Le photovoltaïque, première énergie en 2050 : l’évidence du pourquoi, les exigences du comment. Prospective 2100, Villejuif, 9 octobre 2014 Denis Bonnelle,

Présentation au sujet: "Le photovoltaïque, première énergie en 2050 : l’évidence du pourquoi, les exigences du comment. Prospective 2100, Villejuif, 9 octobre 2014 Denis Bonnelle,"— Transcription de la présentation:

1 Le photovoltaïque, première énergie en 2050 : l’évidence du pourquoi, les exigences du comment. Prospective 2100, Villejuif, 9 octobre 2014 Denis Bonnelle, Denis.Bonnelle @ normalesup.org

2 Le photovoltaïque, première énergie en 2050 : l’évidence du pourquoi, les exigences du comment.

3 Introduction : les défauts des « énergies renouvelables nouvelles » (solaire, éolien, énergies marines, biocarburants…)

4 Les défauts des « énergies renouvelables nouvelles » Coût Intermittence (ou « variabilité ») Part insignifiante du problème / de sa solution Faible densité au km²

5 Les défauts des « énergies renouvelables nouvelles » Coût Intermittence (ou « variabilité ») Part insignifiante du problème / de sa solution Faible densité au km²

6 La fusion nucléaire / ITER Coût Part insignifiante du problème / de sa solution

7 La fusion nucléaire / ITER Coût sur lequel nous n’avons aucun préjugé Part insignifiante du problème / de sa solution aujourd’hui

8 ITER : un projet à long terme…

9 Arriver à avoir un plasma sans trop d’instabilités pendant un temps suffisant, à une pression et à une température suffisantes

10 ITER : un projet à long terme… Dégager plus d’énergie de fusion que ce qu’on a consommé

11 ITER : un projet à long terme… et par ailleurs produire plus de matière fusible (à partir de 7 Li) que ce qu’on a consommé

12 ITER : un projet à long terme… Choisir entre continuer ce type de recherche assez fondamentale sur des prototypes de plus en plus gros, ou, un jour, décider que l’on passe aux phases suivantes

13 ITER : un projet à long terme… Faire fonctionner de manière répétitive un tel système dans des conditions d’intensité qui permettent d’envisager un intérêt économique

14 ITER : un projet à long terme… (on fait quand même voisiner des zones à des millions de °K et d’autres supraconductrices, des zones devant absorber le maximum de neutrons et d’autres le moins possible, etc. On peut imaginer des phénomènes d’usure non négligeables, y compris de la structure elle- même dont la construction actuelle, en prototype, vaut des milliards)

15 ITER : un projet à long terme… Optimiser le tout d’un point de vue économique, c’est-à-dire d’abord être capable de savoir comment réagit l’output quand on fait varier divers paramètres physiques

16 ITER : un projet à long terme… Divers paramètres physiques : - taille du système – en lien avec l’économie d’un réseau plutôt centralisé ou décentralisé, et aussi avec le choix d’un passage rapide ou différé à une production commerciale, - configuration du plasma, - durée des intervalles entre deux fusions, - valeur du champ magnétique, - énergie introduite dans le système pour chaque fusion, - fréquence de remplacement de chaque type d’élément, - matériaux choisis

17 ITER : un projet à long terme… D’abord être capable de savoir comment réagit l’output quand on fait varier divers paramètres physiques, et savoir quels sont les coûts associés

18 ITER : un projet à long terme… Étudier les questions d’aléas, de sécurité, de gestion des déchets

19 ITER : un projet à long terme… Créer une culture profession- nelle chez les futurs techni- ciens qui petit à petit pren- dront le relai des ingénieurs

20 ITER : un projet à long terme… Créer une culture profession- nelle chez les futurs techni- ciens qui petit à petit pren- dront le relai des ingénieurs

21 ITER : un projet à long terme… Apprendre à fabriquer en grande série et avec le meilleur rapport qualité / prix d’une part les éléments des usines, d’autre part les consommables

22 ITER : un projet à long terme… Consommables : ceintures fertiles de Li, mais aussi toutes les matières à irradiation par neutrons

23 ITER : un projet à long terme… Pour ces derniers (les consommables), apprendre à fabriquer aussi en série les machines qui les fabriqueront et les retraiteront

24 ITER : un projet à long terme… Découvrir les lois de décroissance des coûts de tout ça en fonction de l’expérience accumulée

25 ITER : un projet à long terme… Découvrir les lois de décroissance des coûts de tout ça en fonction de l’expérience accumulée

26 ITER : un projet à long terme…

27 En déduire la stratégie optimale de développement

28 ITER : un projet à long terme… Résister au découragement de l’opinion devant ce « tonneau des Danaï- des » de cette très longue période où tout cela coûte et ne rapporte rien

29 ITER : un projet à long terme… Construire une industrie de taille macro-économique

30 ITER : un projet à long terme… Anticiper, à très long terme, le moment où le marché sera mûr et ne sera plus qu’un marché de remplacement

31 Et pour le photovoltaïque ? Anticiper, à très long terme, le moment où le marché sera mûr et ne sera plus qu’un marché de remplacement

32 Et pour le photovoltaïque ? Construire une industrie de taille macro-économique

33 Et pour le photovoltaïque ? En déduire la stratégie optimale de développement

34 Et pour le photovoltaïque ? Résister au découragement de l’opinion devant ce « tonneau des Danaï- des » de cette très longue période où tout cela coûte et ne rapporte rien

35 Et pour le photovoltaïque ? Découvrir les lois de décroissance des coûts de tout ça en fonction de l’expérience accumulée

36 Et pour le photovoltaïque ? Apprendre à fabriquer en grande série et avec le meilleur rapport qualité / prix d’une part les éléments des usines, d’autre part les consommables, et pour ces derniers, apprendre à fabriquer aussi en série les machines qui les fabriqueront

37 Et pour le photovoltaïque ? Restent à faire

38 Et pour le photovoltaïque ? Déjà fait

39 Et pour le photovoltaïque ? Déjà fait

40 Et pour le photovoltaïque ? Découvrir les lois de décroissance des coûts en fonction de l’expérience accumulée

41 Et pour le photovoltaïque ? Découvrir les lois de décroissance des coûts en fonction de l’expérience accumulée (virgule française)

42 Un vrai cercle vertueux : la parité de prix de gros (virgule française)

43 Un vrai cercle vertueux : la parité de prix de gros (virgule française) 0,35 $/Wc ?

44 Un vrai cercle vertueux : la parité de prix de gros (virgule française) 0,35 $/Wc ?

45 Un vrai cercle vertueux : la parité de prix de gros (virgule française) 5000 GWc ? 0,35 $/Wc ?

46 Un vrai vrai cercle vertueux : la parité de prix de gros avec paiement de la gestion de la variabilité (virgule française) 0,2 $/Wc ?

47 Un vrai vrai cercle vertueux : la parité de prix de gros avec paiement de la gestion de la variabilité (virgule française) 20000 GWc ? 0,2 $/Wc ?

48 Au fait, cette courbe est-elle vraiment prédictive ? (virgule française) ? ?

49 Au fait, cette courbe est-elle vraiment prédictive ? Facteurs défavorables La courbe est bien vérifiée pour le « cœur de métier », mais pas forcément pour les coûts d’installation, de contractualisation, pour les onduleurs, etc. Or nous sommes précisément au moment où ces coûts annexes vont devenir dominants.

50 Au fait, cette courbe est-elle vraiment prédictive ? (virgule française)

51 Au fait, cette courbe est-elle vraiment prédictive ? (virgule française)

52 Au fait, cette courbe est-elle vraiment prédictive ? (virgule française) Ceci est-il la preuve que les fabricants chinois font du dumping ?

53 Au fait, cette courbe est-elle vraiment prédictive ? Ce qui est sûr, c’est qu’avec des prix aussi bas, ils doivent d’abord couvrir leurs coûts variables, et ils doivent en consacrer une plus faible part à leurs coûts fixes ; Autrement dit, ils amortissent moins vite leurs investissements.

54 Au fait, cette courbe est-elle vraiment prédictive ? Ils amortissent moins vite leurs investissements

55 Au fait, cette courbe est-elle vraiment prédictive ? Ils amortissent moins vite leurs investissements Et alors ?

56 Au fait, cette courbe est-elle vraiment prédictive ? Ils amortissent moins vite leurs investissements Et alors ? Cela ne peut-il pas être considéré comme un facteur favorable ?

57 Le cercle vertueux de base Coût quasi-compétitif avec les autres énergies, y compris en intégrant le coût de la gestion de la variabilité. Taille du marché proche des besoins mondiaux actuels en électricité Économies d’échelle

58 Les « usines d’usines » et la productique Coût sur lequel nous n’avons aucun préjugé Part insignifiante du problème / de sa solution aujourd’hui

59 Les « usines d’usines » et la productique Construire une ou quelques usines centrales qui, chaque jour, produiraient chacune l’équi­pe­ ment complet d’une ou quelques nouvelles usines capables de produire 100 000 panneaux de 1 m² par an (soit un toutes les cinq minutes).

60 Les « usines d’usines » et la productique Il faudrait à ce système une tren­tai­ne d’années pour équiper une centaine de milliers de km² de panneaux photovoltaïques (0,02 % de la surfa- ce de la planète) et satisfaire une très large part des besoins en énergie de l’humanité.

61 Le cercle vertueux de base Coût quasi-compétitif avec les autres énergies, y compris en intégrant le coût de la gestion de la variabilité. Taille du marché proche des besoins mondiaux actuels en électricité Économies d’échelle Courbe d’expérience

62 Pour faire encore mieux Coût quasi-compétitif avec les autres énergies, y compris en intégrant le coût de la gestion de la variabilité. Taille du marché proche des besoins mondiaux actuels en électricité Économies d’échelle Allongement des durées d’amortissement Courbe d’expérience

63 Et s’il manquait un petit coup de pouce ? Coût quasi-compétitif avec les autres énergies, y compris en intégrant le coût de la gestion de la variabilité. Taille du marché proche des besoins mondiaux actuels en électricité Économies d’échelle Allongement des durées d’amortissement Courbe d’expérience Petit coup de pouce

64 Coût quasi-compétitif avec les autres énergies, y compris en intégrant le coût de la gestion de la variabilité. Taille du marché proche des besoins mondiaux actuels en électricité Économies d’échelle Allongement des durées d’amortissement Courbe d’expérience Petit coup de pouce Pérennisation des débouchés

65 Coût quasi-compétitif avec les autres énergies, y compris en intégrant le coût de la gestion de la variabilité. Taille du marché proche des besoins mondiaux actuels en électricité Économies d’échelle Allongement des durées d’amortissement Courbe d’expérience Petit coup de pouce Pérennisation des débouchés Élimination des comportements de passager clandestin

66 Coût quasi-compétitif avec les autres énergies, y compris en intégrant le coût de la gestion de la variabilité. Taille du marché proche des besoins mondiaux actuels en électricité Économies d’échelle Allongement des durées d’amortissement Petit coup de pouce Pérennisation des débouchés Élimination des comportements de passager clandestin

67 Coût quasi-compétitif avec les autres énergies, y compris en intégrant le coût de la gestion de la variabilité. Petit coup de pouce Pérennisation des débouchés Élimination des comportements de passager clandestin

68 Coût quasi-compétitif avec les autres énergies, y compris en intégrant le coût de la gestion de la variabilité. ? Pérennisation des débouchés Élimination des comportements de passager clandestin

69 Coût quasi-compétitif avec les autres énergies, y compris en intégrant le coût de la gestion de la variabilité. CoP 21 Consensuelle Pérennisation des débouchés Élimination des comportements de passager clandestin

70 Coût quasi-compétitif avec les autres énergies, y compris en intégrant le coût de la gestion de la variabilité. Taille du marché proche des besoins mondiaux actuels en électricité Économies d’échelle Allongement des durées d’amortissement CoP 21 Consensuelle Pérennisation des débouchés Élimination des comportements de passager clandestin

71 Deux raisonnements par : quelle que soit l’alternative, le résultat est OK. Les 5 premières années d’exploitation sont-elles profitables avec un tel amortissement ? Oui Non La profitabilité est facilement atteinte, puisque soit il n’y a plus de problème, soit ce calcul de profitabilité aurait pu être fait avec un amortissement sur 15 ans Plus de problème Avec une durée d’amortissement de 5 ans, l’industrie arrive-t-elle à être profitable ? Il est peu probable que de nouveaux concurrents apparaissent, donc les premières usines ne deviendront pas obsolètes, et on peut continuer à les exploiter pendant 10 ans de plus

72 Deux raisonnements par : quelle que soit l’alternative, le résultat est OK. Le projet industriel et commercial est-il un succès ? Succès Échec Les banquiers peuvent prêter avec un faible taux d’intérêt puisque dans les deux cas ils sont protégés contre les pertes en capital, et grâce à ce faible taux d’intérêt la probabilité de succès est encore plus forte Plus de problème Un fonds public gagé sur des droits d’émission de CO 2 à adjudiquer en 2050 peut-il garantir à des banquiers une absence de risque ? La crise climatique n’est pas résolue, donc en 2050 il y aura de fortes restrictions sur les droits d’émission de CO 2, donc leur valeur sera élevée, donc on pourra s’en servir pour rembourser les banques

73 Coût quasi-compétitif avec les autres énergies, y compris en intégrant le coût de la gestion de la variabilité. Taille du marché proche des besoins mondiaux actuels en électricité Économies d’échelle Allongement des durées d’amortissement CoP 21 Consensuelle Pérennisation des débouchés Élimination des comportements de passager clandestin Passer de deux cercles vertueux à trois ?

74 Coût quasi-compétitif avec les autres énergies, y compris en intégrant le coût de la gestion de la variabilité. Taille du marché proche des besoins mondiaux actuels en électricité Économies d’échelle Allongement des durées d’amortissement CoP 21 Consensuelle Pérennisation des débouchés Élimination des comportements de passager clandestin Création d’un fonds gagé sur le CO 2 à adjudiquer en 2050 Taux d’intérêt faibles Passer de deux cercles vertueux à trois ?

75 Coût quasi-compétitif avec les autres énergies, y compris en intégrant le coût de la gestion de la variabilité. Taille du marché proche des besoins mondiaux actuels en électricité Économies d’échelle Allongement des durées d’amortissement CoP 21 Consensuelle Pérennisation des débouchés Élimination des comportements de passager clandestin Création d’un fonds gagé sur le CO 2 à adjudiquer en 2050 Taux d’intérêt faibles = raisonnement par : quelle que soit l’alternative, le résultat est OK

76 Coût quasi-compétitif avec les autres énergies, y compris en intégrant le coût de la gestion de la variabilité. Taille du marché proche des besoins mondiaux actuels en électricité Économies d’échelle Allongement des durées d’amortissement CoP 21 Consensuelle Pérennisation des débouchés Élimination des comportements de passager clandestin Création d’un fonds gagé sur le CO 2 à adjudiquer en 2050 Taux d’intérêt faibles = raisonnement par : quelle que soit l’alternative, le résultat est OK Nouveaux concurrents ?

77 Au fait, cette courbe est-elle vraiment prédictive ? ? ?

78 ?

79 Coût quasi-compétitif avec les autres énergies, y compris en intégrant le coût de la gestion de la variabilité. Taille du marché proche des besoins mondiaux actuels en électricité Économies d’échelle Allongement des durées d’amortissement CoP 21 Consensuelle Pérennisation des débouchés Élimination des comportements de passager clandestin Création d’un fonds gagé sur le CO 2 à adjudiquer en 2050 Taux d’intérêt faibles = raisonnement par : quelle que soit l’alternative, le résultat est OK Nouveaux concurrents ?

80 Coût quasi-compétitif avec les autres énergies, y compris en intégrant le coût de la gestion de la variabilité. CoP 21 Consensuelle

81 Coût quasi-compétitif avec les autres énergies, y compris en intégrant le coût de la gestion de la variabilité. CoP 21 Consensuelle

82 Intégrer le coût de la gestion de la variabilité ? Mais existe-t-il, au moins, des solutions techniques ? (Dire : « quand le soleil ne brille pas, on fait quoi ? », est-ce l’argument qui tue ?)

83 Existe-t-il des capacités de stockage suffisantes ? Les step, « c’est de loin la technologie la plus mature et efficace, avec des rendements de 80 %. Et c’est la seule qui soit compétitive. Mais en France, la plupart des sites adéquats sont déjà occupés ». Libération, Ecofutur, 2 décembre 2013

84 Existe-t-il des capacités de stockage suffisantes ?

85 Capacité annuelle = énergie pouvant être déstockée en un cycle x nombre de cycles dans l’année.  La comparaison avec l’hydroélectricité est- elle fondée ?

86 Existe-t-il des capacités de stockage suffisantes ? Hydroélectricité classique : - Peu chère au kWh - Tous les bons sites naturels sont déjà équipés - Équivaut à du stockage intersaisonnier

87 Existe-t-il des capacités de stockage suffisantes ? Parallèle Hydroélectricité / Steps : - Par analogie, les Steps seront également peu chères au kWh, notamment pour le coût des conduites forcées, turbines, alternateurs, etc. - Stockage quotidien  capacité x 365

88 Existe-t-il des capacités de stockage suffisantes ? La question était : Les step, « c’est de loin la technologie la plus mature et efficace, avec des rendements de 80 %. Et c’est la seule qui soit compétitive. Mais en France, la plupart des sites adéquats sont déjà occupés ».

89 Existe-t-il des capacités de stockage suffisantes ? Couples possibles Léman / Hongrin : > 100 GWh Norvège centrale : beaucoup plus Erie / Ontario : infiniment plus !

90 Desertec est-il mort ?

91 Afrique du Nord et soleil : deux caractéristiques qualitatives principales Peu de diffusion : excellent pour le CSP Les jours ne sont pas trop courts en hiver

92 Desertec est-il mort ? Le CSP est brutalement dépassé par le PV dans la course aux coûts, mais il reste intéressant pour son stockage intrinsèque :  Il est normal que les industriels membres de Désertec et plus ou moins impliqués dans le CSP prennent le temps de la réflexion.

93 Desertec est-il mort ? Le solaire doit-il ambitionner d’être aussi une énergie renouvelable d’hiver ?  Ça dépend des limites du gisement éolien (d’abord, on verra des baisses de rentabilité pour des éoliennes « en série »)

94 Et le débat centralisé / décentralisé ? ? ?

95 ? Un des risques : que les coûts d’installation, de contractualisation, etc., ne diminuent pas aussi rapidement que les coûts du cœur de métier du photovoltaïque : les modules

96 Et le débat centralisé / décentralisé ? ? Mais on peut aussi parier sur la parité réseau à la place de la parité de prix de gros

97 Et le débat centralisé / décentralisé ? ? Mais on peut aussi parier sur la parité réseau à la place de la parité de prix de gros

98 Et le débat centralisé / décentralisé ? Les steps, Desertec : c’est de la gestion centralisée de la variabilité du PV En face, on peut préférer la gestion décentralisée : chacun ses batteries au lithium dans son garage

99 Et le débat centralisé / décentralisé ? Conclusion : deux modèles possibles : Un avec des coûts moins faibles, mais suffisants pour atteindre la parité réseau, et ensuite ne plus rien avoir à demander à personne. L’autre qui vise une part de marché vraiment dominante pour le PV

100 Quelques derniers ordres de grandeur Le coût d’Iter (invest + fonct) : ≈10 10 €.

101 Quelques derniers ordres de grandeur Le coût d’Iter (invest + fonct) : ≈10 10 €. La valeur d’un futur PV dominant : 10 12 à 10 13 €

102 Quelques derniers ordres de grandeur Le coût d’Iter (invest + fonct) : ≈10 10 €. La valeur d’un futur PV dominant : 10 12 à 10 13 € La valeur du subventionnement évité si on va directement à l’économie la plus rationnelle d’un futur PV dominant (usines d’usines) : idem

103 Quelques derniers ordres de grandeur Le coût d’Iter (invest + fonct) : ≈10 10 €. La valeur d’un futur PV dominant : 10 12 à 10 13 € La valeur du subventionnement évité si on va directement à l’économie la plus rationnelle d’un futur PV dominant (usines d’usines) : idem La valeur du surcroît de croissance généré par la résolution des crises climatique et énergéti- que : 10 13 à 10 14 €

104 Quelques derniers ordres de grandeur Le coût d’un an de travail (2015) d’une dizaine d’économistes professionnels pour vérifier et affiner ce qui précède : ≈10 6 €.

105 Quelques derniers ordres de grandeur Le coût d’un an de travail (2015) d’une dizaine d’économistes professionnels pour vérifier et affiner ce qui précède : ≈10 6 €.  Par rapport aux ordres de grandeurs de la diapo précédente : x 10 -4 à 10 -8 €

106 Quelques derniers ordres de grandeur Le coût d’un an de travail (2015) d’une dizaine d’économistes professionnels pour vérifier et affiner ce qui précède : ≈10 6 €.  Par rapport aux ordres de grandeurs de la diapo précédente : x 10 -4 à 10 -8 € Or, il ne se passe rien !?!?

107 Désolé de vous avoir fait perdre votre temps pour une conférence dont la pertinence est comprise entre 0,000001 % et 0,01 %