Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 E n e r g y C e n t e r Lapprovisionnement électrique de la Suisse Hans Björn.

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1 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Lapprovisionnement électrique de la Suisse Hans Björn (Teddy) Püttgen Professeur, Chaire de Gestion des Systèmes Energétiques Directeur, Energy Center Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne Georgia Power Professor Emeritus, Georgia Institute of Technology Fellow IEEE Café Scientifique Hôpital de Morges 27 octobre 2011

2 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Le monde en deux slides !

3 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r La croissance mondiale de la production dénergie La croissance de la demande a lieu hors de lOCDE Le pétrole et le charbon diminuent pour lOCDE Dans lOCDE la plus croissance dans lOCDE sont les renouvelables Source: IEA

4 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Evolution de la demande par habitant LOCDE décroit LAfrique décroit ! Source. IEA

5 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Revenons en Suisse !

6 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Demande dénergie en Suisse selon énergies 2009 2000 -Moins de pétrole -Plus de gaz -Plus « autres » -Plus délectricité

7 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Demande dénergie en Suisse selon secteurs 2000 2009 Peu dévolution

8 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Utilisation rationnelle de lénergie – transports Des progrès très rapides sont possibles grâce à des nouvelles technologies, tant dans le secteur public que privé. Les véhicules hybrides rechargeables vont très vite pénétrer le marché. Les technologies sont là – les décisions politiques manquent. < 3 semaines 1000000 de passagers

9 9 ST/Proj/22174/Vortrag/060928_AWLausanne Efficacité énergétique bâtiments: Facteur 10 0 40 120 [ kWh / m annuel ] Moyenne tous bâtiments Standard Zurich Standard SIA 380 Minergie 160 200 240 Minergie P 80 Appareils ménagers Eau chaude Chauffage 2 226 166 119 62 34 24 28 80 122 169 33 17 22 21 17 22 11 1

10 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Le défi énergétique immobilier : la rénovation Minergie Rénovation 8 l/m 2 a Minergie neuf 4.2 l/m 2 a Source : Recensement Service cantonal de lénergie ZH Etat 2005 Consommation Parc immobilier Canton Zürich Indice de dépense dénergie thermique en MJ/m 2 a Surface de référence énergétique 78 millions de m 2 Effet des rénovations 1990 à 2005 Etat 1990 Potentiel déconomies dans les habitations existantes avec la technique Minergie Etat 2005 ààààààà après 1995 Avant 1920 à

11 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Les scénarios de lOffice fédéral de lénergie OFEN

12 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Le Scénario III, qui est déjà très ambitieux, semble être réalisable.. Energie tot. : -14% Energie/hab : -18% Electricité : +13% CO 2 : - 26% à 36% Scénario OFEN pour 2035 Publiés en 2007

13 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Evolution de la demande - 1 AnnéeVariation de la demande Demande [TJ] Population (millions) Demande/habitant [GJ] 2000-0.8%8552907,204118.8 20012,0% 2002-2,1% 20032,3% 20040,5% 20051,3% 2006-0,5% 2007-2,6% 20084,1%899880 2009-2.5%8775607,785112.7

14 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Accroissement de la demande - 2 AnnéeDemande [TJ]Population (millions) Demande/habitant 20008552907,204118.8 GJ 20098775607,785112.7GJ Différence + 22270 TJ (+2,5%) -6.1 GJ (-5.1%) Objectif III pour 2035 -14%-18%

15 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Consommation délectricité en Suisse AnnéeDemande [TWh] Population (millions) Demande/habitant [MWh] 200052,47,2047,3 200153,7 200254,0 200355,1 200456,2 200557,3 200657,8 200757,4 200858,7 200957,7 2010 59.8 7,8667,6 Scenario III Prévision 2035 : +13% par rapport à 2000 : 59.2 TWh Prévision déjà dépassée en 2010 !

16 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Production délectricité en Suisse 2000 2010 Peu dévolution

17 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Suisse - la flexibilité dont nos voisins ont besoin Source : BFE - OFEN 2009Par rapport à 2000 : un peu plus de solaire & éolien

18 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Consommation délectricité selon secteurs 2010 2000 Diminution industrie Augmentation ménages Augmentation services

19 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Flux dénergie électrique Les volumes dexport et dimport séquilibrent. Limport/export dépasse légèrement la consommation domestique. La Suisse est un très bon partenaire de lEurope électrique. 2010

20 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Consommation du pays 2010 Importation: 6 mois 2000 Importation: 1 mois

21 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Flux dénergie électrique Excédent des exportations : 7.1 TWh Les importations ne sont que le 63% de la production nette domestique. 2000

22 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Photovoltaïque en Suisse Lexemple de la centrale photovoltaïque du Stade de Suisse BKW - FMB Surface installée : 12000 m 2 Puissance installée : 1300 kW Energie annuelle produite (moyenne) : 1200 MWh Il FAUT faciliter la construction de telles réalisations exemplaires. Remplacement Mühleberg : Puissance : 270 Stades de Suisse Energie : 2400 Stades de Suisse

23 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Centrale Photovoltaïque EPFL – ESOPP Construction: 2010 - 2012 Plus grande centrale photovoltaïque de Suisse Partenaire: Romande Energie Puissance de crête: 2 MWc Approvisionnement denviron 5% de la consommation annuelle dénergie électrique pour : EPFL

24 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Energie éolienne en Suisse Lexemple du parc éolien de Mont-Crosin BKW - FMB 8 éoliennes éxistantes : (0.60 MW – 1.75 MW) Puissance installée : 7.660 MW 8 éoliennes en construction : 2 MW Puissance installée : 16 MW Puissance installée combinée pour les 16 éoliennes : 23.66 MW Prévision dénergie produite annuellement : 40 GWh/an Facteur de charge : 20% Il FAUT faciliter la construction de telles réalisations exemplaires. Remplacement Mühleberg : Puissance : 175 éoliennes de 2 MW Energie : 850 éoliennes de 2 MW

25 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Les défis de 2020 et 2035

26 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Mises en service et hors service du nucléaire CentraleMise en service Mise hors service Puissance [MW] Énergie [GWh] Mühleberg197120213732,9 TWh/an Beznau I & II1969-712019-212x3656,0 TWh/an Gösgen197920299858,1 TWh/an Leibstadt1984203411909,4 TWh/an En 2020 : - 1085 MW; - 8,9 TWh/an En 2035 : -3220 MW; - 26,4 TWh/an Expiration des contrats dappel nucléaire français: -12400 GWh/an en 2030 ~ -8000 GWh/an en 2020 ( estimation HBP) Total de production à combler en 2020 : 16,9 TWh/an Total de production à combler en 2035 : 38,8 TWh/an

27 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Plusieurs entreprises électriques suisses ont des participations dans des centrales au charbon et/ou au gaz hors de Suisse. La population au Tessin a récemment confirmé son souhait de voir une telle participation dans la centrale au charbon de Lünen se poursuivre. Pour réduire notre dépendance sur les combustibles fossiles pour le chauffage, nous devrons massivement installer des pompes à chaleur – électriques. Pour réduire notre dépendance sur les carburants fossiles pour nos voitures, nous devrons massivement accroitre la mobilité douce – électrique. Pour améliorer la performance énergétique de nos industries, nous devrons installer des entrainements à vitesse variable – électriques. Quelques observations préliminaires

28 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Horizon 2020 et 2035 - 1 Les nouvelles énergies renouvelables – estimations HBP Photovoltaïque SATW : 10% des toits équipés de panneaux PV : 5 TWh/an 2020 : 2 TWh/an2035 : 5 TWh/an Eolien Production annuelle dune éolienne de 5 MW avec un facteur de charge de 20%: 8.8 GWh/an 2020 : 100 éoliennes: 880 GWh/an2035 : 400 éoliennes : 3.5 TWh/an Hydraulique 2020: 3 TWh2035: 5 TWh Géothermie 2020: 2 TWh2035: 5 TWh Total2020 : 7.9 TWh/an2035 : 18.5 TWh/an Très optimiste

29 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Horizon 2020 et 2035 - 2 La consommation – estimations HBP Consommation chauffe-eaux électriques: 2.5 TWh/an Devraient être remplacés par du solaire thermique en 2020. Croissance entre 2000 (52.4 TWh) et 2010 (59.8 TWh) : 14.1% Croissance 2010 – 2020 : 2/3 de celle entre 2000 et 2010 65.4 TWh en 2020, y compris chauffe-eaux électriques Consommation 2020 chauffe-eaux électriques supprimés : 62.9 TWh Accroissement par rapport à 2010 : + 2.9 TWh Croissance 2020 - 2030: 1/3 de celle entre 2000 et 2010 : 65.9 TWh Croissance entre 2030 et 2035 : 0% Consommation 2035 : 65.9 TWh Accroissement par rapport à 2010 : + 5.9 TWh

30 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Horizon 2020 et 2035 - 3 Les bilans par rapport à 2010 – estimations HBP 2020 Contribution nucléaire à combler : -16.9 TWh Augmentation de la demande : - 2.9 TWh Contribution des énergies renouvelables :+ 7.9 TWh Reste à trouver :11.9 TWh 2035 Contribution nucléaire à combler : -38.8 TWh Augmentation de la demande : - 5.9 TWh Contribution des énergies renouvelables :+18.5 TWh Reste à trouver :26.2 TWh

31 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Les réseaux La Suisse a un énorme potentiel daccroître son rôle de « poumon électrique » de lEurope grâce à ses centrales de pompage-turbinage. Toutefois, le pompage-turbinage ne contribue pas à une production nette dénergie. Il faut encore développer les capacités de ces installations – des grands projets en ce sens sont en cours. Encore faut-il consolider le réseau de transport électrique en conséquence – cela pose de plus en plus de problèmes. La Suisse peut et doit développer les productions photovoltaïques et éoliennes : cela se fait pour le PV. léolien est sujet à une sarabande de recours. Les réseaux de distribution devront être reconçus pour intégrer les productions PV et éoliennes.

32 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Lapprovisionnement : horizon 2020 A lhorizon 2020, il faudra combler un déficit dapprovisionnement domestique électrique de 11.9 TWh/an. Les solutions qui restent à lhorizon 2020 sont donc : Approvisionnement - net importateur - depuis létranger : LAllemagne naura pas dénergie électrique à nous vendre. A quel coût pour notre économie ? Sommes-nous certains que nos voisins nous laisseront externaliser, à long terme, les impacts sur lenvironnement et visuels quimpliquent une telle politique ? Construction de 2 - 3 centrales au gaz à cycle combiné et ceci comme solution de transition. Par centrale (Chavalon ou Cornaux) : 400 MW 500 MCHF 2.2 TWh/an 750000 t CO 2 /an 250000 voitures à 150 gr/km et 20000 km/an Le reste ?

33 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Lapprovisionnement : au-delà de 2020 A lhorizon 2035, en intégrant le fait que la Suisse se doit dassurer et dassumer son autonomie dapprovisionnement dénergie électrique – car elle peut le faire – nous devrons remplacer toutes les productions nucléaires et tous les contrats dappel depuis la France. Le déficit à combler sera de : 26.2 TWh/an Le gaz 5 centrales à cycle combiné de 400 MW : 11 TWh/an 3750000 t CO 2 /an 15 centrales urbaines chaleur-force de 50 MWe : 4 TWh/an 1400000 t CO 2 /an Total pour le gaz : 15 TWh/an et 5150000 t CO 2 /an Le reste ?

34 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Replacer Mühleberg par du Photovoltaïque Stade de Suisse :Mühleberg : 1300 kW cr 12000 m 2 2.9 TWh/an 1200 MWh/an 1300 kW cr Nous aurions besoin de 2400 Stades de Suisse pour produire la même énergie que Mühleberg : 2.4 * 10 3 (Stades de Suisse) * 12 * 10 3 (m 2 ) = 28.8 km 2 Beaucoup mais «faisable» Mais: 2.4 * 10 3 (Stades de Suisse) * 1.3 * 10 6 (kW) = 3.12 GW cr La charge maximale de la Suisse était inférieure à 11 GW en 2010 Le remplacement des trois premières centrales nucléaires en PV produiraient une pointe équivalente de la charge totale.

35 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Production photovoltaïque – 1 PV electric energy production [Germany total; MW] 10. Sept. 201111. Sept. 201112. Sept. 2011

36 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r 36 Source: http://www.transparency.eex.com Production photovoltaïque – 4 PV electric energy production [Germany total; 27. Aug. 2011; MW]

37 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r 37 Source: http:// www.transparency.eex.com Production photovoltaïque – 5 PV electric energy production [Germany total; 1. Jan. 2011; MW]

38 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Production éolienne Wind electric energy production [Germany total; MW] 10. Sept. 201111. Sept. 201112. Sept. 2011

39 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Le défi à court et moyen terme quant à lénergie PV et éolien ne réside plus dans ces technologies elle-mêms mais, au contraire, dans le stockage dénergie et les infrastructures de réseau.

40 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r 40 Centrales hydroélectriques en Suisse

41 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Nouvelles installations planifiées DésignationType Année Turb. Pump. MW FMHLPomp./Turb. 2014 +240+240 Nant de DrancePomp./Turb. 2016 600 600 Nant de Drance+Pomp./Turb. 2020 +300+300 (1) Gondo+Hydro. acc. 2013 + 12 Electra MassaHydro. acc. 2013 + 12 Ener. Elec. Simplon Pump./Turb. 2020 110 110 Innertkirchen 1aHydro. acc. 2015 +180 Handeck 2aHydro. acc. 2015 +120 Grimsel 3Pomp./Turb. 2020 +600+600 LinthalPomp./Turb. 2020 10001000 VerzascaPomp./Turb. 2020 +300+300 ValposchiavoPomp./Turb. 2020 10001000 (1) Increase of dam height by 12 m required 21 mars 2011 Energie de pompage future ?

42 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Conclusion Un support massif, sans faille et durable, des autorités publiques et de lindustrie, pour les énergies renouvelables, y compris lhydraulique, ET une utilisation toujours plus sobre de lénergie, y compris électrique, sont essentiels. La construction de centrales à gaz, qui est devenue inévitable, ne pourra pas se faire sans des décisions rapides et durables quant à la compensation du CO 2. Les centrales à gaz peuvent être rapidement construites et être rapidement démantelées sans impact à long terme. Dans un effort de rationalisation des investissements et des frais de fonctionnement, les grandes centrales à gaz devraient être construites puis conduites par une seule société avec un actionnariat multiple, y compris lindustrie gazière.

43 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Observations finales Nous allons et devons aller vers une société toujours plus électrique. Le contrôle du coût du prix de lélectricité, à court et à long terme, sera déterminante quant à la compétitivité économique de toute région et de toute nation. Toute région, toute nation devra tendre vers une autosuffisance dapprovisionnement dénergie électrique annuelle. Une externalisation des impacts environnementaux liés à la production électrique ne sera pas viable à long terme. Il appartient aux autorités publiques et au secteur privé de faire en sorte que des initiatives dencouragement à la sobriété énergétique soit mises en place conjointement avec des investissements dans des capacités de production et de stockage électrique.

44 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Le facteur temps : crucial OUI on pourra beaucoup gagner avec les énergies renouvelables – hydraulique, éolien, solaire – avec quel agencement dans le temps ? OUI on pourra beaucoup gagner avec des économies dénergies – avec quel agencement dans le temps et qui investit ? Une correction de trajectoire quant à la planification énergétique prend 5 à 10 ans. Les centrales mises en route en 2020 sont décidées maintenant et seront encore en service en 2050. LA question est de savoir : quels plans concrets pour 2020 ? pour 2035 ?

45 Café Scientifique – Morges – 27 octobre 2011 http://EnergyCenter.epfl.ch E n e r g y C e n t e r Lapprovisionnement électrique de la Suisse Hans Björn (Teddy) Püttgen Professeur, Chaire de Gestion des Systèmes Energétiques Directeur, Energy Center Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne Georgia Power Professor Emeritus, Georgia Institute of Technology Fellow IEEE Café Scientifique Hôpital de Morges 27 octobre 2011