Programme Energie du CNRS Journée Atelier du GAT « Socio-Économie de l’Énergie » 20 Janvier 2005 Cohérence des prospectives technologiques et des investissements énergétiques dans le cadre d’un back-casting (VLEEM) Bertrand Château

Sommaire Les méthodes téléologiques: centrées sur l’objectif et la décision La prospective technologique dans l’approche téléologique La mise en cohérence de la dynamique du système énergétique avec la prospective technologique

CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting La prospective téléologique: ce n’est plus “où va-t-on ?” mais “comment y va-t-on?” E Business as Usual Degrés de liberté Prévision Back-casting Héritage Objectif T 10 20 100 CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting

CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting Au coeur de la prospective téléologique: les contraintes de l’héritage et les temporalités des changements pour atteindre l’objectif CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting

CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting Temporalités et changement de paradigme technologique : un axe central de VLEEM CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting

CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting Prise en compte des temporalités des décisions et mesures politiques conduisant au changement de paradigme technologique: le temps d’installation Incidence sur les prix/coûts Mesures difficiles Mesures modérées Mesures faciles CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting

… et le temps additionnel de réalisation Autres Infrastructures Fiscalité, prix CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting

Les méthodes téléologiques: centrées sur l’objectif et la décision Sommaire Les méthodes téléologiques: centrées sur l’objectif et la décision La prospective technologique dans VLEEM La mise en cohérence de la dynamique du système énergétique avec la prospective technologique dans VLEEM

Les composantes de la prospective technologique dans VLEEM Monographies sur les technologies potentielles du futur: aspects techniques, économiques, environnementaux, potentiels de développement, « road maps » du développement « Construction » de paradigmes technologiques alternatifs: cohérence/exclusion des technologies potentielles du futur (offre et demande), organisation en système des technologies (vecteurs énergétiques, centralisé/réseau versus distribué), impacts sur les comportements, sur l’organisation spatiale des activités, sur les infrastructures CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting

Exemples sur le contenu des monographies technologiques Les performances énergétiques de la « maison du futur » Les potentiels de sequestration du carbone l’apprentissage industriel des energies renouvelables la road-map du nucléaire de 4ème et 5ème génération CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting

Energy saving elements for house of the future Architecture for passive warming and cooling Off-air-heat/cool recovery Efficient lighting Insulation glass and wall material On-site-generation technologies Cool/heat/electricity storage Automatic control for optimal end use CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting

Les performances énergétiques de la maison du futur CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting

Global CO2 sequestration potential in depleted oil and gas fields CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting

Global CO2 sequestration potential for all options proposed CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting

CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting Les effets d’apprentissage dans les turbines éoliennes: exemple du Danemark CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting

Les composantes des futurs effets d’apprentissage dans l’éolien Future learning effects in case of wind due to: } Variable speed Direct drive Lower loads (fatigue) Higher output Less maintenance Scaling of turbine Larger wind farm Mass production CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting

Les limites des futurs effets d’apprentissage dans l’éolien Technical maturity of current turbines of 0.6 to 2.5 MW Future scaling effects: offshore yes, onshore hardly Production of towers (onshore): local sourcing Civil work, infrastructure, and grid connection = conventional technology? Potential of cost reduction by mass production: 10-34% from 1.000 to 30.000 turbines/year CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting

Synthèse sur la poursuite des effets d’apprentissage dans l’éolien CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting

Nuclear capacities (GWel), 1st scenario Exemple de scénario pour un développement non contraint du nucléaire en Europe compatible avec les critères de soutenabilité Nuclear capacities (GWel), 1st scenario CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting

CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting Road Map for Sustainable Nuclear R&D and Development CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting

CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting Exemples sur les éléments pris en compte dans la construction des paradigmes technologiques La qualification des besoins de services énergétiques L’analyse des systèmes électriques distribués dans un paradigme « renouvelables » L’analyse des systèmes centralisés dans un paradigme « renouvelables » CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting

Matrice des besoins de services énergétiques dans VLEEM Exergy Density Low Medium High, stationary mobile Spread, low Hot water, rural cooking, rural lighting, rural mobility, rural medium Swimming pool, rural Drying crops Machinery, rural Farm engines high Green houses Isolated indust. steam Food processing Concent, Space heating, urban cooking, urban TV, urban mobility, urban Space heating urban offices Steam, textile indust. zone Industrial machinery Road freight transport Industrial washing Steam, indust. zone Cement factory Planes CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting

CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting Exemple de fonctionnement d’un micro-système distribué dans un paradigme “renouvelables”: 3 unités de production et 20 logements Disponibilité des 3 unités >99.9 % Load demand Solar Generation Generation from storage Excess generation Base Generation Biomass Generation CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting

CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting Exemple de fonctionnement d‘un système centralisé dans un paradigme renouvelable (Global link) storage installations ... storage available and expensive ... no storage available ... storage available and very cheap ... storage available and becomes cheaper Source: IPP Backgrounding limitations: only 0.5 % of earth surface per 5° x 5° can be utilised for solar radiation collection only 1.25 GW wind power can be installed per 10‘000 km2 earth surface installed solar power plant installed wind power plant electricity exchange CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting

CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting Global link: message Optimum Necessary potentials are available; Needed storage capacities are strongly reduced by a global grid; Day/night fluctuations in solar power can completely compensated only by storage facilities and not by the connection to a global grid; In opposite to solar power, the fluctuations in wind power are mostly compensated via the global connection. Optimum in the scenario pattern would be a combination of net facilities and storage facilities because in that case the necessary installations would be at the lowest CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting

Les méthodes téléologiques: centrées sur l’objectif et la décision Sommaire Les méthodes téléologiques: centrées sur l’objectif et la décision La prospective technologique dans VLEEM La mise en cohérence de la dynamique du système énergétique avec la prospective technologique dans VLEEM

CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting Les étapes de la mise en cohérence de la prospective technologique et de la dynamique des systèmes énergétiques dans VLEEM Une architecture de modélisation pour concilier une approche exploratoire des besoins avec une approche téléologique du développement technologique La prise en compte des temporalités et l’identification des chemins critiques, des « milestones », des conditions la formalisation des « systèmes énergétiques de référence », l’optimisation spatio-temporelle CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting

Intégration offre/demande « soutenable » L’architecture de VLEEM pour mettre en cohérence prospective technologique et dynamique des systèmes énergétiques Intégration offre/demande « soutenable » Services énergétiques / grappes technologiques /ressources Technologies futures, Ressources Besoins de services énergétiques Situation énergétique présente, évolutions historiques CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting

CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting Temporalités et dissémination technologique; exemple de la technologie automobile FIRST E.V. NEEDED ON THE MARKET AROUND 2005 FIRST HYBRID FIRST H2 FUEL CELL NEEDED ON THE MARKET ONLY AROUND 2025 FIRST LPG FUEL CELL ONLY AROUND 2015 BACKCASTING CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting

CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting la formalisation des « systèmes énergétiques de référence », l’optimisation spatio-temporelle Système énergétique de référence: mettre en cohérence les dynamiques de besoins (sous-modèle « BASES ») et les temporalités dans la montée en puissance des nouveaux paradigmes technologiques pour construire des sentiers de développement cohérents du système énergétique vers l’objectif (sous-modèle « BALANCE ») Optimisation spatio-temporelle: déterminer les conditions d’ajustement des courbes de charge des besoins et de l’offre dans les paradigmes technologiques et leur conséquence sur l’organisation du système énergétique (stockage, réseaux, etc…) (sous-modèle « TASES ») CNRS – 20 Janvier 2005 – B. Château - Approche back-casting