Reflets de la Physique n°60 déc 18/jan-fév 2019
Reflets de la Physique n°60 déc 18/jan-fév 2019
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°60 de déc 18/jan-fév 2019

  • Périodicité : bimestriel

  • Editeur : Société Française de Physique

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 64

  • Taille du fichier PDF : 4 Mo

  • Dans ce numéro : l'électricité nucléaire, questions ouvertes et points de vue.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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TWh TWh 650 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 50 00 -50 -100 -150 -200 2012 2012 2020 2020 2025 2025 2030 2030 2035 2035 2040 2040 2045 2045 2050 2050 Croissance verte Croissance verte 100% EnR Décroissance 50 Reflets de la Physique n°60 2012 2012 2020 2020 2025 2025 2030 2030 2035 2035 2040 2040 2045 2045 2050 2050 Erim inaitieirekf pir-zkgk) 2012 2012 2020 2020 2025 2025 2030 2030 2035 2035 2040 2040 2045 2045 2050 2050 2. Capacités de production électrique installées d’ici 2050 selon les trois scénarios. u Exportations Importations Demande Réponse Stockage Solaire PV Éolien Énergies marines Biomasse Hydraulique Gaz industriel s Gaz naturel Diesel Pétrole Charbon Nucléaire 1. Différentes parts de la production électrique, en fonction du temps, dans les scénarios de croissance « verte » avec ou sans nucléaire, et de décroissance. TWh 340 320 300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Croissance verte Croissance verte 100% EnR Décroissance L’indicateur cinétique Interconnexions Demande - Réponse Stockage Solaire PV Éolien Énergies marines Biomasse Hydraulique Gaz naturel Pétrole Charbon Nucléaire Sousréservequelesynchronismesoitassuréàl’échelleduréseau [5,6],cet indicateur correspond au temps d’épuisement de l’énergie cinétique (d) embarquée dans le système électrique rapportée à la fluctuation maximale envisageable soitenconsommation(écartaupic),soitenpertedegénération.Ils’exprime comme où E cin estl’énergiecinétiquerépartiesurleréseau,Σ k S k est la puissance apparente maximum fournie par les générateurs avant fluctuation, et P pic le pic de la puissance appelée. » > électrique sont contrastés  : le scénario « croissance verte 100% renouvelable » arrive en tête pour le cumulde nouvelles capacités installées sur l’horizon d’étude (fig. 2). Les deux scénarios de sortie du nucléaire font appel à des technologies reposant sur l’usage de ressources fossiles. Ce résultat, récurrent dans nos études [3], indique qu’au-delà de la question du démantèlement, une sortie du nucléaire devra être accompagnée de façon volontariste pour limiter le recours à des technologies fortement émettrices. Les différences sensibles de niveaux d’investissement entre les scénarios se répercutent sur le cout total actualisé du système électrique  : le passage aux scénarios plus sobres en émissions de gaz à effet de serre entraine, par rapport au scénario croissance verte, un surcout de 16% pour le cas d’une croissance verte 100% renouvelable et une diminution de cout de 4,5% dans le scénario de décroissance. Tandis qu’un mix de production électrique donné semble satisfaire à des critères environnementaux, la question reste entière sur sa capacité à satisfaire aux opérations système, afin d’éviter une rupture de la fourniture d’électricité par déséquilibre entre approvisionnement et demande (black-out). Pour aborder ce problème qui met en jeu des phénomènes transitoires de l’ordre de la seconde voire de la milliseconde, nous avons élaboré un indicateur [4] qui permet d’estimer le temps nécessaire pour que le système recouvre un état de fonctionnement satisfaisant suite à une perturbation d’ampleur significative (voir ci-contre). Pour garantir la fiabilité du système électrique, un niveau minimum (e) de cet indicateur doit être maintenu correspondant au temps de recours à la réserve primaire dont le rôle est de retrouver un équilibre entre production et consommation - en dehors de considérations de régime nominal ou d’optimum économique. Or on constate (fig. 3) que la valeur de l’indicateur se dégrade (par rapport à sa référence 2012) pour les deux scénarios à objectif « 100% renouvelables ». En effet, avec la pénétration du renouvelable variable, les technologies appelées ne disposent pas (photo-voltaïque) ou peu (éolien) d’inertie mécanique. La fiabilité du système électrique se trouve donc, dans ces deux scénarios, fortement dégradée. Loin d’invalider les options analysées et leur vocation à limiter les émissions du système électrique, ces résultats incitent à
40% 20% 0% -20% -40% -60% -80% MW p111H11 2012 2016 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 a rimmipir mir mi a usa 2012 2016 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 2012 2016 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Croissance verte Croissance verte 100% EnR Décroissance 3. Indicateur cinétique en fonction du temps, dans les trois scénarios. Plus cet indicateur est haut, plus le réseau est stable par rapport aux fluctuations. La valeur indiquée est la valeur relative par rapport au minimum constaté en 2012. réfléchir à la mise en adéquation des solutions prônées avec les exigences d’opération du système. À travers une étude du cas de l’ile de la Réunion à l’horizon 2030, nous avons pu montrer qu’un design technologique répondant à la contrainte de maintien du niveau de l’indicateur cinétique, permet d’envisager un mix 100% renouvelable [6, 7] autorisant à la fois une pénétration de plus de 50% des ressources intermittentes et une diminution des nouvelles capacités installées. Les outils de prospective que nous avons développés, illustrés à travers ces analyses, mettent en relief les conséquences possibles mais parfois éludées, de certains choix, qu’ils soient techniques, liés à des évolutions comportementales, à des modes de vie ou d’organisation sociale. En permettant ainsi un débat informé, ils offrent au politique « désireux d’une aventure calculée » [8], les moyens de sa réalisation. ❚ Croissance « verte » et décroissance a. Dont les choix démographiques. Croissance verte La taille des ménages continue de décroitre tendanciellement, la consommation finale augmente, la mobilité́ à longue distance continue de se développer, la mobilité́ locale se reporte partiellement sur les transports en commun, les véhicules électriques se diffusent rapidement, l’économie poursuit de façon modérée sa tertiarisation, le secteur résidentiel bénéficie d’un rythme de rénovation thermique élevé́, et les hypothèses de progrès technique et d’amélioration de l’efficacité́ énergétique des processus de production et des équipements sont très fortes (f). 1 b. Pour une étude de scénarios à l’échelle mondiale, voir dans ce dossier l’article de S. Bouneau (p. 46).c. Par exemple les batteries et super-condensateurs haute capacité, les stockages thermiques. d. Énergie cinétique due à la rotation des parties mécaniques.e. De l’ordre de quelques dizaines de secondes, ce temps est de 40 s en moyenne pour la France en 2013, et de 25 s pour une ile comme La Réunion en 2008  : plus l’indicateur est élevé, plus le système peut faire face à des fluctuations importantes.f. Le taux annuel d’amélioration de l’efficacité énergétique est supposé deux fois supérieur au taux moyen observé en France pour chaque branche sur la période 1996-2012. g. Les gains marginaux d’efficacité énergétique sont supposés de plus en plus faibles et nuls après 2050. Quel futur pour le nucléaire français ? Références 1. R. Loulou, G. Goldstein, K. Noble, «Documentation of the MARKAL family of models», Energy Technology Systems Analysis Program (2004). 2. F. Briens, « La Décroissance au prisme de la modélisation prospective  : Exploration macroéconomique d’une alternative paradigmatique », Thèse de Mines ParisTech (2015). 3. N. Maïzi, E. Assoumou, «Future prospects for nuclear power in France», Applied Energy 136 (2014), 849-859, http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2014.03.056 4. M. Drouineau, N. Maïzi, V. Mazauric, «Impacts of intermittent sources on the quality of power supply : The key role of reliability indicators», Applied Energy 116 (2014) 333-343, https://doi.org/10.1016/j. apenergy. 2013.11.069 5. V. Krakowski,X. Li, V. Mazauric, N. Maïzi, «Power system synchronism in planning exercise : From Kuramoto lattice model to kinetic energy aggregation», Energy Procedia 105 (2017) 2712-2717, https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.03.921 6. N. Maïzi, V. Mazauric, E. Assoumou, S. Bouckaert, V. Krakowski,X. Li, P.Wang, «Maximizing intermittency in 100% renewable and reliable power systems : A holistic approach applied to Reunion Island in 2030», Applied Energy 227 (2018) 332-341, http://doi. org/10.1016/j.apenergy.2017.08.058 7. S. Bouckaert, P.Wang, V. Mazauric, N. Maïzi, «Expanding renewable energy by implementing dynamic support through storage technologies», Energy Procedia 61 (2014), 2000-2003, http://dx.doi.org/10.1016/j.egypro. 2014.12.061 8. P.Massé, Le plan ou l’anti-hasard, Gallimard (1965). Décroissance La consommation des ménages change de composition et décroit significativement du fait de l’adoption progressive de modes de vie « frugaux » et du développement des pratiques de mise en commun, la mobilité́ longue distance diminue fortement, les déplacements se reportent en grande partie sur des modes plus doux (vélo, transports en commun, train, etc.), l’économie est relocalisée, l’agriculture devient essentiellement « biologique », les rénovations thermiques dans le secteur résidentiel sont limitées, et les hypothèses d’amélioration de l’efficacité́ énergétique des processus de production et des équipements des ménages sont très modestes (g). Reflets de la Physique n°60 51



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