Mutation des Systèmes énergétiques et des réseaux 29 Août 2007 Mutation des Systèmes énergétiques et des réseaux Le Groupe Programmatique « Réseaux et Stockage » de l’ANCRE représenté par ses animateurs N. Hadjsaïd, N. Mermilliod, P. Brault Le 29 avril 2014

Plan de la présentation Les Invariants des systèmes énergétiques Eléments des approches dédiées « réseaux » Les Trois scenarios de l’ANCRE: Sobriété, Electricité, Vecteurs énergétiques diversifiés Leurs impacts sur l’adaptation offre/demande sur les réseaux d’énergie Verrous et axes de R&D conséquents Comparaison des 3 scenarios Eléments de conclusion

Les Invariants des systèmes énergétiques Optimisation des systèmes énergétiques Développement de « l’intelligence » des réseaux et services aux réseaux Stockage (différentes formes, échelles et localisation) Conversion entre vecteurs d’énergie Sûreté globale et cyber sécurité Efficacité énergétique et flexibilité Pour la production d’énergie Et pour tous les usages de l’énergie, yc effacement Offre et intégration des renouvelables dans les réseaux Evaluation et réduction des coûts d’adaptation des systèmes Gestion de l’intermittence Services aux réseaux Invariants dont les poids et orientations respectifs seront dépendants des scenarios

Mutation des systèmes énergétiques Le contexte de cette mutation « à garder à l’esprit »: Une approche qui doit aller du local au global micro-grid (quartier, village) maille régional (réseau de distribution avec plusieurs postes sources ) maille nationale et européenne (réseau de transport) Une approche qui doit tenir compte : de la complexité croissante et de la rapidité du changement de paradigme (ENR, multiplicité des acteurs, des vecteurs énergétiques, nouveaux usages, …) des contraintes : technique : bâtir à partir de l’existant économique réglementaire

Scenario « Sobriété renforcée » « la réduction des émissions découlant de la consommation d'énergie fera ici essentiellement appel au triptyque sobriété (notamment à travers des modifications très significatives en termes d'usages et de comportements), efficacité énergétique et développement des renouvelables, ainsi que de manière résiduelle au gaz pour la production d'électricité. » Quels impacts sur les réseaux ? Autoconsommation en croissance, stockage délocalisé, rôle consom-acteurs Importance des agrégateurs d’effacement et de services énergétiques y compris aux particuliers  supports technologiques simples Intelligence par le pilotage de la demande  impact fort sur le consommateur Développement des réseaux chaleur alimentés en particulier par récupération d’ énergie Moindre dépendance à la température (par amélioration de l’habitat) Développement limité des infrastructures de transport / distribution électrique (essentiellement rajeunissement et intelligence) Besoin accru de flexibilité du réseau électrique : situations spatiales et temporelles contrastées (entre Nord et Sud et aux différentes heures de la journée)  coûts systèmes Nécessité d’une maintenance préventive des réseaux

Scenario « Sobriété renforcée » « la réduction des émissions découlant de la consommation d'énergie fera ici essentiellement appel au triptyque sobriété (notamment à travers des modifications très significatives en termes d'usages et de comportements), efficacité énergétique et développement des renouvelables, ainsi que de manière résiduelle au gaz pour la production d'électricité. » Verrous et R&D Sociologique: Evolution modes de consommation, restrictions , acceptabilité des technologies (qui décident pour vous) Technique usagers Développement de technologies « simples », plug & play, voire ludiques en IHM, … Technique réseaux : Développement d’architectures locales du réseau électrique R&D sur couplages réseaux élec-chaleur et télécom R&D technos bas coût pour stockage local et récupération d’énergie (basse température) Développement et couplage de toutes les flexibilités Maintenance préventive des réseaux dans un cadre incertain Economique, organisationnel & réglementaire (entre incitation et a posteriori) : Quels coûts systèmes et modèles économiques pour le partage des investissements et de la valeur (effacement, sobriété, ROI dont ROI récupération d’énergie,..) Rôles respectifs des opérateurs traditionnels et des acteurs du web

Scénario "Décarbonation par l’électricité" La décarbonation de la consommation d'énergie primaire reposera sur un triptyque efficacité énergétique, électricité d'origine renouvelable (intermittente ou "dispatchable") et nucléaire. L'électricité à faible contenu en carbone se développe comme vecteur et pénètre dans de nouveaux usages (industrie, transports, production d'hydrogène etc.). Quels impacts sur les réseaux ? Production locale (PV ou µ-cogen (méthane « vert », H2)) , stockage distribué, et auto-consommation Croissance parc de véhicules électriques/hybrides  articulation avec système électrique (V2G et G2V)  Evolution du réseau vers des « cellules locales optimisées » et couplées au réseau Stockage face aux ENR intermittentes: stockage distribué (VE, bâtiment) et/ou centralisé (service réseau, stockage intersaisonnier,…) Dépendance plus forte entre les réseaux de distribution et de transport Besoin d’un foisonnement renforcé par les réseaux  Renforcement du réseau de distribution (introduction des ENR et foisonnement local )  Renforcement réseau transport (pour permettre l’acheminement et l’intégration européenne) Sûreté du réseau , et sûreté liée au couplage des réseaux, cybersécurité

Scénario "Décarbonation par l’électricité" la décarbonation de la consommation d'énergie primaire reposera sur un triptyque efficacité énergétique, électricité d'origine renouvelable (intermittente ou "dispatchable") et nucléaire. L'électricité à faible contenu en carbone se développe comme vecteur et pénètre dans de nouveaux usages (industrie, transports, production d'hydrogène etc.). Verrous et R&D Sociologiques: intégration consommateur dans la chaîne énergétique (production locale, stockage local, V2G, pompe à chaleur,..;) Technique Développement de stockages bas coûts, haute densité, …et leur intégration aux différentes échelles Observabilité et intelligence renforcée du réseau à toute les échelles, acquisition et traitement de grandes quantités de données ; visualisation méta données Développement des méthodes d’anticipation de la production et de la demande; détermination précise des besoins de réserve dans un cadre incertain Développement de nouvelles méthodes de gestion et couplage des infrastructures électriques et communication (gestion flottes véhicules, etc…), pour une meilleure adéquation dynamique offre/demande, Réseaux DC maillés et Supergrids Economique, organisationnel et réglementaire : Juste détermination des coûts systèmes et de la valeur de la capacité (en effacement et en réserve, éviter le déclassement d’actifs flexibles) Répartition du poids des investissements sur toutes les parties prenantes Intégration d’une part croissante des industries auto-productrices

Scénario « Vecteurs diversifiés" la décarbonation de la consommation d'énergie primaire s'appuiera sur l'efficacité énergétique et un renforcement limité des usages électriques, mais l'accent sera mis sur de nouveaux vecteurs dans des systèmes énergétiques locaux (notamment chaleur basse température sur récupération et sources renouvelables) et des vecteurs énergétiques conventionnels, liquides ou gazeux, principalement d'origine biologique Quels impacts sur les réseaux ? Prise en compte intégrée dans l’urbanisme des différents réseaux (élec, gaz, chaleur, info): développement par quartiers, smart-cities  Développement des réseaux de chaleur, yc BT, réseau de froid, stockage chaud/froid  Autoconsommation à l’échelle des quartiers  stockage taille intermédiaire  Développement filière H2, couplé réseau gaz et stockage énergie par H2  Diversification du parc : Véhicules élec , H2, gaz  Intelligence par le pilotage de la demande des quartiers et de la ville Intégration des ENR multi-vecteurs (solaire thermique, PV, éolien, biogaz, hydro, géothermie…) Récupération d’énergie (rejets industriels, rejets eaux usées, …) Sûreté en prenant le couplage de tous les réseaux (yc communication) et risques effets de cascade. Interdépendance entre les marchés gaz, électricité voire chaleur Développement contrasté des trois réseaux en fonction des spécificités des territoires

Scénario « Vecteurs diversifiés" la décarbonation de la consommation d'énergie primaire s'appuiera sur l'efficacité énergétique et un renforcement limité des usages électriques, mais l'accent sera mis sur de nouveaux vecteurs dans des systèmes énergétiques locaux (notamment chaleur basse température sur récupération et sources renouvelables) et des vecteurs énergétiques conventionnels, liquides ou gazeux, principalement d'origine biologique Verrous et R&D Sociologique Intégration du consom’acteur au niveau territoire y compris quartier/ville, et rôle accru des collectivités (orientation politique des choix énergétiques) Technologique Modèles couplés multi-vecteurs, multi-agents et multi-infrastructures: système de systèmes Stockage des différentes énergies dont chaleur et froid Observabilité des réseaux multi énergie: capteurs, traitement de l’information, méta données, usages et partage des données Technos power to gaz, filière H2 Intégration des ENR multi-vecteurs (solaire therm., PV, éolien, biogaz, hydro, géothermie…) à large échelle Outils d’aide à la décision pour les parties prenantes dont les collectivités Articulation centralisé/décentralisée et nouvelles architectures du réseau électrique notamment Economique, réglementaire et organisationnel Modèles économiques, coûts systèmes et Valeur de la flexibilité sur les trois vecteurs Interdépendance entre les marchés des trois énergies Coopération renforcée entre les parties prenantes, dont partage des données

Synthèse Impact des 3 scénarios Les Impacts Sobriété Renforcée Vecteurs Diversifiés Electricité Usagers et parties prenantes Influence positionnement consom-acteur Agrégateurs de capacité (effacement, stockage,…) Rôle des Collectivités, place urbanisme Composants & Systèmes Stockages à  échelles des énergies, P2G Quartiers « autonomes » (prod, stockage, gestion locale) Développt Réseaux de chaleur et récupération d’énergie Intégration des ENR (multi-vecteurs) à large échelle Besoin de flexibilité, foisonnement Pilotage par la demande Parc croissant VE et VHE, LGV, recharges élec, gaz Sûreté des réseaux, cybersécurité Renforcement des réseaux électriques Economiques, réglementaires, organisationnels Nouveaux services énergétiques Modèles économiques, coûts systèmes , Valeur flexibilité Interdépendance entre les marchés des trois énergies Prise en compte spécificités locales (ressources, économie)

Synthèse Verrous et axes de R&D Verrous / axes R&D Sobriété Renforcée Vecteurs Diversifiés Electricité Sociologiques Intégration du consom-acteur Acceptabilité des technos, Contraintes basse conso Rôle accru des collectivités Techniques Stockage à  échelles des énergies Observabilité des réseaux (capture, analyse big data) Nouvelles architectures du réseau électrique Intégration des ENR multi-vecteurs à large échelle Technos power to gaz, filière H2 Outils d’aide à la décision (parties prenantes, collectivités) Modèles multi-vecteurs, multi-agents, multi-infrastructures Anticipation Offre et Demande Economiques, réglementaires, organisationnels Modèles économiques, coûts systèmes , Valeur flexibilité Interdépendance entre les marchés des trois énergies Coopération renforcée entre les parties prenantes, dont partage des données

Quelques éléments de conclusion Réseaux: Coûts systèmes à évaluer ; investissements réseaux et valeur de la flexibilité à partager Donnent de la valeur aux utilisateurs (producteurs, consommateurs) Importance & impact du foisonnement Sortir du raisonnements par filière et penser SYSTÈME Energétique global Intégrer la dimension « réseaux » dans les scénarios de transition énergétique Intelligence dans la coopération local/global (réseaux) Mélange des cultures à renforcer Programme R&D multi disciplinaire: sciences techniques et SHS R&D Intégrant la dimension européenne des réseaux R&D Intégrant la dimension export: international