30 décembre 2019

PPE Simulator 2035 : l’outil interactif d’étude des politiques énergétiques

Avec le PPE simulator 2035, prenez le contrôle de la politique énergétique française. Décidez des grandes orientations de la production nucléaire, fossile et renouvelable et tentez d’équilibrer le mix électrique français à l’horizon 2035.

Comment ça marche ?

Calcul de l’évolution du mix électrique

Le calcul de l’évolution du mix électrique repose sur des trajectoires pour la production totale et pour chaque filière. A l’exception, dans certains cas, du nucléaire (voir ci-dessous), le calcul des trajectoires repose sur le même principe pour toute les filières : une interpolation linéaire entre la production de 2018 et un point de passage (production, année) fixé par l’utilisateur.

Mode simplifié :
Dans le mode simplifié, les objectifs fixés par l’utilisateur sont toujours à l’horizon 2035. Par exemple, sachant que la production éolienne était de 28 TWh en 2018, un objectif de 80 TWh pour l’éolien correspond à une croissance annuelle de la production de (80 – 28) / (2035 – 2018) = 3.05 TWh.
De plus, certains objectifs sont fixés par défaut et ne peuvent pas être modifiés : 0 TWh en 2022 pour le charbon, 68 TWh en 2035 pour l’hydroélectricité et 10 TWh en 2035 pour les énergies renouvelables hors hydraulique, éolien et solaire.

Mode normal :
Dans le mode normal, les objectifs peuvent être fixés pour une année au choix de l’utilisateur. Pour les énergies renouvelables hors hydroélectricité, si l’objectif est fixé pour une année avant 2035 l’utilisateur peut choisir de maintenir la production au même niveau jusqu’en 2035 ou de poursuivre sur le même rythme de croissance.
Par exemple, sachant que la production éolienne était de 28 TWh en 2018, un objectif de 80 TWh pour l’éolien en 2030 correspond à une croissance annuelle de (80 – 28) / (2030 – 2018) = 4.33 TWh entre 2019 et 2035 aboutissant à 101.67 TWh en 2035, ou 4.33 TWh/an entre 2019 et 2030 puis 0 si l’utilisateur a choisi de ne pas prolonger la tendance.
Dans le cas du charbon, l’objectif ne peut être que de 0 et le choix porte seulement sur l’année où il est atteint.

Calcul de l’évolution du parc nucléaire

L’évolution de la production et du parc nucléaire peut être déterminée de deux façons différentes : avec un objectif en part de la production totale ou bien avec un âge limite pour les réacteurs en service. Dans les deux cas, l’entrée en service de nouveaux réacteurs est prise en compte (l’EPR de Flamanville entrant en service en 2022 dans le mode simplifié, Flamanville + 0 à 3 paires d’EPR entrant en service à des dates choisies par l’utilisateur dans le mode normal).

La liste des réacteurs en service au début de la simulation avec l’estimation de leurs productions annuelles et leurs années d’entrée en service est disponible ici.

Part de nucléaire :
Cette méthode est utilisée pour le mode simplifié (où la part de nucléaire ne peut être fixée que pour 2035) et par défaut pour le mode normal (où la part peut être fixée pour une année au choix de l’utilisateur). Cet objectif et l’objectif de production totale permettent de déterminer un point de passage, la trajectoire est ensuite calculée comme pour les autres filières.
Par exemple un objectif de production totale de 500 TWh en 2035 conduit à une production de totale de 514 TWh en 2030. Un objectif de 50% de nucléaire en 2030 implique donc une production de 0.5 x 514 = 257 TWh cette année-là. La croissance annuelle de la production nucléaire doit donc être de (257 – 395) / (2030 – 2018) = -11.5 TWh entre 2019 et 2030, elle est ensuite fixée à 0 entre 2031 et 2035.
Dès que l’évolution de la production permet de se passer du réacteur nucléaire le plus ancien de la liste des réacteurs en service, il est retiré de la liste. Dans l’exemple précédent, Fessenheim 1 (production annuelle = 5.59 TWh) est retiré en 2019 (parce que 11.5 > 5.59), Fessenheim 2  (production annuelle = 5.59 TWh) est également arrêté en 2019 (parce que (11.5 – 5.59) = 5.91 > 5.59), vient ensuite par ordre d’ancienneté Bugey 2 (5.78 TWh/an) qui reste en service si aucun nouveau réacteur n’est entré en service (parce que (11.47 – 5.59 – 5.59) = 0.32 < 5.78).

Âge limite :
La seconde méthode consiste à fixer un age maximum pour chaque réacteur, dans ce cas les réacteurs sont retirés de la liste des réacteurs en service lorsqu’ils dépassent l’âge fixé et leurs productions sont retranchées de la production nucléaire totale.
Par exemple, si un âge limite est fixé à 50 ans, la production nucléaire baisse de 2 x 5.59 = 11.18 TWh en 2028 parce que Fessenheim 1 & 2, qui sont entrés en service en 1977 ont dépassé l’âge autorisé. Entre 2019 et 2027, la production reste à son niveau de 2018 sauf si de nouveaux réacteurs sont entrés en service.

Vérification de la cohérence des hypothèses

Il est possible que les choix effectués par l’utilisateur ne permettent pas de réaliser l’objectif de production fixé au début du questionnaire. Une vérification est donc effectuée après le calcul de toutes les trajectoires pour assurer que les objectifs fixés à chaque filière sont cohérent avec l’évaluation des besoins en électricité :

  • Si l’écart entre la production et la consommation en 2035 est supérieur à 10 TWh, aucun résultat n’est présenté et l’utilisateur est invité à modifier ses choix.
  • Si l’écart est inférieur à 10 TWh en 2035 mais supérieur pour au moins une année entre 2019 et 2034, les résultats sont présentés avec un avertissement.

Cette vérification porte uniquement sur l’équilibre annuel. Aucune simulation n’est réalisée pour vérifier l’équilibre instantané du réseau, cependant un avertissement est affiché si la part de renouvelables variables (éolien et solaire) dépasse 50%.

Calcul des émissions directes

Les émissions directes sont calculées en multipliant la production annuelle des centrales thermiques par un facteur d’émission moyen issu du 5e rapport du GIEC.

Les facteurs d’émissions utilisés sont :

  • 760 000 tonnes de CO2 par TWh pour le charbon
  • 370 000 tonnes de CO2 par TWh pour les autres énergies fossiles (assimilées à des centrales à cycle combiné gaz)

Calcul des émissions indirectes

Les émissions indirectes sont calculées en multipliant la production annuelle de chaque filière par un facteur d’émission moyen issu du 5e rapport du GIEC.

Les facteurs d’émissions utilisés sont :

  • 820 000 tonnes de CO2 par TWh pour le charbon
  • 490 000 tonnes de CO2 par TWh pour les autres centrales fossiles (assimilées à des centrales à cycle combiné gaz)
  • 24 000 tonnes de CO2 par TWh pour l’hydroélectricité
  • 12 000 tonnes de CO2 par TWh pour le nucléaire
  • 48 000 tonnes de CO2 par TWh pour le solaire (facteur d’émissions correspondant à du solaire photovoltaïque à grande échelle)
  • 11 000 tonnes de CO2 par TWh pour l’éolien (facteur d’émissions correspondant à de l’éolien terrestre)
  • 230 000 tonnes de CO2 par TWh pour les autres énergies renouvelables (facteur d’émissions correspondant à de la biomasse dédiée)