limités à la recherche du meilleur Taux de Rentabilité Interne (TRI),

Approche « résultats »: les ambitions se traduisent en termes de taux de couverture, taux de connexions…

Disponibilité des fonds connue

Planification orientée vers les besoins et la réduction de la pauvreté

Planification: quelle stratégie?

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Du fait de la spécificité du monde rural (demande énergétique généralement faible, population dispersée, etc.…), les projets d’électrification rurale sont souvent non rentables

D’où un besoin structurel de subvention des investissements

Dans des contextes de pays en développement souvent caractérisés par des ressources publiques rares, la question de l’optimisation de la subvention se pose avec encore plus d’acuité

Concrètement, la problématique se pose en ces termes:

Planification: constats

« Peut-on faire MIEUX avec le même niveau de subvention publique ? »

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METHODOLOGIE – Synthèse

Une approche en 4 étapes :

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1: Analyse spatiale

2: Analyse de la demande

3: Calcul du coût d’approvisionnement par le réseau

4 : Sélections des localités / projets

METHODOLOGIE – 1.Analyse spatiale

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S’intéresser à l’impact d’un programme d’électrification à l’échelle d’un territoire revient à se poser au préalable la question fondamentale des " LIEUX" PRIORITAIRES d’intervention.

Normalement : 2 étapes:

1. La sélection: quelles localités doivent être considérées en priorité?

2. La hiérarchisation: dans quel ordre de priorité ?

Dans le programme SBEE, un premier niveau de sélection a été effectués, avec 297 localités présélectionnées


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Étape 1: sélection des localités à fort potentiel socioéconomique

Identification des localités à fort potentiel socioéconomique = Pôles de développement

un Pôle de développement est un espace où l'habitat et les activités socioéconomiques se concentrent pour atteindre une certaine densité

notion relative dépendant fortement de l’échelle territoriale de l’étude

Processus d’identification :

Le programme a déjà présélectionné 297 localités. Elles constituent le premier niveau du territoire d’étude

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Introduction d’un paramètre, l’Indicateur du Potentiel de Développement (IPD), qui permettra de classer les localités à l’échelle d’un territoire

« L’IPD mesure la capacité d’une localité à enrayer la pauvreté sur le territoire constitué par elle-même et par les localités dites de sa périphérie » : un Pôle de développement est une localité disposant d’un IPD élevé

L’IPD sera calculé pour les 297 localités qui seront toutes considérées comme des Pôles de Développement

L’IPD est un indice composite compris entre 0 et 1, inspiréde l’IDH (Indice de Développement Humain)

Education

Niveau de Vie

Santé

Étape 2: classement des localités en fonction de leur potentiel socioéconomique

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IPD = 1/3 (IPDsanté) + 1/3 (IPDéducation) + 1/3 (IPDéconomie locale)

critères

composantevaleurpoidsIPD )*(

L’IDH combine 3 composantes de poids équivalents:(1) l’espérance de vie, (2) le niveau des connaissances (taux

d’alphabétisation des adultes et taux brut de scolarisation), et (3) le PIB réel par habitant ajusté en parité de pouvoir d’achat

L’IPD est défini par 3 composantes de poids équivalents-Santé / Éducation / Économie locale

Education

Economielocale

Santé etbien-être

social

COMPOSANTE POIDS Exemple de CRITERESPOIDS

[0,1]

SANTE 1/3Formations sanitaires 1/2

Accès à l’Eau potable 1/2

EDUCATION 1/3

Alphabétisation et éducation non formelle

1/3

Scolarisation 2/3

ECONOMIE LOCALE

1/3

Population de la localité 3/12

Agriculture 3/12

Marché 2/12

Distance à la route 2/12

Banques et établissements de micro-finance

1/12

Téléphonie 1/12

EXEMPLE DE SOUS-CRITERES

VALEUR

[0,1]

CMA 1

CM 0,6

CSPS 0,4

Dispensaire/maternité 0,2

Aucune 0

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Les critères, sous-critères et systèmes de pondération doivent être idéalement le résultat d’un consensus multi-sectoriel « grille équilibrée »

Pour chaque critère des 3 composantes (santé, éducation, économie locale), le niveau de service le plus élevé est pris en compte

l’IPD reflète la qualité du service disponible pour les populations locales


Étape 2: classement des localités en fonction de leur potentiel socioéconomique

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Logiciel d’aide à la planification basé sur des modèles mathématiques dits « gravitaires »

Estimation de la capacité d’attraction des localités

Délimitation des zones d’influence des localités

Probabilité de déplacement des

populations vers une localité

Classement basé sur la population totale potentiellement bénéficiaire d’un programme d’électrification d’une localité


Étape 3: hiérarchisation des Localités en fonction de la population bénéficiaire (directement et indirectement)

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METHODOLOGIE – 2.Analyse de la demande

1: Analyse spatiale




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Etape primordiale dans toute démarche de planification. Celle-ci permet de: estimer la consommation et la demande de pointe

données d’entrée pour le dimensionnement àmoindre coût des options d’approvisionnement

estimer le nombre potentiel de clients et leurs besoins

Ces informations doivent ensuite être recoupées avec la capacité à payer

données d’entrée pour l’analyse économique et financière

Intérêt de l’analyse de la demande

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Caractériser la demande de chaque localité de la zone d’étude en terme de:

– demande de pointe (kW)

– consommation totale (kWh par an)

– nombre de clients (BT & MT)

– courbe de charge classée (monotone)

Ces informations sont renseignées pour:

– chaque année de la période de planification

– différents scénarios d’approvisionnement (ex. 24h pour extension réseau)

Objectifs :

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Prévisions « Top-down »

– techniques statistiques et/ou économétriques

– relations macro-économiques pour prévoir la demande totale au sein du territoire

Prévisions « Bottom-up »

– soit au niveau du fournisseur

– soit au niveau de la sous-station

– soit au niveau d’une unité de recensement

– soit à partir d’enquêtes consommateurs

Différentes approches :

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Ménages et infrastructures (écoles, artisans, moulins etc.) présentent différents niveaux et modes de consommation

Il existe également des différences significatives au sein de ces 2 catégories:

entre les ménages pauvres, modestes et aisés entre les différents types d’infrastructure et de service

Approche à l’échelle de la localité, nécessitant de définir de façon précise la contribution de chaque type de consommateur

demande = combinaison des demandes des différents types de consommateur

Le Modèle GEOSIM privilégie une approche « Bottom up »

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Les ménages sont répartis par classes d’utilisateur présentant les mêmes:

Capacité à payer pour le service électrique Niveaux de service escompté (capacité installée)

Les infrastructures et services sont répartis en 3 grandes catégories:

Services publics (pompage de l’eau, éclairage public, bâtiments administratifs…)

Infrastructures & services (boutiques, artisans, écoles, moulins…) Demandes spécifiques: consommateurs avec une consommation

électrique importante (agro-industrie, PME…) et situés dans seulement quelques localités

Types de consommateurs

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Fournit la demande horaire moyenne d’une journée, et plus précisément: Consommation totale Pointe Moments de la journée

avec une faible demande

Données importantes pour le dimensionnement des systèmes

d’approvisionnement

Calculées pour chaque scénario avec le nombre de clients et les conso.spécifiques de chaque type de consommateur

Courbe de charge détaillée – année 1

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

0-1

2-3

4-5

6-7

8-9

10-1

1

12-1

3

14-1

5

16-1

7

18-1

9

20-2

1

22-2

3 0-1

Tranches horaires

Co

nso

mm

ati

on

(W

)

Infrastructures

et services

Ménages


Courbes de charge journalière

21

0-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 17-18 18-19 19-20 20-21 21-22 22-23 23-24 Total (Wh) Pointe (W) Ménages classe 1 0 996 996 0 0 0 0 2136 9396 8400 8400 8400 8400 47123 9396 Ménages classe 2 0 1470 1470 0 0 0 0 4276 12462 10992 10992 10992 10992 63647 12462

Pompage de l’eau 0 750 750 750 750 750 750 750 750 750 750 0 0 7500 750Éclairage public 0 0 0 0 0 0 0 188 375 375 375 375 375 2063 375

Bâtiments administratifs 0 150 150 150 0 0 0 38 75 75 75 75 75 863 150

Moulins 0 0 0 0 0 0 0 0 2000 2000 2000 2000 2000 10000 2000 Boutiques 0 150 150 150 150 150 150 300 300 300 300 150 150 2400 300

Écoles 0 0 0 100 100 100 100 25 50 50 50 50 50 675 100Centres de santé 0 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 50 50 1100 100

Hôpitaux, cliniques 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0Artisans 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Total 0 3616 3616 1250 1100 1100 1100 7812 25508 23042 23042 22092 22092 135370 25508Total avec pertes 0 3888 3888 1344 1183 1183 1183 8400 27428 24776 24776 23755 23755 145559 27428

SOMME

En tenant compte des pertes techniques, la demande finale est

calculée par la formule suivante: (%)1

Pertes

TotaleDemande

La consommation journalière totale est la somme des

consommations horaires; la pointe correspond à la

consommation horaire maximale

A partir des consommations horaires de chaque type de client, il est possible de calculer la courbe de charge journalière moyenne de la localité:


Exemple : courbe de charge composite

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Hypothèses de croissance entre les années intermédiaires

Croissance de la population

Évolution des classes de ménage Le poids relatif de la classe la plus pauvre diminue Les poids relatifs des autres classes augmentent

Augmentation du taux de connexion et des consommations spécifiques Pour chaque classe de ménage Pour chaque type d’infrastructure


Evolution de paramètres : de l’année 1 à l’année finale planification

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Nombre de clients de chaque type

Consommation spécifique de chaque type de client

Courbes de charge journalières moyennes

Consommation annuelle et demande de pointe

Courbes des charges classées

Paramètres calculés en année 1 pour chaque scénario puis extrapolés

Courbe de charge journalière

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

0-1

2-3

4-5

6-7

8-9

10-1

112

-13

14-1

516

-17

18-1

920

-21

22-2

30-

1

Tranches horaires

Co

nso

mm

ati

on

(W

)

Nombre de clients

050

100

150200250300350

400450500

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Année

Cli

ents

MT

0

50

100

150

200

250

Cli

ents

MT

Prévision de la demande

0

100 000

200 000

300 000

400 000

500 000

600 000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Année

Co

nso

mm

atio

n (

kWh

)

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

Po

inte

(kW

)

Courbes des charges classées

0

20

40

60

80

100

120

0% 20% 40% 60% 80% 100%

Durée (% de l’année)P

uis

san

ce (

kW)


Analyse de la demande : synthèse

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METHODOLOGIE – 3. Coût d’approvisionnement

1: Analyse spatiale




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Phase concrète de planification: définition d’un plan d’électrification

Identification des options d’approvisionnement les plus adaptées pour satisfaire la demande. Priorité aux localités qui présentent le plus fort IPD et la population bénéficiaire directe et indirecte la plus élevée

Estimation des investissements et des coûts d’exploitation et de maintenance


Objectifs

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Dans le cadre du programme, il est demandé de ne prendre en compte que le scénario d’approvisionnement par le réseau électrique national.

Les Termes de références définissent que l’étude d’optimisation porte : Sur les 297 localités short-listés Et dans une deuxième étape sur les localités avoisinantes

(densification)

METHODOLOGIE – 3. Cout d’approvisionnement

Approche

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1ère simulation : extension de réseau en ne considérant que les 297 localités visées

1er niveau de résultat pour classement technico-économique (critère : coût du kWh)

2ème simulation : l’extension obtenue est intégrée à notre réseau de départ. A partir de ce réseau étendu, on relance une extension afin de densifier (réintégration de l’ensemble des localités du pays) et d’optimiser le raccordement des 297 localités, en se fixant une limite de distance au réseau (raccordement des localités à moins de X km de l’extension). On densifie nos extensions et non pas le réseau initial.


Approche

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3ème simulation : on connaît désormais les localités «susceptibles» d’optimiser le raccordement des 297 localités. On relance une dernière simulation en considérant les « 297 localités » + «localités pour optimisation », ceci afin d’obtenir un tracé du réseau plus cohérent que celui obtenu lors de la 2ème simulation.

Comparaison des résultats avec ceux obtenus lors de la 1ère simulation (évolution du kWh, du coût/ménage)


Approche

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Un projet comprend:

Une ou plusieurs localités, parmi lesquelles en général au moins une localité de la short liste de 297

Un raccordant les localités entre elles Une connexion au réseau MT actuel


Localité de la short list

Localité

Réseau

Possibilité d’interconnexion

Définition des projets :

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Ambition: réduire le coût d’approvisionnement des Localités Paramètre d’étude: coût actualisé du KWh

Coûts (i): coûts en année i (investissements + exploitation & maintenance) Bénéfices (i): kWh vendus en année i

• r: taux d’actualisation économique

• Horizon: horizon de la planification


horizon

i i

horizon

i i

riBénéfices

riCoûts

1

1

)1()(

)1()(

KWhdu actualiséCoût

Définition des « projets » : optimisation

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1: Analyse spatiale




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Les 3 critères calculés seront utilisés pour établir la liste finale

Population bénéficiaire directe et indirecte

IPD des localités

Coût (FCFA/kWh) d’approvisionnement des abonnés de chaque localité

METHODOLOGIE – 4. Sélection des projets / localités

Définition des projets / localités à électrifier

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